太空农场:一个不太遥远的现实?

发布者:bpadmin
发布时间:2021-01-26 12:10
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新冠大流行对世界农业食品系统的破坏性影响是广泛和多样的。在此之前的几年里,农业生产及市场条件都面临着挑战,比如破坏性的气候和糟糕的种植条件。尽管这场大流行暴露了当前农食体系的弱点,但农业食品行业在2020年迎来了丰收的一年。

在2021年初的头几周,就有几家主要的风投公司、乃至大公司投资生产食品的新方法。一系列的气候和可持续发展基金都把投资重点放在了再生农业、可持续食品、可再生能源、医疗保健以及新材料、基础设施和水方面的创新领域。与此同时,太空旅行、月球和火星探索任务在过去几年也取得了重大进展。

这些进步和焦点事件让许多人把两个领域放在一起:在太空中生产食物是可能的吗?如果有一天人类不得不考虑在其他地方生存,许多问题将摆在面前,而首当其冲的就是如何在空间站、宇宙飞船上,甚至在一个完全不同的星球上种植和生产粮食。




天价的沙拉

将太空想象为农业的最前沿并不牵强。国际空间站上已经有一个蔬菜生产系统。虽然这个系统并不大,但它可以帮助我们研究微重力下植物的生长情况,并为宇航员提供营养。然而,问题是,根据Business Insider的估计,尽管这个蔬菜生产系统大约重16磅,但运送到国际空间站的费用在145600美元到690900美元之间,意味着宇航员吃到的是一份极为昂贵的沙拉。

这只是一个例子而已,说明在太空中用餐的价格高得令人望而却步。据悉,仅将一瓶473毫升的水送入太空,成本就可能高达1.8万美元。假设单次运送的规模相当于几个月的食物,我们可以安全的估计国际空间站中每名宇航员每顿饭的费用在5000美元到10000美元之间。

成本并不是唯一的问题。另外还有与太空相关的限制,如微重力,缺乏冷藏系统和水资源,所以食物的选择是相当有限的。大多数太空食物都必须是富含卡路里,并且有超长的保质期。


垂直农业的潜力

尽管面临挑战,但为太空活动找到更可持续的粮食生产系统将是一项既符合眼前利益又有长期利益的努力。业界指出,垂直农业为解决这问题提供了可行的解决方案。可控环境的设施农业在有限的空间内促进蔬菜、草本作物甚至一些水果的生长。此外,垂直农场针对全年生产进行了优化,不太容易受到极端环境条件的影响。

其次,由于垂直农业往往是封闭的系统,种植用水可以进行过滤和回收,以最大限度地提高效率,而传感器和软件也可以调节用水量。人工智能,可使农场高度自动化,因此大大提高生产率。

垂直农业固然听起来有很多优势,但与许多事情一样,垂直农业也面临成本投入密集,范围有限等缺陷。除非在这两个方面都取得进展,否则考虑在太空中进行任何规模的垂直农业都是具有挑战性的。技术推动下成本的长期下降,以及产量的提高,将有助于垂直农业的成功。如果能做到这一点,垂直农场还将提供与食物无关的额外好处;例如,植物产生的氧气是宇航员在太空中所需要的。


数字中的垂直农业

如果要开始在太空中耕种,我们就需要深入了解这些关于垂直农业的数字。以下是从一些最新研究中看到的情况:

设施成本:建造一个垂直农场的成本可能高达4000万美元。根据AeroFarm,其农场设施占地面积约6500平方米,每年生产90万公斤的蔬菜。相比之下,建造在集装箱中的垂直农场的成本要低得多。通常情况下,货柜农场的成本在7.5万美元到10万美元之间,面积小得多,产量也更少,所以需要多个集装箱来扩大这种垂直农业系统的规模。这可能会迅速增加成本,而农场位置也会影响这些成本。

劳动力成本:规模较大的垂直农场通常雇佣25-50名员工/设施。根据所在地区的薪资水平,那么维护这些农场的劳动力成本就相应的增加。虽然员工数量可能会根据农场空间和自动化水平而缩减,但个人工资可能也会相应更高,因为员工所掌握的技能更多。

资源成本:水的成本可以通过回收利用或少量蒸发损失而往往忽略不计,但能源成本目前是垂直农场最高的支出之一,因为需要大量的LED灯。据估计,仅生产1平方米的生菜,每年大约需要3500千瓦时的能源。

物流成本:根据货物大小、位置和其他因素,运输和投送成本可能相当高。在太空中,物流能力是有限的,还要处理不同的重力效应和制冷,可能面对非常高的电力或燃料成本。

品种有限:垂直农业最适合种植绿叶蔬菜、草本植物和少数几种水果。


如何让垂直耕作变得更可行、更具成本效益?

我们需要考虑一些战略和政策,让垂直农业变得更可行。

税收优惠:税收优惠将鼓励公司建设,并降低想要支持垂直农业领域的投资者风险。目前,主要是像软银的远景基金(Vision Fund)这样的大型基金拥有资金和风险承受能力来支持垂直农业。需要更多的投资,才能将垂直农业推向更商业化的规模,并鼓励企业家开发所需的补充技术,使其长期更具成本效益。

创新LED技术:照明是垂直农业中最主要的能源消耗。它对作物产量和成熟时间也有重大影响。与计算机芯片行业一样,LED技术的创新需要专注于更小、更节能但更强大的功率输出。若可以为每个垂直农场定制强度并提高能效,则是很有必要的。

可再生能源:垂直农场应该使用更多可再生能源,如风能和太阳能,以帮助降低能源单位成本。

降低水培/气雾培成本:太空中没有土壤,这意味着垂直农场将需要水培或气雾培技术。如果能降低两种种植方法生长介质的成本,增强并优化其产量和营养,或者以某种方式使其更容易规模化,都将有助于让垂直农业变得更加可行。越来越多的证据表明,目前最好的策略是依靠气雾培技术,比起水培有更多优势。

人工智能与物联网:持续监测和控制环境变量对于垂直农场内的作物生长至关重要。目前已经有很多技术可以做到这一点,但先进的传感器和设备将带来更多的数据和更好的算法,以及更高的效率,从而降低成本。人工智能与物联网带来的自动化也将不断降低劳动力成本。

作物选择:至少在一开始,重点应该放在生产周期较短、产量较高的作物上,以减少资源需求和消耗。除了全年性有消费需求的作物,也应该优先考虑季节性较高的作物,以提高成本效益。

农场位置:垂直农场建在尽可能靠近人口最密集的地方,以最大限度地减少运输和物流成本。


除了以上这些,在太空中,还有其他因素需要考虑,可能会决定垂直农场的成败。首先,农场设施必须能够承受当地地形和气候的恶劣环境条件;其次,重力、环境和辐射的差异或将影响作物产量、营养甚至味道。此外,还有食品安全问题。新的环境可能会带来新的微生物和其他有机体,使食品有不安全的风险。这些都是“太空农场”需要考虑的众多变量中的一小部分。

随着我们朝着在太空发展垂直农场的方向发展,围绕太空农业食品系统的机会是巨大的。当真的到了考虑太空农业的时候,请先看看地球轨道上的太空碎片污染吧,希望初创公司和企业家们谨慎行事,确保人类的存在不会玷污宇宙中最原始的区域。更重要的是,在这之前,我们仍需共同努力保护现有的居住环境,而农业食品科技依然扮演重要的角色。
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