Farmy wertykalne. Czy rolnictwo ma szansę przenieść się do miast?

Rolnictwo kojarzy się nam z ogromnymi połaciami ziemi na terenach wiejskich. W ostatnim czasie coraz więcej mówi się jednak o tzw. rolnictwie wertykalnym. Czy może to być odpowiedź na problemy wynikające z postępującej urbanizacji i szybkiego przyrostu ludności na świecie? Czym właściwie są farmy wertykalne i jakie wiąże się z nimi nadzieje?

Początki idei

Termin „rolnictwo wertykalne” (czyli pionowe) został ukuty w 1915 r. przez Gilberta E. Baileya w książce pod tym samym tytułem. Jego pierwotna propozycja – wysadzenie w powietrze części terenów rolnych i wykorzystanie ścian powstałych lejów powybuchowych (co miało powiększyć dostępny areał) na uprawy – brzmi absurdalnie, jednak sama idea przeniesienia rolnictwa w trzeci wymiar okazała się z perspektywy czasu trafiona.

Nie był to zresztą pomysł absolutnie nowy. Na zbliżonej zasadzie funkcjonowały przecież już uprawy tarasowe w świecie antycznym czy wiszące ogrody Semiramidy. Rysunek wielokondygnacyjnej budowli z farmami na poszczególnych piętrach ukazał się też choćby w magazynie „Life” w 1909 r.

O ile jednak Bailey nie odniósł większego sukcesu, o tyle Kenneth Yeang dorobił się nawet określenia „ojciec zrównoważonych, bioklimatycznych budynków”. Yeang uważany jest za prekursora agrourbanistyki. W 1989 r. zaproponował pierwszy znany koncept wieżowca bioklimatycznego – miejskiego budynku zeroenergetycznego o wielu funkcjach, z wertykalnymi tarasami do uprawy roślin włącznie. W kolejnych latach zajmował się projektowaniem tego typu wieżowców.

W 1999 r. powstała z kolei koncepcja masowej uprawy roślin i chowu zwierząt w wieżowcach Dicksona Despommiera. Despommier w trakcie zajęć ze studentami Columbia University w Nowym Jorku zadał uczniom pytanie: jak poradzić sobie z problemami środowiskowymi w kontekście produkcji żywności? Studenci dość szybko wpadli na wielokrotnie omawianą teorię upraw na dachach budynków. Ponieważ rozwiązanie to wydawało się mało efektywne, w trakcie kolejnych zajęć doszli do wniosku, że wyjściem może być umieszczenie upraw roślin i hodowli zwierząt wewnątrz wielopoziomowych budynków, pod warunkiem zapewnienia w nich właściwych warunków przy pomocy znanych już technologii ekobudownictwa i nowoczesnego rolnictwa. Despomierre oszacował, że pojedynczy trzydziestopiętrowy wieżowiec mógłby zapewnić pożywienie dla około 50 tysięcy osób – co oznaczało, że około 160 takich budynków wyżywiłoby cały Nowy Jork.

Przyczyny poszukiwania alternatyw dla tradycyjnego rolnictwa

Wzrost liczby ludności

Od dłuższego czasu obserwujemy dynamicznie postępujący wzrost liczby ludności na świecie, szczególnie w słabiej rozwiniętych regionach takich jak Afryka, Azja czy Ameryka Południowa. Choć trend ten ulega powolnemu wygaszeniu, ONZ szacuje, że w 2100 r. na Ziemi będzie żyć ponad 11 miliardów ludzi – przez ostatnie 85 lat wieku oznacza to więc wzrost o ponad jedną trzecią.

Liczba ludności naturalnie przekłada się na zapotrzebowanie na żywność. Z danych FAO wynika, że do 2050 r. blisko dwukrotnie wzrośnie spożycie mięsa, trzciny cukrowej czy buraków cukrowych.

Problemem jest jednak nie tyle rosnące zapotrzebowanie na żywność, co fizyczne ograniczenia naszej planety. Już teraz uprawianych jest aż 80% światowych gruntów rolnych. Pozostałe 20% stanowią nieużytki, których potencjał uprawny praktycznie zanikł ze względu na złe gospodarowanie ziemią w przeszłości. Ilość dostępnych gruntów rolnych ulega też systematycznemu zmniejszeniu na skutek prowadzonych inwestycji i budowanej infrastruktury. Poszukiwanie alternatywnych ścieżek dla rolnictwa wydaje się więc konieczne, by uniknąć katastrofy maltuzjańskiej – albo przynajmniej odwlec ją w czasie na tak długo, jak to możliwe.

Urbanizacja a rolnictwo miejskie

W 2015 r. ponad połowa światowej, a prawie trzy czwarte europejskiej populacji zamieszkiwała w miastach lub na terenach dużych aglomeracji. W 2050 r. odsetek ludności zamieszkującej tereny zurbanizowane na świecie wyniesie – zgodnie z prognozami ONZ – już ponad 66%, a w Europie – 82%.

Trend ten będzie widoczny szczególnie w przypadku regionów słabiej rozwiniętych. W Afryce czy Azji przez najbliższą dekadę liczba mieszkańców miast może wzrosnąć nawet o 45%. Mówi się jednak, że ta nowa „bomba ludnościowa” to w zdecydowanej większości osoby biedne. FAO szacuje, że w 2020 r. poniżej granicy ubóstwa będzie żyć nawet 1,4 miliarda ludności miejskiej. Tak gwałtowne przenoszenie się na tereny zurbanizowane rodzi też potrzebę wdrażania rozwiązań agrourbanistycznych, czyli dotyczących rolnictwa miejskiego.

Podstawowym założeniem agrourbanistyki jest tworzenie miejsc do uprawy roślin i hodowli zwierząt w przestrzeni miejskiej. Można to czynić na trzy sposoby:

• intensywny – zakładający organizację śródmiejskich farm wertykalnych w budynkach wysokościowych przy wykorzystaniu najnowocześniejszych technologii rolniczych i budowlanych, np. Sky Greens w Singapurze;
• ekstensywny – uwzględniający budowę farm o wysokości nieprzekraczającej otaczającej zabudowy na terenach niezagospodarowanych lub zdegradowanych przy użyciu średnio zaawansowanych technologii rolniczych i budowlanych, np. bioklimatyczne wieżowce Yeanga;
• rozproszony – oparty na istniejącej zabudowie i infrastrukturze, których elementy mogą być wykorzystane w celach rolniczych bez konieczności stosowania zaawansowanych i drogich technologii, np. ogrody na dachach budynków i w granicach miejskich skwerów oraz parków.

Koncepcja farm wertykalnych

Na początek warto określić, czym w ogóle jest farma wertykalna. To budynek wysokościowy (np. wieżowiec lub nawet drapacz chmur) przeznaczony pod uprawę roślin i hodowlę zwierząt. Zazwyczaj każde z kilkunastu lub kilkudziesięciu pięter przeznaczone jest pod jedną, konkretną uprawę lub konkretny gatunek zwierzęcia. Schemat budowy przykładowej farmy wertykalnej przedstawia poniższy rysunek:

Specyficzna konstrukcja farmy (m.in. lokalizacja w mieście i prowadzenie upraw pod dachem) wymaga stosowania metod znanych z techniki upraw CEA (controlled environment agriculture – rolnictwa w środowisku kontrolowanym). Choć tworzy się warunki w dużej mierze sztuczne, pozwalają one na optymalizację rolnictwa. Jak mówi David Rosenberg, dyrektor generalny AeroFarms, dzięki wykorzystaniu lamp LED możliwe jest m.in. skrócenie okresu wegetacji roślin. Dostarczane światło pozbawione jest bowiem fal o określonej długości, które nie mają istotnego wpływu na jakość upraw. W ten sposób oszczędza się też energię elektryczną. Kontrolowane środowisko umożliwia również dopasowanie odpowiedniej temperatury czy wilgotności na każdym piętrze osobno. Możliwe jest więc – w ramach jednej struktury – prowadzenie uprawy roślin i hodowli zwierząt o skrajnie odmiennych wymaganiach.

Zalety farm wertykalnych

Co jednak sprawia, że coraz więcej firm przenosi – lub przynajmniej to rozważa – uprawy pod dach? Sama oszczędność przestrzeni, choć niewątpliwie pożądana, raczej nie spowodowałaby przynajmniej stopniowego odejścia od tradycyjnego rolnictwa. Farmy wertykalne mają jednak znacznie więcej zalet.

1. Niezależność i pewność produkcyjna

Jak już pisaliśmy, kontrolowane środowisko na farmie wertykalnej umożliwia prowadzenie uprawy roślin i hodowli zwierząt niezależnie od preferowanego klimatu, roślinności, rodzaju gleby i warunków atmosferycznych. W relatywnie łatwy sposób – a na pewno łatwiejszy niż w naturalnym ekosystemie – można wykorzystać atuty przyrody (np. wysokie nasłonecznienie lub wilgotne powietrze) przy jednoczesnej eliminacji czynników negatywnych (takich jak poziom zanieczyszczeń, kwaśne deszcze czy klęski żywiołowe). Co więcej, wielopoziomowe budynki agrourbanistyczne dają możliwość całorocznej zbiórki plonów, niepodporządkowanej porom roku. W ten sposób możliwe jest utrzymanie pewności produkcyjnej – uniezależnienie od negatywnych czynników zewnętrznych pozwala na dość precyzyjne określenie wielkości produkcyjnej na farmie.

2. Alternatywa dla tradycyjnego rolnictwa

Z racji mniejszych wymagań czasowych i powierzchniowych farmy wertykalne stanowią rozsądną alternatywę dla tradycyjnego rolnictwa. Ich piętrowa konstrukcja oraz możliwość budowy nawet w centrum najbardziej zatłoczonego miasta sprawiają, że na stosunkowo niewielkiej powierzchni można prowadzić uprawę wymagającą w normalnych warunkach znacznie większego areału. Szacuje się, że jedna farma postawiona na działce o powierzchni 1 ha może zastąpić od dziesięciu do stu konwencjonalnych gospodarstw o takiej samej powierzchni. Uprawy w farmach wertykalnych obarczone są też niskim ryzykiem inwestycyjnym z racji na łatwiejszą kontrolę warunków klimatycznych. Według FAO już teraz ponad 350 milionów mieszkańców miast w Afryce i Ameryce Łacińskiej angażuje się w agrourbanistykę na własne potrzeby. Światowy potencjał, jeśli dodatkowo uwzględnić zajmujące się tym przedsiębiorstwa, jest znacznie większy.

3. Wspieranie strategii zrównoważonego rozwoju

Dzięki farmom wertykalnym możemy rozwijać się w sposób zrównoważony, nieszkodzący środowisku naturalnemu i niewymagający eksploatacji dziewiczych ekosystemów. W ujęciu ekologicznym farmy wertykalne można uznać za idealne – są samowystarczalne, nie wykorzystują zasobów i energii z limitowanych źródeł, umożliwiają recykling odpadów i zasobów wyeksploatowanych przez człowieka, wspierając tym samym proces wstrzymywania degradacji środowiska naturalnego. Pozwalają też na wyeliminowanie konieczności transportu towarów spożywczych do aglomeracji miejskich, zmniejszenie natężenia ruchu na obwodnicach i drogach dojazdowych oraz redukcję emisji spalin na skalę światową.

4. Zaspokajanie zapotrzebowania na żywność

Opisane wyżej zalety farm wertykalnych sprawiają, że mogą być one z sukcesem wykorzystane do walki z głodem i niedożywieniem, szczególnie na obszarach dotychczas uzależnionych od kosztownego importu żywności (o zerowym potencjale rolniczym) oraz w krajach trzeciego świata. Jest to szczególnie istotne w tych regionach globu, gdzie procesy urbanizacyjne postępują nadzwyczaj szybko, a na relokację w dużej mierze decydują się osoby żyjące na granicy ubóstwa. Farmy wertykalne nadają się też idealnie do produkcji żywności na potrzeby miast, o czym wspominał choćby przytaczany już Despommier.

Sky Greens – przykład farmy wertykalnej

Singapur jest doskonałym przykładem na wykorzystanie farm wertykalnych do zaspokojenia potrzeb żywnościowych mieszkańców. W kraju ledwie półtora raza większym od Warszawy żyje blisko sześć milionów ludzi. Na tradycyjne rolnictwo nie ma więc miejsca. W Singapurze funkcjonuje jednak aż siedem licencjonowanych farm wertykalnych, w tym Sky Greens – pierwszy taki budynek w kraju.

Sky Greens produkuje dziennie do 10 kwintali warzyw, jednak do jego obsługi wystarczy zaledwie 10 robotników rolnych. W 2017 r., kiedy budynek osiągnie już pełną funkcjonalność, wolumen płodów rolnych powinien zwiększyć się nawet dziesięciokrotnie. Poza oszczędnością przestrzeni i siły roboczej zyskuje się również wysoką wydajność. Szacuje się, że każda z dziewięciometrowych wież, które stanowią podstawę funkcjonowania farmy, dostarcza od pięciu do dziesięciu razy więcej warzyw niż byłoby to możliwe przy zastosowaniu konwencjonalnych metod uprawy na takim samym areale.

Farma Sky Greens zużywa niewiele energii. Zrezygnowano w niej ze sztucznego oświetlenia na rzecz naturalnego. Jedna wieża uprawna potrzebuje zaledwie 40 W prądu dziennie – to tyle, co tradycyjna żarówka. Sam prąd pozyskiwany jest w większości z energii słonecznej przy pomocy paneli fotowoltaicznych. Farma nastawiona jest także na niskie zużycie wody. Do irygacji roślin wykorzystuje deszczówkę zgromadzoną w specjalnym zbiorniku, a wodę wyeksploatowaną przy uprawach poddaje recyklingowi i ponownemu użyciu. Z komunikatów marketingowych wynika, że 1,7-tonowa struktura wertykalna generuje jedynie 0,5 l strat wody. Szklarnia miejska Sky Greens jest praktycznie samowystarczalna. Dzieje się tak, ponieważ zastosowano w niej zrównoważone systemy gospodarki zasobami oraz technologie ich recyklingu. Budynek emituje śladowe ilości dwutlenku węgla i zanieczyszczeń.

Śladem Singapuru podążają i inne kraje, w tym Polska. Jesienią 2016 r. w Krakowie powstała farma wertykalna Urbanika Farms.

Głos krytyki

Choć ekolodzy mówią o farmach wertykalnych w samych superlatywach, nie da się ukryć, że istnieje też i druga strona medalu. Scott Beyer w artykule dla Forbesa zwraca uwagę, że budowa tego typu obiektów jest najzwyczajniej w świecie nieefektywna z ekonomicznego punktu widzenia. W 2012 r. funkcjonowało około 100 farm wertykalnych, przy czym żadna z nich nie przynosiła zysku. W 2015 r. bankructwo ogłosił np. kanadyjski VertiCrop.

Przyczyn tego zjawiska może być wiele. Choć farmy wertykalne zajmują znacznie mniej terenu od tradycyjnych, „horyzontalnych”, tak problemem mogą być wysokie koszty. Ceny ziemi w centrum miasta są o wiele wyższe niż na wsi. Do tego trzeba doliczyć dodatkowe nakłady na rozwój czy nawet budowę struktur agrourbanistycznych (liczone w miliardach dolarów). Potężnym kosztem jest też utrzymanie funkcjonującego przez całą dobę sztucznego oświetlenia. A to wszystko ma być pokryte przez – jak pisze Beyer – sprzedaż garści ogórków po dwa dolary.

Nie sposób też pominąć kwestii społecznych. O ile w zatłoczonym Singapurze uprawy w mieście mogą – bo w zasadzie nie mają alternatywy – liczyć na rynek zbytu, o tyle w krajach z pewnymi tradycjami sektora rolniczego ludność nie jest szczególnie chętna do eksperymentów. Jak wynika z przeprowadzonego w 2012 roku badania TNS Polska, zaledwie 4% Polaków kupuje stale żywność ekologiczną. Największym powodzeniem wciąż cieszą się produkty tanie, nawet niższej jakości, a nie ulega wątpliwości, że farmy wertykalne nie mają specjalnie możliwości konkurencji cenowej z tradycyjnym rolnictwem.

Pozostaje też problem czysto urbanistyczny. Drapacze chmur wpisują się w strukturę Nowego Jorku czy Tokio, ale w wielu miastach europejskich – a szczególnie w polskich – zaburzałyby istniejący ład architektoniczny. Warto też wspomnieć, że zabudowa wysokościowa z zasady ogranicza dostęp do naturalnego światła. Gdyby farmy wertykalne w drapaczach chmur powstawałyby masowo, intensywnie zaciemniałyby przestrzeń miejską, szczególnie na skrajnie północnych i południowych szerokościach geograficznych (np. w Chile, Norwegii czy północnych regionach Rosji).

Sam Kenneth Yeang podkreśla, że ze względów ekonomicznych i demograficznych w miastach wciąż będą budowane obiekty wysokie. Jest jednak przeciwnikiem typowych drapaczy chmur i uważa, że bioklimatyczne wieżowce wspierające agrourbanistykę nie powinny i nie muszą przekraczać wysokości ośmiu kondygnacji, co udowodnił bazując na danych ekonomicznych podczas wykładu na Griffith University w Gold Coast. Potwierdza to zresztą Beyer, mówiąc, że wiele farm ogranicza się do zaledwie dwóch-trzech kondygnacji, co czyni z nich raczej przerośnięte szklarnie niż budynki wysokościowe.

Podsumowanie

Choć sam termin „rolnictwo wertykalne” ma zaledwie sto lat, tradycje tej formy prowadzenia upraw sięgają czasów antycznych. W świecie, w którym coraz trudniej o znalezienie wolnego fragmentu przestrzeni, znaczącą rolę odgrywa wykorzystanie trzeciego wymiaru.

Rolnictwo wertykalne ma wiele zalet. Jest mniej czasochłonne i znacznie wydajniejsze od rolnictwa tradycyjnego, a dzięki środowisku kontrolowanego pozwala na łączenie w ramach jednej struktury plonów, które nie mogłyby funkcjonować obok siebie w naturalnych warunkach. Przy dynamicznie postępujących procesach urbanizacyjnych i demograficznych, zwłaszcza dotyczących biednej części ludności, przeniesienie części rolnictwa na tereny miejskie może być rozwiązaniem przynajmniej części problemów żywnościowych świata. Przykład Singapuru pokazuje, że nawet niewielki powierzchniowo kraj może korzystać z dóbr rolnictwa wertykalnego.

Krytycy idei zwracają jednak uwagę, że choć farmy wertykalne są ekologiczne, to z punktu widzenia ekonomii skrajnie nieefektywne. Żywność bio nie cieszy się też szczególnymi względami wśród ludności, co jeszcze bardziej obniża rentowność inwestycji. Choć w teorii farma wertykalna powinna być budynkiem wysokościowym, często przyjmuje formę zaledwie paropiętrowej szklarni.