Definicja i zakres pojęcia farmy wertykalnej
Farma wertykalna w znaczeniu przemysłowym to wielopoziomowa instalacja uprawowa zlokalizowana w zamkniętym budynku, gdzie rośliny rosną w kontrolowanych warunkach środowiskowych — bez naturalnego światła słonecznego lub z jego minimalnym udziałem. Uprawy prowadzone są w systemach bezglebowych: hydroponicznych, akwaponicznych lub aeroponicznych. Każda kondygnacja stanowi odrębną strefę produkcyjną, a łączna powierzchnia uprawowa jest wielokrotnie większa niż powierzchnia zajmowanego terenu.
Pojęcie to bywa stosowane też szerzej — jako określenie każdej uprawy wertykalnej (w tym ogrodów dachowych i ścian zielonych), jednak w kontekście produkcji żywności na skalę większą niż ogrodniczą, mówi się o farmach wertykalnych jako odrębnej kategorii infrastruktury rolno-przemysłowej.
Technologie uprawowe
Hydroponika
Podstawowa technologia stosowana w farmach wertykalnych. Rośliny rosną w roztworze wodnym wzbogaconym w niezbędne składniki mineralne — bez gleby. Korzenie zanurzone są w pożywce lub przepłukiwane cienką jej warstwą (system NFT — Nutrient Film Technique). Hydroponika umożliwia precyzyjne sterowanie poborem składników pokarmowych i wody, skraca cykl wzrostu roślin i pozwala uniknąć patogenów glebowych.
W warunkach farmy wertykalnej hydroponika jest kombinowana z oświetleniem LED o widmie dostosowanym do potrzeb konkretnych gatunków roślin. Barwa, intensywność i czas trwania oświetlenia są sterowane automatycznie i mogą być różne dla poszczególnych kondygnacji.
Akwaponika
System łączący hodowlę ryb z uprawą roślin w zamkniętym obiegu wody. Odpady metaboliczne ryb (przede wszystkim amoniak przekształcany przez bakterie nitryfikacyjne w azotany) stanowią naturalny nawóz dla roślin, które z kolei oczyszczają wodę powracającą do zbiornika z rybami. Akwaponika jest bardziej złożona technicznie niż czysta hydroponika, ale pozwala na produkcję dwóch kategorii żywności jednocześnie.
W farmach wertykalnych akwaponiczne systemy spotykane są rzadziej niż hydroponiczne ze względu na wyższy poziom skomplikowania i konieczność utrzymania równowagi biologicznej zbiornika rybnego. Są jednak obecne w instalacjach badawczych prowadzonych przez uczelnie rolnicze i instytucje naukowe w Polsce.
Aeroponika
W systemach aeroponicznych korzenie roślin zawieszone są w powietrzu i regularnie zraszane mgłą pożywki. To najbardziej efektywna pod względem zużycia wody technologia — korzenie mają stały dostęp do tlenu, co przyspiesza wzrost roślin. Jednocześnie aeroponika jest najbardziej wymagająca technicznie — awaria systemu zraszania może w ciągu godzin doprowadzić do uszkodzenia korzeni.
Farmy wertykalne używają od kilku do kilkudziesięciu razy mniej wody niż tradycyjne uprawy polowe przy porównywalnym plonie. Precyzyjne nawadnianie i obiegi zamknięte ograniczają straty wynikające z parowania i spływu powierzchniowego.
Oświetlenie — kluczowy element technologii
Oświetlenie stanowi największy komponent kosztów operacyjnych farmy wertykalnej. Diody LED drugiej i trzeciej generacji przeznaczone do upraw roślinnych emitują światło w określonych zakresach widma — głównie czerwieni i niebieskim — odpowiadających maksymalnej absorpcji chlorofilu. Nowoczesne oprawy pozwalają regulować barwę i intensywność w zależności od gatunku rośliny i fazy jej wzrostu.
Zużycie energii elektrycznej na oświetlenie jest wprost zależne od gęstości zabudowy kondygnacji i rodzaju uprawianych roślin. Gatunki szybko rosnące, takie jak sałaty i szpinak, wymagają mniejszej ilości energii na kilogram plonu niż np. pomidory czy papryka.
Gatunki o największym potencjale produkcyjnym
Nie wszystkie rośliny nadają się do uprawy w farmach wertykalnych. Najlepiej sprawdzają się gatunki o krótkim cyklu wzrostu, niskim zapotrzebowaniu na światło i kompaktowej budowie:
- Sałaty liściowe — najczęściej produkowany gatunek w farmach wertykalnych na świecie
- Szpinak i rucola — krótki cykl, wysokie plony z jednostki powierzchni
- Bazylia i inne zioła — wysoka wartość rynkowa przy stosunkowo niskich kosztach produkcji
- Truskawki — wymagają dłuższego czasu wzrostu, ale dobrze sprawdzają się w systemach pionowych
- Mikrolistki (microgreens) — bardzo krótki cykl produkcyjny, rosnące zainteresowanie rynku gastronomicznego
Uprawa warzyw owocujących (pomidory, ogórki, papryka) jest technicznie możliwa, ale znacząco droższa ze względu na większe zapotrzebowanie na energię i trudności z mechanizacją zbioru.
Uwarunkowania w Polsce
W Polsce pierwsze komercyjne instalacje o charakterze farm wertykalnych pojawiły się w drugiej dekadzie XXI wieku — głównie w aglomeracjach warszawskiej, krakowskiej i wrocławskiej. Część z nich działa w ramach obiektów produkcyjnych adaptowanych z pierwotnie przemysłowego przeznaczenia.
Polska dysponuje dużymi zasobami budynków poprzemysłowych i magazynowych, które przy odpowiedniej modernizacji mogą pełnić funkcję farm wertykalnych. Dostęp do stosunkowo tańszej energii elektrycznej — w porównaniu z Europą Zachodnią — wpływa na bilans kosztów operacyjnych takich instalacji.
Regulacje prawne dotyczące farm wertykalnych w Polsce są zbliżone do regulacji dotyczących zakładów przetwórstwa spożywczego — wymagania sanitarne, certyfikacja jakości żywności i kwestie związane z pozwoleniami na działalność są określane przez Inspekcję Sanitarną oraz Inspekcję Jakości Handlowej Artykułów Rolno-Spożywczych.
Powiązania z polityką miejską
Farmy wertykalne są coraz częściej rozważane przez polskie samorządy jako element strategii adaptacji do zmian klimatu i zwiększania lokalnego bezpieczeństwa żywnościowego. Kilka polskich miast uwzględniło tematykę rolnictwa miejskiego w dokumentach strategicznych dotyczących zrównoważonego rozwoju — m.in. Warszawa w Strategii #Warszawa2030 i Kraków w dokumentach dotyczących zielonej infrastruktury miejskiej.
Aspekt dostępu do lokalnie produkowanej żywności jest tematem dyskutowanym przez środowiska akademickie i organizacje pozarządowe zajmujące się bezpieczeństwem żywnościowym w miastach.