新創筆記

重新想像農業未來:不用土壤、陽光的「垂直農場」

垂直農場

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先是看到日本垂直農業公司 Spread 拿到 A 輪籌資的消息,寫完之後還是對「垂直農場」的這個題目意猶未盡。不用陽光、不用土壤的垂直農場,重新想像農業的未來。而除了它的優勢之外,背後又有哪些劣勢,未來垂直農場的下個產品線又會是什麼?

垂直農場的出現,並不是要解決任何與人口成長有關的糧食問題,只是為了解決一個生活中不存在的問題。在過去幾十年來,美蘇兩國的太空競爭,也讓科學家著手研究該如何在狹小的太空船內種植作物,所以有關垂直農場的基礎研究幾乎都是來自 NASA (美國國家航空暨太空總署)。

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不同於作物是在田地中彼鄰生長的「傳統農業」,「垂直農場」,或稱垂直農業(Vertical farming)則是在建築物、貨櫃屋或封閉空間等中,以垂直、堆疊的方式種植作物,並採用控制環境的種植技術,來優化作物成長。

相較過往種植技術,垂直農場不僅能讓作物,在能源與資源的使用上更有效率外,也允許作物能以更高的密度生長。它的價值就在於可以「控制」,能夠更精準監測作物攝取水分、營養、生長狀況等,從而針對不同情況給予改善,最終提高作物的生產效率。

不用土壤、不用陽光的「垂直農場」備受青睞

根據 Crunchbase 的數據指出,光是在 2021 年,垂直農場幫助大型農業部門吸引到創紀錄的 50 億美元資金。而在大多數的垂直農場都有兩個共同點:不用土壤、不用陽光。

第一,不用土壤。在垂直農場中種植技術多採用無土栽培技術,其中包含「氣耕」(Aeroponics)、「水耕」(Hydroponics),或是「魚菜共生」等。

氣耕(或稱氣霧耕)是指作物以懸浮的方式在半/封閉式的環境以氣霧化的方式,對作物根部噴灑富有營養物質的水溶液。因此,氣耕不會使用土壤、聚合介質。

水耕(或稱水耕栽培、水培),作物根部是放在富有營養物質的水溶液中,或是讓這些溶液不斷流過作物放在的容器裡。

不管是氣耕或是水耕等無土栽培技術,都比傳統種植技術使用到的水少得多。當然,採取無土栽培技術必然有些優勢。

像是,可以更精準地控制作物根部所接受的養分水準。解決清理雜草、害蟲等問題。沒有土壤,也不太會有需要清理雜草的問題。而且,有助抑制微生物、昆蟲和其他吞噬作物的害蟲(畢竟他們的生命週期都需要土壤)。

同時,避免肥料汙染水資源的問題。沒有土壤也代表著沒有灌溉肥料流到水裡。垂直農場著重在回收、重複利用,也因此會出現像是「魚菜共生」的生態系統。

也就是,植物可以用來餵魚、將水質變得更乾淨讓水生動物使用,以及魚的排泄物也能替植物施肥。

更精確來說,水生動物的排泄物(像是魚、蝦)與水中的有機質,透過分解可以過濾成植物可吸收的硝酸鹽後供應給飼養箱上的蔬菜。同時,作物也能將把系統內的水淨化提供給水生動物使用。

第二,不用陽光。垂直農場的作物光照是來自每層配有的 LED 燈條,這能確保所有作物接收到最佳、最足夠的照明。更重要的是,這和水中營養液相同,可以監測、控制。

然而,事情總是雙面刃,有優勢也有劣勢。陽光沒有成本,但很難控制;LED 燈好控制,但有龐大成本。光是購買 LED 相關設備到裝載完成,都需要成本,而且未來營運的電費也不容小覷。

關於設備成本攀升的劣勢,垂直農場的支持者認為 LED 成本正在下降,而且根據「海茲定律」(Haitz’s Law)它們每千瓦產生的光量正在成長。

「海茲定律」是在 LED 照明系統上,對應摩爾定律(Moore’s Law)的概念。這項定律指出,每 18-24 個月 LED 亮度約可提升一倍。LED 照明系統的效率每十年提高 20 倍。

即便如此,依舊難以忽略的一點是,在垂直農場中,照明、溫度控制的能源成本仍然很高。

雖然有海茲定律,再加上隨著時間產業、企業會出現學習曲線,都能讓設備或人力等成本下降,但值得注意的是,垂直農場使用的大部分能源都來是電力,未來該如何將節省電力使用,或是以更能節省成本的方式進行?

圖取自spread。

「控制」是垂直農場的關鍵

能夠讓垂直農場做到不用陽光、不用土壤的一大關鍵,就是「控制」。而精準控制建立在擁有數據的基礎之上。

透過 LED 照明系統、自動灌溉施肥系統,再靠全自動化的方式監測作物的溫度、濕度,以及養分等,來進一步優化作物生長條件。

當然,假如垂直農場越大,所擁有的數據越多,理論上分析就越精準。

而在垂直農場中所種植的農作物都是經過精心挑選,都脫離不了幾個特點:生長迅速、重量輕、利潤高的產品。像是,日本垂直農場公司 Spread  過去主要種植生菜類作物,近期拿到 A 輪募資後宣布未來將拓展產品線:草莓。

從 2006 年以來,Spread 都是種植投資報酬率低的生菜中,到了第六年才宣布他們開始營利,直到近期才將類似技術轉移到經濟價值更高的作物上。

延伸閱讀:日本垂直農場公司 Spread 如何開創新型態種植技術?

繼生菜後,誰會是下個讓垂直農場相中的產品?

為什麼 Spread 會選擇在種植草莓?

《經濟學人》的報導提到「Berries may be next.」,漿果(藍莓、草莓等)會出現在下個戰場。這裡講道幾個有意思的點:過去種植這類漿果需要大量的殺蟲劑,但未來改以垂直農場種植,也就能夠減少殺蟲劑、肥料等使用,而且也符合企業在友善環境上的價值主張。此外,普遍來說漿果類作物的經濟價值都蠻高的,也比較能忍受長途運輸的過程。

同樣,以草莓為下個主打產品,也發生在垂直農業新創 Bowery。在2015 年創立的 Bowery 以改變全球糧食供應問題為目標,而過去他們也從 Google Ventures 和新加坡淡馬錫控股(Temasek Holdings)籌到 6.5 億美元。

到目前為止,Bowery 的主力產品有羅勒等綠葉蔬菜,且在美國東岸有超過千家商店販售他們的商品。到了今年 2 月,Bowery 收購了一家能夠以機器採摘草莓的公司 Traptic ,也預示著草莓是下個產品線。

如同,Bowery 商務長(Chief Commercial Officer)的 Katie Seawell 提到,「草莓只是開始」,未來也將會拓展到不同的作物當中,像是覆盆子、藍莓等。

圖取自Bowery。

結語

講求永續當為商業主張(commercial proposition)、減道的現今,當垂直農場成少碳排和減少環境汙染成為企業的價值主張,必然獲得一定程度的關注。

再加上,不同於過去傳統種植技術、溫室等,垂直農場具備許多獨特優勢,像是種植過程可控制、過去限定季節供應的作物,現在也能做到四季皆能供應、資源使用效率更高等利多,也都讓垂直農場的相關新創,拿到可觀的資金。

對於越來越富裕和城市化(urbanization)的世界來說,可以有效利用都市的土地供應糧食、減少更多運輸食品、作物的碳足跡也將成為推動垂直農場的助力。

垂直農業是種可實行的想像,但在短時間內還很難顛覆整個產業。除了生菜、草莓等作物可透過垂直農場的型態種植出,但其他作物,像是水稻等還是難以種植。

此外,要在垂直農業中的賽局脫穎而出,解決能源問題成為關鍵。除了 LED 照明系統外、自動化系統,以及維護環境的大型供暖和通風系統,都使用到電等各種能源。

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