Farmy przyszłości według NASA

Nasza planeta się nie powiększa, ludzi na Ziemi przybywa, a wraz z nimi rozrastają się miasta i problem globalnego ocieplenia. Te zjawiska stawiają przed naszą cywilizacją pytanie: w jaki sposób wyżywić populację prawie 8 mld ludzi? Z odpowiedzią przychodzi m.in. NASA, oferując metody stosowane w laboratoriach ziemskich i na orbicie. Proponuje hodowle bezglebowe, bez światła słonecznego i pionowe.

Obecnie zamieszkuje Ziemię niemal 7,8 mld ludzi. Jak prognozuje ONZ, do roku 2050 ta liczba przekroczy 10 mld. Biorąc pod uwagę migracje ludności z terenów wiejskich do miast i globalne ocieplenie, które dewastuje uprawy, jak i hodowle, tradycyjne rolnictwo - choć dynamicznie rozwijające się w kierunku zwiększenia wydajności i zminimalizowania kosztów oraz przestrzeni - może okazać się niewystarczające do zaspokojenia zapotrzebowania na żywność i produkty rolne.

Od samego początku istnienia agencja badała bioregeneracyjne systemy podtrzymywania życia, w których rośliny samodzielnie przetwarzają odpady, produkują tlen oraz przetwarzają dwutlenek węgla. Rośliny wyhodowane w tym systemie mają stanowić pełnowartościowe źródło pożywienia.

Stworzenie gatunków potrafiących przeżyć w warunkach bezglebowych, bezgrawitacyjnych, z ograniczonymi zasobami wody i energii, która musi zastąpić światło słoneczne, pozwoliłyby przenieść uprawy poza naszą planetę. Pierwotnie by wyżywić załogi podczas długoterminowych wypraw kosmicznych, a obecnie by sprostać wyzwaniom dzisiejszego świata.

Program zamkniętego ekologicznego systemu podtrzymywania życia (Closed Ecological Life Support System, CELSS) powstał z inicjatywy wydziału nauk przyrodniczych Centrum Kosmicznego Johna F. Kennedy’ego na Florydzie.

CELSS sfinansował uniwersyteckie badania naukowe mające na celu zidentyfikowanie gatunków roślin najlepszych do uprawy w kontrolowanym środowisku oraz idealnych warunków dla poszczególnych gatunków. NASA z kolei zapewniła miejsce i materiały niezbędne do przeprowadzania eksperymentów.

Biorąc pod uwagę ograniczenia narzucone przez pozaziemskie warunki, agencja w 1980 r. zdecydowała się wykorzystać wycofaną z eksploatacji komorę hiperbaryczną będącą pozostałością po testach kapsuły statku Mercury z lat 60. W ten sposób powstała pierwsza w Stanach Zjednoczonych pionowa farma.

Wewnątrz komory naukowcy umieścili na ścianach rzędy hydroponicznych tac. Następnie zaimplementowali systemy oświetlenia, wentylacji oraz cyrkulacji wody, stworzone z części pozostałych po innych projektach.
Ponowną eksploatację komory hiperbarycznej rozpoczęto w kolejnych latach, a w od 1988 do 2000 r., była wykorzystywana bez przerwy, zarówno do eksperymentów, jak i stałej, pionowej, hydroponicznej uprawy.

Efekty i wyniki eksperymentów przeprowadzanych przez NASA nie zmarnowały się. Wieloletnie badania doprowadziły do opracowania receptur wzrostu i optymalnych warunków dla różnych gatunków roślin. Niezliczone ilości danych i statystyk zostały udostępnione publicznie w formie baz danych, raportów technicznych oraz opracowań naukowych. Publiczne ich udostępnienie pozwala nie tylko na dalszy rozwój rolnictwa w kontrolowanych warunkach przez jednostki niezwiązane z NASA, ale także na komercyjne zastosowanie hydroponicznych farm.

Rolnictwo kontrolowane łączy botanikę i kontrolę warunków środowiskowych, by zoptymalizować prędkość i wielkość wzrostu, jednocześnie maksymalizując wydajność produkcji.

Ta metoda jest przede wszystkim nastawiona na uprawę pionową.
Technologie wykorzystywane przy tego typu rolnictwie pozwalają na między innymi filtrowanie zanieczyszczeń z wody używanej do nawadniania czy dostarczania roślinom niezbędnych składników w dostosowanych do nich ilościach. Ponadto sztuczne oświetlenie rekompensuje brak naturalnego światła słonecznego. Dzieje się tak dzięki precyzyjnie dobranej mieszance światła czerwonego, niebieskiego i zielonego o odpowiednim natężeniu i czasie naświetlania. Oprócz tego farmy CEA prowadzone są w warunkach kontrolowanej temperatury i wilgotności.

Jak mówi Nate Storey, dyrektor do spraw nauki w Plenty Unlimited - jednej z kilku firm, które opierają swoją działalność na wynikach badań NASA - "Cały przemysł CEA jest opiera się na wynikach badań NASA". Zauważa też, że dzięki publikacjom agencji oraz sponsorowaniu licznych projektów w ramach programu CELSS, rolnictwo w kontrolowanych warunkach jest możliwe na użytek komercyjny.

Prace nad CEA dramatycznie przyspieszyły w latach 90., częściowo za sprawą milionów dolarów zainwestowanych przez koncerny high-tech w badania nad rolnictwem w kontrolowanych warunkach. Obecnie globalny rynek CEA jest warty około 2,9 mld dolarów, z prognozowanym wzrostem do 7,3 mld w roku 2025.

Wydawać by się mogło, że rośliny uprawiane w ramach CEA są znacznie uboższe pod względem zarówno wartości odżywczych, jak i walorów smakowych. NASA twierdzi, że jest wręcz przeciwnie. Hodowla w ramach zamkniętego ekosystemu odseparowuje roślinę zarówno od negatywnych warunków atmosferycznych, naturalnych szkodników, jak i szeroko pojętych zanieczyszczeń płynących z różnych źródeł.

Sztuczne oświetlenie pozwala zapewnić ilość światła potrzebną roślinie. Uprawa w zamkniętej strukturze posiadającej system cyrkulacji i oczyszczania wody eliminuje zagrożenie suszy, a także pozwala na nieprzerwaną, całoroczną produkcję.

Jak donosi Plenty Unlimited, jedna pionowa farma o powierzchni 80 arów zapewnia plony porównywalne z 283-hektarową farmą w rolnictwie tradycyjnym. Oprócz tego pionowe, hydroponiczne pola uprawne Plenty zużywają ponad 99 proc. mniej wody w porównaniu do tradycyjnych alternatyw.

"Nauczyliśmy się, że wielkopowierzchniowa, pionowa uprawa poprawiła jednolitość i wydajność plonów - było to zdrowsze dla roślin i łatwiejsze w utrzymaniu" - powiedział Storey. Zauważył też, że zarządzanie wilgotnością i temperaturą w pionowej uprawie jest bardziej równomierne, i przekłada się na bezstresowy wzrost roślin.

Choć koncepcja rolnictwa w kontrolowanych warunkach - ze względu na jego założenia, które przeczą naturze, jest dość futurystyczny i kontrowersyjny, ma on swój potencjał w świecie, w którym mierzymy się z przyrostem ludności i degradacją środowiska. Nawet jeżeli rozwój CEA zajmie kilkadziesiąt lat do upowszechnienia się na rynku globalnym, stanowi on kamień milowy w pracach nad długoterminowym wysłaniem człowieka w przestrzeń kosmiczną.