УДК 72.728.98

Принципы формирования вертикальных ферм в городской среде

Новикова Софья Сергеевна – старший преподаватель кафедры архитектуры и градостроительства Московского государственного университета геодезии и картографии.

Медовщикова Екатерина Вадимовна – магистрант Московского государственного университета геодезии и картографии.

Аннотация: В представленной статье производится анализ функционирования вертикальных ферм и их включение в урбанизированную среду мегаполисов. Представлен экскурс в развитие идеи создания вертикальных ферм, обосновано преимущество их создания на базе городских территорий в повторно используемых промышленных кластерах. Обозначены основные технологические подходы к реализации вертикальных ферм с конкретными примерами их реализации. Указано на то, что принципы формирования вертикальных ферм зависят от используемой технологии выращивания. Представлен как зарубежный, так и российский опыт функционирования вертикальных ферм в городских пространствах. Отмечено следующее: принципиальной особенностью российской практики является то, что вертикальные фермы появились здесь совсем недавно – 10 лет назад. Особенно интересен опыт развития и расширение функционирования вертикальных ферм в дальневосточном регионе, что, конечно же, обусловлено климатической спецификой. Подведены итоги анализа с преимуществами использования технологий вертикальных ферм в городской среде как для окружающей среды, так и для городского жителя.

Ключевые слова: вертикальная ферма, сити ферма, городская ферма, аэропоника, аквапоника, гидропоника, урбанизация, инновационное сельское хозяйство, городское сельское хозяйство.

Введение

Согласно глобальным прогнозам, уже буквально через 35 лет население Земли увеличиться до невероятной цифры в 10 миллиардов, тогда как основное население планеты составят жители мегаполиса. Данная тенденция преобладает уже сегодня: плотная застройка городов, строительство небоскребов, высотное строительство в целом уплотняют городское население, города расширяются, тогда как территория сельскохозяйственных угодий из года в год уменьшается.

Все больше в городском строительстве преобладают лаконичные формы, покрытые фасадами из металла и стекла. В больших городах эти элементы стали обыденностью. Города ассоциируются с асфальтом, высокой загазованностью и в последнее время «оазисом» в них становятся вертикальные фермы или, иначе, «сити фермы», которые привносят в городскую среду элементы сельского хозяйства, тем самым как бы «возвращая» человека к его природе, восполняя территориальную утрату сельского хозяйства.

Особенности вертикальных ферм и их развитие

Вертикальные фермы – это высокотехнологичные агропромышленные комплексы, расположенные на территории современных городов. Их суть заключается в том, что выращивание растений производится не традиционным путем через прямое помещение в открытый грунт, а в закрытых пространствах – помещениях, в которых искусственно поддерживается благоприятная для выращивания культур обстановка.

Такой подход дает возможность создавать неизменные благоприятные условия для роста растений, причем, весьма интенсивного, а работает на то, чтобы городские пространства были более оптимизированы, учитывая проблему разрастания заброшенных территорий промышленного кластера.

Учитывая то, что в качестве полезной площади для вертикальных ферм выбираются заброшенные территории – бывшие склады, нефункционирующие заводы, можно говорить об оптимизации городского пространства в том числе.

Принцип функционирования вертикальной фермы был подробно описан еще в 1999 году профессором Колумбийского университета Д. Деспоммье, однако первоначальная идея создания ее принадлежит М. Бентли, который еще в 1965 году предложил использовать вместо почвы для выращивания растений искусственные растворы [1].

Вертикальные фермы стали появляться в 2012 году, особенно интенсивно их развитие сразу же обозначилось в Японии и Сингапуре. Так, например, именно в Сингапуре впервые появилась вертикальная ферма, работающая по принципу гидропоники: астения на данной ферме сразу же выращивались на 38-и ярусах, по форме конструкция представляет собой башню. И эта башня окружает алюминиевые балки, опутывает их, тем самым обеспечивая правильное распределение воды, солнечного света и воздуха для растений. В результате получается наиболее оптимальный микроклимат, способствующий быстрому росту растений. Или же, в Швеции в 16-и этажном здании была создана 142-метровая вертикальная ферма по аналогичному принципу [3, с. 35].

То, что развитие вертикальных форм происходит наиболее интенсивно именно в последние пятнадцать лет, объясняется актуальными вызовами современности:

- рост населения планеты, усугубление экологических проблем. Потребность в пище также увеличивает нагрузку на сельское хозяйство, которое переживает не лучшие времена;

- увеличение средней продолжительности жизни людей, потребность в правильном питании, что задает потребительский тренд на локально производимые, экологические продукты, на функциональное питание, где важно, чтобы продукты имели полезные свойства для максимальной компенсации недостатка полезных веществ в организме;

- продовольственная безопасность и экономия водных ресурсов;

- экономия времени.

Идеолог вертикальных ферм Д. Депомье утверждает, что, если бы каждый город на Земле производил 10% потребляемых продуктов внутри зданий, можно было бы «вернуть» лесу 880 тыс. кв. км пахотных земель [2, с. 53].

Принципы формирования вертикальных агрокомплексов

Принцип работы вертикальной фермы обусловлен методами выращивания растений, которых следует выделить три (по типу применяемых систем):

- аэропонная система (выращивание растений в воздушной среде без почвенного ресурса);

- гидропонная система (выращивание растений в искусственной среде без почвы, тогда как подача жидкости осуществляется сразу в корневую систему);

- аквапонная система (выращивание растений осуществляется в водной среде).

Примером успешного внедрения аэропонной системы, где выращивание происходит без солнечного света и земли, можно считать американскую вертикальную ферму, расположенную в здании бывшего сталелитейного завода в Нью-Джерси. Используемая для вертикальных систем посадок площадь в 6500 кв.м. приносит в год 900 т. листьев салата, тогда как затраты на полив минимальны.

Аквапонная система тоже успешно функционирует, что видно на примере вертикальной фермы Plenty в Сан-Франциско, где выращивание сельскохозяйственных культур происходит на шестиметровых башнях со светодиодной подсветкой. Только одного салата за год набирается 900 тыс. пучков, что превышает количество выращенного на традиционной ферме в несколько сотен раз.

Гидропоника, в свою очередь, ярко представлена в лондонской вертикальной ферме Unit 84, расположенной внутри промышленного склада. Ферма ежегодно производит примерно 20 т. зелени, которая доставляется в рестораны и магазины.

Вертикальная ферма может функционировать как по одной из технологий (что встречается чаще всего), так и в процессе их комбинирования. Это зависит от различных условий, как, например, характеристика пространства, экономические показатели и так далее. Необходимо учитывать, что любая система функционирования вертикальной фермы обеспечивается альтернативными источниками энергии, что, конечно же, сокращает затраты на ее содержание. Создание так называемых идеальных условий для выращивания сельскохозяйственных культур обеспечивается роботизированным контролем всех показателей – температуры воздуха, интенсивности света, влажности, уровня углекислого газа, содержания питательных веществ и так далее.

В большинстве случаев вертикальные фермы – это b2b-продукт, ориентированный на рестораны и ресторанные сети, офисы крупных корпораций или авиакомпании, а также продуктовый ретейл, которому необходимо получать один и тот же продукт круглый год, не завышая цену на сезонные предложения.

Развитие концепции вертикальных ферм в России

Интересно, что в России развитие вертикальных ферм стало интересовать предпринимателей совсем недавно, что обусловлено большой площадью страны и отсутствием нехватки в земельных ресурсах.

Первое такое производство на территории России открылось в 2016 году в Хабаровске. Завод использует гидропонную технологию выращивания культур и пользуется японскими наработками, позволяющими сокращать время вызревания.

Выращивание закрытых пространствах, без использование естественного ультрафиолета, а также, что кажется невозможным, на первый взгляд, без грунта, в условиях обеспечения освещения искусственным путем «лишает» сельскохозяйственные растения естественных недостатков. Прежде всего, их не подпитывают удобрениями с генно-модифицированным составом, поскольку такая необходимость отпадает ввиду неблагоприятной среды для распространения инфекций и вредителей. Энергосберегающие технологии также минимизируют углеродный след, который сельское хозяйство в своем традиционном виде наносит колоссально.

Сельскохозяйственная продукция в вертикальных фермах выращиваются по принципу многоуровневости. Так, на примере хабаровского проекта можно обратить внимание на наличие для посадок специально спроектированных стеллажей высотой в 6 метров. Каждый уровень составляет 50 см. что в общей сложности дает возможность реализовать 12 уровней посадок (для сравнения – в землю высаживается только один уровень). За день, по количественным показателям хабаровского производства, удается получить практически 11 тыс. кустов зелени. Эффективность используемой полезной площади здесь в 100 раз выше, нежели при традиционном способе высаживания растений [4, с. 264].

В Москве первая вертикальная ферма появилась только в 2019 году в здании бывшей табачной фабрики. Компания «ЭкоРус» самопозиционируется как самая большая городская ферма в мире. На территории в 2,3 га расположено 6,8 га посевной площади [5].

Интересно, что, по мнению производителей, московская вертикальная ферма в перспективе может обеспечить около 40% потребности москвичей в зеленых салатах. Кроме того, производство улучшает экологическую обстановку района – растения выделяют очень много кислорода (до 7.5 т. ежедневно). В результате выращивания сельскохозяйственных культур в вертикальной ферме ежемесячно в московские рестораны и ритейл поступает 6,3 т свежих салатов.

В 2019 году в Брянске был открыт «Салат Завод №1» на территории в 5 тыс. кв. м. На данной вертикальной ферме выращивают более 25 видов салата, зелени, пряных трав и съедобных растений. В России в последние годы также процветает опыт «домашних» вертикальных ферм.

В Иркутской области вертикальная ферма была запущена в 2023 году. В ней выращивается не только зелень, но и ягоды, овощи в соответствии с гидропонной технологией. Температурный режим, полив и освещение контролируются в автоматическом режиме.

Вертикальная ферма заняла территорию бывшей плодоовощной базы, которая была переоборудована и технически оснащена. Данная вертикальная ферма ориентирована на выращивание 10 т. клубники ежегодно. В перспективе у производителя, кроме того, – выращивание томатов, перца, салата, зелени – в общей сложности 36-и популярных культур.

Действительно перспективным направлением развития вертикальных ферм на сегодня остается внедрение данной технологии на Дальнем Востоке. Низкое качество земель, их переувлажнение, неблагополучная эпизодическая ситуация и то, что более 80% территории Дальнего Востока имеют крайне экстремальные природно-климатические условия для сельхозпроизводства [6, с. 192] – все это, безусловно, негативно сказывается на развитии агропромышленности региона. По этой причине идея внедрения вертикальных ферм выглядит здесь максимально жизнеспособной. Именно поэтому первый российский опыт создания вертикальной фермы произошел на территории Хабаровска.

С 2021 года велись обсуждения необходимости строительства вертикальной фермы на Сахалине. А именно, частная компания «Сеть ферм», специализирующаяся на вертикальных фермах, получила поддержку государственных корпораций в строительстве своего первого комплекса под Южно-Сахалинском. В планах у компании – выращивать томаты, перец и зелень, однако, примечательно, что до настоящего момента данный проект все еще не запущен.

Исследование показывает, что, как правило, городские вертикальные фермы не только снабжают свежими и экологически чистыми продуктами население мегаполисов, но и вносят значительный вклад в биоразнообразие городских экосистем. В среднем на одно предприятие вертикальной фермы приходится производство 20-и различных сельскохозяйственных культур, что в результате дает определенное разнообразие всесезонной продукции овощей, ягод и зелени.

Заключение

Следует подчеркнуть, что в последние годы активно проводятся поиски новых форм аграрного производства, которые с успехом можно интегрировать в урбанизированную городскую среду. Этот процесс активно популяризируется в российской практике. В частности, производится разработка экономически эффективных моделей для функционирования вертикальных ферм (одной из форм выступает, к примеру, государственная поддержка), а также инженерных и архитектурных решений с использованием возобновляемых источников энергии, инновационных материалов и современных автоматизированных (роботизированных) систем. Это позволяет решить важнейшие агропромышленные и экономические задачи, как, например:

- снижение стоимости производства;

- всесезонное производство продукции и поставка ее в свежем виде в рестораны и ритейл;

- минимизация расходов по транспортировке (поскольку продукция остается «на местах»);

- защита растений от неблагоприятных погодных факторов;

- улучшение качества производимой продукции.

В результате исследования можно указать на то, что вертикальные фермы в современном городском пространстве имеют определенные преимущества:

- рационализация использования земельных ресурсов;

- круглогодичный сбор урожая;

- экологичность выращиваемого урожая;

- высокая урожайность;

- высокая скорость выращивания сельскохозяйственных культур;

- устранение издержек, свойственных для сельскохозяйственного сектора, например, водопотери;

- отсутствие тенденций инфекционного заражения растений, что также характерно для агропромышленного сектора;

- экологическая составляющая, химизирующая использование техники и прочих ресурсов;

 - улучшение экологической обстановки в городе (районе) за счет повышения уровня кислорода.

Поэтому можно заключить о том, что важнейшим принципом формирования вертикальных ферм в городско среде является именно то, что такие предприятия приносят пользу городу: затраты на их функционирование минимальны, как и углеродный след, при этом экологические преимущества очевидны как для окружающей среды, так и для улучшения здоровья городского жителя.

Список литературы

1. Бентли М. Промышленная гидропоника. М.: ЁЁ Медиа, 2012. 376 с.
2. Депомье Д. Фермы-небоскребы // В мире науки. 2010. 3 1. С. 52-59.
3. Дмитриева А.С. Вертикальные фермы - новая тенденция в сельском хозяйстве // Хроноэкономика. 2019. № 6. С. 35-38.
4. Задорожная Е.А. Оценка зарубежного и отечественного опыта создания вертикальных ферм в развитии сельских территорий // Никоновские чтения. 2019. № 24. С. 264-266.
5. Кудинова М.Г., Туртулова И.Р. Вертикальные фермы как новая тенденция развития аграрного сектора экономики России // Дневник науки. 2022. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://dnevniknauki.ru/images/publications/2022/12/economy/Kudinova_Turtulovapdf (дата обращения: 01.03.2024).
6. Трофимов И.А., Трофимова Л.С., Яковлева Е.П. Земля и сельское хозяйство Дальнего Востока // Жизнь Земли. 2022. №2. С. 192-201.