Blog

VERTIKÁLNÍ FARMY NA VZESTUPU  

Tento způsob pěstování plodin využívá méně vody a fosilních paliv než tradiční zemědělství, eliminuje zemědělské odtoky a produkuje čerstvé potraviny

Klíčový koncept:

• Tradiční zemědělství má negativní dopad na prostředí a do roku 2050 nebude dostatek orné půdy pro 9,5 miliardy lidí (odhad populace pro rok 2050).
• Pěstování plodin ve sklenicích může dramaticky snížit emise fosilních paliv a recyklovat městské odpadní vody.
• Farma o 30 podlažích by mohla poskytnout tolik plodin jako 2 400 venkovních akrů, s menším následným znehodnocením.

Stávající hydroponické skleníky poskytují základ pro prototyp vertikálních farem, které nyní zvažují urbanisté ve městech po celém světě.

Na světe je celkem 6,8 miliardy lidí, kteří společně využívají půdu o rozloze Jižní Ameriky k tomu, aby vypěstovali jídlo a chovali zemědělská zvířata. Demografové předpovídají, že do roku 2050 bude planeta hostit až 9,5 miliardy lidí. Každý z nás potřebuje k životu minimálně 1500 kalorií denně a pokud bude zemědělství dále fungovat jako dnes, bude k pěstování plodin potřeba další půdy o rozloze Brazílie – až jedna miliarda hektarů. Tato potřebná nová, orná půda však neexistuje.

Dnešní zemědělství využívá k zavlažování 70 % světově dostupné čisté vody, což jí činí nepoužitelnou v důsledku kontaminace hnojivy, pesticidy, herbicidy a bahnem. Pokud bude vše pokračovat jako doposud, nebude možné v některých hustě osídlených oblastech zajistit potřebné množství bezpečné pitné vody. V zemědělství se spotřebovává také obrovské množství fosilních paliv – až 20 % benzinu a motorové nafty používaných v USA. Hlavním problémem však stále zůstávají především skleníkové plyny a také cena potravin (s tou úzce souvisí cena pohonných hmot). To je mechanismus, který zdvojnásobil náklady na stravování na většině míst po celém světě v letech 2005 až 2008.

Někteří agronomové se domnívají, že řešením je ještě intenzivnější průmyslové zemědělství, které spočívá ve stále se snižujícím počtu vysoce mechanizovaných zemědělských konsorcií pěstujících plodiny s vyššími výnosy – genetické modifikace a silnější agrochemikálie. Nicméně i toto řešení je v nejlepším případě pouze krátkodobým řešením, neboť rychlé změny klimatu jsou stále aktuální.

Pokud budeme pokračovat ve velkoobchodním odlesňování jen proto, abychom získali novou zemědělskou půdu, globální oteplování se urychlí. Navíc, stále větší objemy zemědělského odtoku by mohly vytvořit tzv. vodní "mrtvé zóny", které přeměňují většinu ústí řek, a dokonce i části oceánů, na neúrodné pustiny.

Jako by toho nebylo dost, nemoci z plodin představují významný počet úmrtí na celém světě – Salmonela, Cholera, Escherichia coli a Shigella, jen pro příklad. Ještě větším problémem jsou život ohrožující parazitické infekce, jako je malárie a schistosomóza. Navíc, užívání lidských výkalů jako hnojiva je ve většině jihovýchodní Asie, mnoha částech Afriky a střední a jižní Ameriky běžnou praxí (komerční hnojiva jsou příliš drahé). To přispívá k šíření parazitních infekcí červů, které infikují až 2,5 miliardy lidí.

Je zřejmé, že je zapotřebí radikální změny. Už jedna strategická změna by odstranila téměř každou zdravotní hrozbu: pěstování plodin uvnitř, za přísně kontrolovaných podmínek, ve vertikálních farmách. Rostliny vypěstované ve výškových budovách postavených na volných městských prostranstvích a ve velkých víceúrovňových sklenících na střeše, by mohly představovat jídlo, které by bylo k dispozici po celý rok a za použití výrazně méně vody, s téměř nulovým odpadem, s menším rizikem infekčních onemocnění a bez potřeby fosilních strojů nebo přepravy ze vzdálených venkovských farem.

Vertikální zemědělství by mohlo způsobit revoluci v tom, jak živíme nejen samy sebe, ale i stále rostoucí populaci. Jídlo by také lépe chutnalo; "Místní pěstování" by se stalo normou. Pracovní popis, který se chystám vysvětlit, by vám mohl zpočátku připadat hrozný, ale inženýři, urbanisté a agronomové, kteří zkoumali potřebné technologie, jsou přesvědčeni, že vertikální zemědělství je nejen proveditelné, ale jedná se o jediné možné řešení problému potravy a rostoucí populace.

Ničemu to nevadí

Pěstování potravin na pozemcích, které byly dříve neporušenými lesy, ničí planetu a vytváří procesy, které téměř nevyhnutelně vedou k našemu vlastnímu vyhynutí. Minimální změnu lze vyjádřit takto: "Neškoďte." V tomto případě nepáchejte na zemi další škodu. Lidé povstali, aby vládli. Od doby Charlese Darwina (polovina osmdesátých let) s každou maltuziánskou predikcí konce světa, způsobenou rostoucí populací, přišla série technologických průlomů, které lidstvo zachránily. Zemědělské stroje všeho druhu, vylepšená hnojiva a pesticidy, rostliny uměle chované pro vyšší produktivitu a odolnost vůči chorobám, vakcíny a léky na běžná zvířecí onemocnění, to vše vedlo spíše ke většímu množství potravy než ke zvyšování počtu obyvatel.

Až do osmdesátých let bylo zřejmé, že na mnoha místech je půda využívána nad hranice svých možností za účelem větší produkce. Agrochemikálie zničily přirozené cykly obnovy živin, které udržují intaktní ekosystémy. Musíme přejít na zemědělské technologie, které jsou ekologičtější.

Jak poznamenal známý ekolog Howard Odum: "Příroda má všechny odpovědi, takže jaká je otázka?" Ta moje zní: Jak můžeme všichni dobře žít a současně umožnit ekologickou opravu ekosystémů na světě? Mnoho odborníků pracujících v oblasti klimatu – od úředníků Organizace spojených národů pro výživu a zemědělství až po ekologa a vítěze Nobelovy ceny za mír Wangari Maathai z roku 2004 - se shodují v tom, že přeměna zemědělské půdy zpět na přírodní travnaté nebo zalesněné plochy je nejjednodušším způsobem, jak zpomalit změny klimatu (prostřednictvím přirozené absorpce oxidu uhličitého ze skleníku do vzduchu).

Příkladů je více než dost. Demilitarizovaná zóna mezi Jižní a Severní Koreou, která vznikla v roce 1953 po korejské válce, začala jako 10 mil široký pás těžce zjizvené země, dnes je svěží a živá a plně se zotavuje. Kdysi holý koridor oddělující bývalé východní a západní Německo je nyní zelený. Americká „prachová mísa“ třicátých let, opuštěná a suchá, je opět vysoce produktivní součástí národního zemědělství. A nová Anglie, která byla vykácena nejméně třikrát od 17. století, je domovem velkých ploch zdravého tvrdého dřeva a boreálních lesů.

Vize

Nejen z výše uvedených, ale i z mnoha dalších důvodů vyžaduje stále rostoucí populace alternativní způsob hospodaření. Ale jsou městské prostory výškových domů tím správným řešením?

Odpověď zní ano, plodiny rostoucí uvnitř uzavřeného prostoru jsou dnes již běžnou praxí. Tři techniky – kapénkové zavlažování, aeroponie a hydroponie – byly úspěšně použity po celém světě. Při kapénkovém zavlažování jsou rostliny zakořeněné v korytech lehkého, inertního materiálu, jako je vermikulit, který může být používán po mnoho let. Jde o to, že malé trubky pohybující se od rostliny k rostlině odkapávají živnou vodu, což eliminuje jinak obrovské množství vody používané v tradičním zavlažování. V aeroponii, vyvinuté v roce 1982 K. T. Hubickem, později vylepšené vědci NASA, rostliny visí ve vzduchu, který je naplněn vodními parami a živinami. Tímto dochází k eliminaci potřebné půdy.

Agronomista William F. Gericke byl v roce 1929 oceněn za rozvoj moderní hydroponie. Rostliny jsou uloženy na jednom místě, jejich kořeny leží ve žlabech bez půdy a kolem nich se rozkládá voda s rozpuštěnými živinami. Na jižních pacifických ostrovech bylo během druhé světové války hydroponicky vypěstováno více než 8 000 tun čerstvé zeleniny pro spojenecké síly. Dnešní hydroponické skleníky poskytují důkaz principů pro vnitřní hospodaření: plodiny se mohou pěstovat celoročně, lze se vyhnout suchu a povodním, výnosy jsou maximalizovány díky ideálním podmínkám pro pěstování a dozrávání a v neposlední řadě jsou minimalizovány lidské patogeny. 

Jedním z mnoha přínosů hydroponie je fakt, že umožňuje pěstovat rostliny na vybraném místě bez ohledu na vnější podmínky prostředí, jako jsou půda, srážky nebo teplotní profily. Tento typ pěstování se může uskutečnit kdekoli, kde je k dispozici dostatečné množství vody a energie. Velká hydroponická zařízení lze nalézt v USA, Nizozemsku, Dánsku, Německu, na Novém Zélandu a v mnoha dalších zemích. Jedním z nejlepších příkladů je Eurofresh Farms o rozloze 318 akrů v poušti Arizony, která celoročně produkuje velké množství vysoce kvalitních rajčat, kukuřiček a papriček. 

Přeprava plodin na mnoho kilometrů zvyšuje náklady, spotřebovává fosilní paliva, emituje oxid uhličitý a způsobuje značné znehodnocení. Přestěhování skleníkových hospodářství do vyšších budov v rámci měst může tyto problémy vyřešit. Vertikální farmy nabízejí slib skutečně udržitelného života v městských oblastech: komunální odpadní voda by se recyklovala a vytvořila by zásobu vody pro zavlažování, zbývající pevný odpad společně s nepoživatelnou rostlinnou hmotou by byl spalován k vytvoření páry pro turbíny generující elektřinu pro farmu. S ohledem na současnou technologii lze v interiérech pěstovat širokou škálu jedlých rostlin. Sousední centrum akvakultury by mohlo produkovat ryby, krevety a měkkýše.

Různé granty a výzkumná střediska podporovaná vládou by byla jedním ze způsobů, jak zahájit revoluci s vertikálním zemědělstvím. Univerzitní partnerství s firmami, jako jsou Cargill, Monsanto, Archer-Daniel Midland a IBM, by také představovaly jistou cestu. Oba přístupy nabízejí využití obrovského množství talentů v mnoha zemědělských, strojírenských a architektonických oblastech a vedly by k tvorbě prototypových farem. Tyto by pak mohly být "hřištěm" pro studenty postgraduálního studia, výzkumné vědce a inženýry. Sloužily by ke zkušebním a chybovým testům předtím, než se vybuduje plně funkční vertikální farma. Modernější, střešní prostory bytových komplexů, nemocnic a škol by mohly sloužit také jako zkušební verze. Výzkumná zařízení již existují na mnoha univerzitách, včetně University of California, Davis, Pennsylvania State University, Rutgers University, Michigan State University a školách v Evropě a Asii. Jedním z nejznámějších je zemědělské centrum řízené univerzitou v Arizoně, které provozuje Gene Giacomelli.

Integrace produkce potravin do městského života je obrovským a důležitým krokem k udržitelnému životu. Budou vznikat nové průmyslové obory, stejně jako pracovní pozice. Tradiční zemědělci budou povzbuzováni k pěstování trávy a stromů za účelem eliminace uhlíku ve vzduchu.

 

Obavy

V posledních letech jsem pravidelně mluvil o vertikálních farmách a ve většině případů si lidé kladou dvě hlavní otázky. Nejprve skeptiky zajímá, jak tento koncept může být ekonomicky životaschopný vzhledem k často nafouknuté hodnotě pozemků ve městech, jako jsou Chicago, Londýn a Pars. Pozemky v centrech měst nemusí být cenově dostupné, to je pravda, každé velké město má však spoustu nevyužitých prostor často „prosících“ o projekty, které by přinesly potřebné příjmy.

Například v New Yorku leží letecká základna Floyd Bennett v Brooklynu. Opuštěná v roce 1967, prostor o rozloze 2,5 čtverečních mil v podstatě křičí využijte mě. Další velký prostor představuje Governor’s Island, pozemek o rozloze 172 akrů v přístavu New York, který americká vláda nedávno vrátila městu. Nevyužitým prostorem v srdci Manhattanu je 33. ulice na západní straně. Kromě toho existují další prázdné a nevyužité pozemky a stavby rozptýlené po celém městě. Před několika lety jsem absolvoval se studenty z pěti městských čtvrtí v New Yorku výzkum; studenti našli kolem 120 opuštěných míst, které čekaly na změnu. Mnohé z těchto míst představují ideální prostor pro vertikální farmu, která by zajistila jídlo lidem, kteří ji nejvíce potřebují. Nespočet podobných lokalit existuje ve městech po celém světě. A opět je nutno podotknout, že střechy jsou všude.

Jednoduchá matematika, která se někdy používá proti konceptu vertikálních farem, skutečně pomáhá prokázat jejich životaschopnost. Typický blok Manhattanu pokrývá přibližně pět akrů. Kritici tvrdí, že 30podlažní budova by poskytla jen 150 akrů, což není moc ve srovnání s velkými venkovními farmami. V uzavřeném prostoru budovy však plodiny rostou po celý rok. Například salát může být sklizen každých šest týdnů, a dokonce i rostlina, která roste pomalu jako kukuřice nebo pšenice (tři až čtyři měsíce od výsadby až po sklizení), může být produkována třikrát až čtyřikrát ročně. Navíc rostliny trpasličí kukuřice, vyvinuté pro NASA, zaberou mnohem méně prostoru než obyčejná kukuřice a rostou až do výšky dvou nebo tří stop. Trpasličí pšenice má také vysokou výživovou hodnotou. Z toho všeho vyplývá, že rostliny by mohly být zasazeny těsněji u sebe, výnos na akr by mohl být až dvojnásobný a pěstování by mohlo probíhat v několika vrstvách nad sebou.

Kombinace těchto faktorů v hrubé kalkulaci ukázala, že každé patro vertikální farmy nabízí čtyři vegetační období, dvojnásobek hustoty rostlin a dvě vrstvy na podlahu – násobící faktor 16 (4 x 2 x 2). Bylo tedy možné vytvořit 30patrovou budovu, která by pokrývala jeden městský blok o rozloze 2 400 akrů (30 pater x 5 akrů x 16) ročně. Podobně jedna střecha nemocnice nebo školy, tedy pouze jedno patro, může poskytnout až 16 akrů pro produkci potravin. Samozřejmě, pěstování by mohlo být urychleno 24hodinovým osvětlením, ale to nyní nebereme v úvahu.

Každý rok zničí sucha a záplavy obrovské množství plodin, zejména na Americkém středozápadě. Dále studie ukazují, že 30 % z toho, co bylo sklizeno, je ztraceno kvůli znehodnocení a infestaci během skladování a dopravy. Tomu by se dalo zabránit, kdyby plodiny byly pěstovány na městských farmách a prodávaly se prakticky v reálném čase a místě. A nesmíme zapomenout, že tímto lze do velké míry eliminovat negativa venkovního zemědělství: odtok hnojiv, emise fosilních paliv a ztráty stromů a pastvin.

Druhá otázka, kterou často dostávám, spočívá v ekonomice dodávky energie a vody do velké vertikální farmy. V tomto ohledu je umístění vším. Vertikální farmy na Islandu, v Itálii, na Novém Zélandu, v jižní Kalifornii a v některých částech východní Afriky by mohly využít bohatou geotermální energii. Sluncem zalité pouštní oblasti (americký Jihovýchod, na Středním východě, v mnoha částech střední Asie) by mohly využívat dvou- nebo třípodlažní struktury asi 50 až 100 metrů široké, ale dlouhé, aby maximalizovaly přírodní sluneční světlo pro pěstování a fotovoltaiku pro napájení. Regiony bohaté na stálý vítr (většina pobřežních oblastí, Midwest) by tuto energii mohly zachytit a využít. Na všech místech by byl rostlinný odpad ze sklizených plodin spalován, aby se vyrobila elektřina nebo došlo k přeměně na biopaliva.

Jeden zdroj se však často přehlíží, a přitom je velmi cenný; ve skutečnosti komunita utrácí obrovské množství energie a peněz, aby se co nejefektivněji zbavila odpadu. Mám na mysli tekutý komunální odpad, běžně známý jako černá voda. Obyvatelé New Yorku denně vyrábějí jednu miliardu odpadních vod. Město utrácí obrovské částky, aby je očistilo, a poté vyčištěnou "šedou vodu" vypustí do řeky Hudson. Namísto toho mohla voda zavlažovat vertikální farmy. Jeden typický pohyb střev (stolice) obsahuje 300 kcal energie. Při extrapolaci na osmi milionů lidí v New Yorku je teoreticky možné odvodit až 100 milionů kilowatthodin elektrické energie ročně, což stačí k provozování čtyř 30podlažních farem pouze z tělesných odpadů. Pokud se tento materiál může přeměnit na užitkovou vodu a energii, může být bydlení ve městech mnohem efektivnější.

Předběžné investiční náklady budou vysoké proto je třeba nejprve postavit menší prototypy. Jedná se totiž o novou technologii. Obnovitelná energie by neměla být nákladnější než drahé fosilní paliva pro velké plošiny, které sadí a sklízejí plodiny (a navíc eliminují objemy znečišťujících látek a skleníkových plynů). Dokud nezískáme provozní zkušenosti, bude těžké předpovědět, jak zisková by mohla být vertikální farma. Produkce by také měla být levnější než současné ceny v supermarketech (místně pěstované plodiny nemusí být dodávány příliš daleko).

Touha

Bylo to pět let od chvíle, kdy jsem poprvé zveřejnil myšlenky a náčrty vertikálních farem na webových stránkách (WWW verticalfarm.com). Od té doby se architekti, inženýři, projektanti a tradiční organizace více zajímají o tuto problematiku. Dnes se mnozí vývojáři, investoři, starostové a urbanisté stali obhájci vertikálních farem a projevili silnou touhu skutečně postavit prototyp takovéto farmy. Projektanti mě oslovili v New Yorku, Portlandu, Ore, Los Angeles, Las Vegas, Seattlu, Surreyu, Britské Kolumbii, Torontu, Paříži, Bangalore, Dubaji, Abu Dhabi, Incheon, Šanghaji a Pekingu. Technologický institut Illinois nyní připravuje podrobný plán pro město Chicago. 

Všichni tito lidé si uvědomují, že změna je nevyhnutelná, pokud chceme vytvořit spolehlivou zásobu potravin i pro příští generaci. Pokládají si těžké otázky týkající se nákladů, návratnosti investic, spotřeby energie a vody a potenciálních výnosů. Obávají se koroze z vlhkosti, množství zásob pro čerpání vody a vývoje ekonomik. Odpovědi však vyžadují soustředění a intenzivní zájem inženýrů, architektů, agronomů a podnikatelů.

Díky webovým stránkám je iniciativa vertikálních farem v rukou veřejnosti. Její úspěch nebo selhání je v rukou těch, kdo staví prototypové farmy. Záleží také na tom, kolik času a úsilí do celého procesu vkládají. Nechvalně známý projekt s uzavřeným ekosystémem Biosphere II mimo Tucson, Ariz., nejprve osídlený osmi lidmi v roce 1991, je nejlepším příkladem selhání. Budova byla příliš velká, vše proběhlo bez ověřených pilotních projektů a za úplné nevědomosti o tom, kolik kyslíku absorbuje vytvrzovací cement a masivní základy (Univerzita v Arizoně nedávno získala práva na přezkoumání potenciálu struktury).

Pokud mají být vertikální farmy úspěšné, musí se projektanti vyvarovat chyb předchozích nepovedených projektů. Zprávy jsou slibné. Podle předních odborníků v oblasti ekologického inženýrství, jako je Peter Head (generální ředitel pro udržitelnost ve společnosti Arup, mezinárodní projektová a inženýrská firma), není potřeba žádných nových technologií pro vybudování rozsáhlé, výkonné městské vertikální farmy. Tak na co čekáme?

 

 

Autor: Dickson Despommier

Zdroj: Scientific American, November 2009 (https://www.researchgate.net/publication/38052439)

Překlad: Klára Sladká