مصانع النباتات، عالقة في التكاليف؟

المصدر | 35Dou (المعرف: vcearth)

المؤلف | هو شياوفنغ

في عام 2075، بعد أكثر من 50 عامًا من الآن، ستوشك الشمس على الاندثار، وسيكون العالم مغطى بالجليد والثلوج. ليس لدى البشرية خيار سوى إطلاق مشروع "الأرض التائهة".

—هذه هي القصة من فيلم الخيال العلمي "ذا ووندرينغ إيرث"، حيث كان البشر الذين يعيشون تحت الأرض يتغذون فقط على ديدان الأرض، يوماً بعد يوم، وسنة بعد سنة.

لو أنه في ذلك الوقت كانت هناك طريقة للإنتاج الزراعي قادرة على التحرر من سيطرة المناخ والبيئة، لتبقى راسخة سواء في الأنهار الجليدية أو الصحاري، أو تحت وطأة الكوارث الطبيعية مثل الزلازل والعواصف الثلجية، أو حتى في مواجهة الدمار النهائي للشمس، وتوفر الخضروات والفواكه على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع دون انقطاع، لكانت البشرية قد تمكنت من البقاء.

حالياً، تعد مصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية بالضبط هذا النوع من الوجود، لتصبح الموضوع "الرائج" الأكثر حديثاً في مجال الزراعة المحمية. مؤشر مباشر على ذلك هو نجاح العديد من الشركات في تأمين جولات تمويل ضخمة على التوالي: أعلنت شركة الزراعة الداخلية الأمريكية Gotham Greens مؤخراً عن حصولها على تمويل بقيمة 310 مليون دولار في الجولة серии E؛ وفي يناير من هذا العام، جمعت Plenty 400 مليون دولار في جولتها серии E؛ وجمعت Bowery Farming 300 مليون دولار في جولتها серии C في مايو 2021.

تتحول المثاليات إلى واقع، لكن لا تزال هناك تحديات عديدة. وراء المبتكرة تكمن تكاليف بناء وتشغيل باهظة، بالإضافة إلى التكاليف المحتملة لاستعادة البيئة.

عندما تكون تقنية سوداء حديثة يمكن وصفها بأنها حاجة استراتيجية عالمية أمام أعيننا مباشرة، هل ستكون التكلفة سبباً لتراجع الشركات؟

الإجابة هي لا. اليوم، لا يزال حلامو هذه "الأشكال الزراعية النهائية" يركضون بلا كلل في استكشافهم اللامتناهي لخفض التكاليف وزيادة الكفاءة وتطبيقات السيناريوهات.

بالنظر إلى تطور الزراعة العالمية، من الزراعة التقليدية في الحقول المفتوحة إلى الصوبات الزراعية، ثم إلى مصانع النباتات ذات المحتوى التكنولوجي الأعلى. تاريخ الزراعة المحمية هو تاريخ للتحكم البيئي.

حلل باي باوسو، مؤسس Future Smart Agriculture، لصالح 35 Dou قائلاً: "لقد كانت 5000 عام من الثقافة الزراعية تحل المشكلات البيئية، وتحقق تصنيع الزراعة من خلال التحكم البيئي لتعظيم الإنتاج".

حاليًا، تستخدم مصانع النباتات أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الاستشعار الإلكترونية للتحكم بشكل موحد وآلي وبدقة عالية في درجة الحرارة والرطوبة والضوء وثاني أكسيد الكربون والمحلول المغذي لنمو المحاصيل، مما يجعل نمو المحاصيل داخل المنشأة أقل خضوعًا أو غير خاضع للظروف الطبيعية. هذه هي طريقة الزراعة الأكثر فعالية لتنظيم والتحكم في بيئة نمو المحاصيل.

مصنع نباتات داخلي Plenty، مصدر الصورة: الموقع الرسمي لـ Plenty

حاليًا، تنقسم مصانع النباتات بشكل رئيسي إلى مصانع نباتات تعتمد على ضوء الشمس ومصانع نباتات تعتمد على الضوء الاصطناعي. الفرق في حرفين يعني اختلافًا كبيرًا في المضمون.

ما يسمى بمصنع النباتات المعتمد على ضوء الشمس، كما يوحي الاسم، هو مزرعة حديثة تستخدم بشكل أساسي ضوء الشمس أو الإضاءة التكميلية الاصطناعية قصيرة المدى وتقنية الزراعة بالمحلول المغذي للإنتاج السنوي للنباتات في بيئة دفيئة شبه مغلقة.

على النقيض من ذلك، يعمل مصنع النباتات بالضوء الاصطناعي في بيئة محكمة الإغلاق وقابلة للتحكم تمامًا، باستخدام مصادر ضوء اصطناعية وتقنية الزراعة بالمحلول المغذي. لا تتأثر تقريبًا بالظروف المناخية الخارجية وتتيح الإنتاج السنوي للنباتات.

في اللاوعي الصناعي، تشير عبارة مصنع النباتات إلى مصنع نباتات بالضوء الاصطناعي. وفقًا للي شاوهوا، الباحث في معهد علم النبات التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، يجب أن تتمتع مصانع النباتات بالخصائص الثلاث التالية: أولاً، زراعة المحاصيل داخل مبنى؛ ولا تُعد الصوبات الزراعية ضمن هذا التعريف. ثانيًا، مصادر ضوء اصطناعية؛ ولا يُعد الضوء الطبيعي ضمن هذا التعريف. ثالثًا، الزراعة العمودية مع الزراعة متعددة الطبقات، حيث تكون بيئة وظروف الإنتاج خاضعة للتحكم الاصطناعي.

صرح لي بنغ، نائب المدير العام لشركة سانان أوبتوإلكترونيكس، بأن مصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية وما يسمى بمصانع النباتات ذات ضوء الشمس هما "عمليتان مختلفتان تمامًا"، إحداهما ذات درجة عالية من التصنيع والأخرى تعتمد بشكل كبير على البيئة الطبيعية.

أولاً، الزراعة بالضوء الطبيعي أفقية، بينما تتبنى مصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية نمط الزراعة العمودية مع ارتفاع معدل استغلال المساحة. وفقًا للبيانات التي قدمها الدكتور صن تشاوهوا، مدير البحث والتطوير في شركة BOE Houji Technology (Beijing) Co., Ltd.، "يمكن أن تصل الزراعة العمودية إلى 10-14 طبقة؛ وفي نفس مساحة الأرض، يمكن زيادة المساحة الفعالية الفعلية بمقدار 4.2 مرة، وتكون الطاقة الإنتاجية لكل متر مربع حوالي 5 أضعاف تلك الخاصة بمصانع النباتات ذات الضوء الطبيعي."

ثانيًا، من حيث كفاءة الزراعة، تستخدم مصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية مصادر ضوء LED لتوفير كل الضوء اللازم لنمو النبات. خلال نفس الإطار الزمني، تتلقى النباتات احتياجات الضوء الأكثر كفاية، مما يؤدي إلى سرعات نمو أسرع بكثير من تلك الخاصة بمصانع النباتات ذات ضوء الشمس، والصوبات الزجاجية، وما إلى ذلك.

أخيرًا، لا تتأثر مصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية تقريبًا بالظروف البيئية والمناخية الخارجية، مما يسمح بالإنتاج على مدار السنة دون انقطاع. مع مزايا سرعة النمو وعدد الطبقات، بالإضافة إلى الاختلافات في دورات النمو، يمكن لمصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية التي تشغل نفس المساحة أن تحقق إنتاجًا يعادل 10 أضعاف إنتاج الصوبات الزراعية، أو حتى أكثر.

إذا اعتمدنا على التوقعات الواردة في تقرير اتجاهات السكان العالمي للأمم المتحدة، فسيصل عدد سكان العالم إلى 9.8 مليار نسمة بحلول عام 2050. وهذا يعني أيضًا أنه لمواكبة النمو السكاني، يجب أن يتضاعف إجمالي إنتاج الغذاء العالمي أكثر من مرتين. ومع ذلك، على مدى السنوات الخمسين الماضية، ظلت مساحة الأراضي الزراعية مستقرة، ومن المؤكد أن هذا الرقم لن يرتفع بشكل ملحوظ لفترة طويلة قادمة.

في هذا السياق، يحمل وجود مصانع النباتات أهمية استراتيجية أكبر. كما ذكر سون تشاوهوا، "نحن بحاجة إلى تراكم تقنيات وطرق الزراعة التي لا تعتمد على البيئة الطبيعية؛ ومصانع النباتات هي بالضبط احتياطنا من التكنولوجيا وخبرة الزراعة للمستقبل."

صرح البروفيسور ديكسون ديسبوميير، العالم الأمريكي الذي طرح لأول مرة مفهوم الزراعة العمودية، بأن الصين هي واحدة من الدول التي ينبغي فيها تعزيز الزراعة العمودية بأقصى قدر من الاستعجال، لحل المشكلة الشائكة لإعادة تطوير القرى الحضرية في التخطيط الحضري، وتوفير المنتجات الزراعية والجانبيه الطازجة لسكان المدن، وتحسين البيئة البيئية الحضرية.

حاليًا، أصبحت الصين واحدة من أسرع الدول نموًا في التطور العالمي لمصانع النباتات. كشف يانغ تشيتشانغ، رئيس التحالف الوطني لمصانع النباتات الذكية وكبير علماء مصانع النباتات الذكية في الأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية، لوسائل الإعلام أنه بحلول نهاية عام 2020، كان هناك أكثر من 220 مصنعًا للنباتات بمقاييس مختلفة في الصين.

ومع ذلك، لا يمكن تجاهل أن مصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية لا تزال سوقًا متخصصة مع معدلات انتشار منخفضة. السبب هو أن، الصعوبة في تعزيز مصانع النباتات لا تكمن في التكنولوجيا، بل في كيفية تقليل تكاليف البناء والتشغيل. "الأرقام لا تتطابق" هي الإدراك المباشر للعديد من الممارسين فيما يتعلق بمصانع النباتات.

تتطلب مصانع النباتات إنتاج المحاصيل في بيئة مغلقة، وبالتالي تحتاج إلى بناء هندسات ذات صلة ومعدات داعمة، بما في ذلك هيكل الغلاف الخارجي، وأنظمة تكييف الهواء، وأجهزة الإضاءة الاصطناعية، ورفوف الزراعة متعددة الطبقات، وأنظمة دوران ومحلول المغذيات والتحكم فيها، بالإضافة إلى أنظمة التنظيم والتحكم الحاسوبية.

يكشف تحليل معهد أبحاث الصناعة تشيانزهان أن بناء مصنع نباتات بمساحة أقل من 1000 متر مربع (بما في ذلك الديكور الداخلي والمعدات والمرافق) يتكلف ما بين 15000 و20000 يوان للمتر المربع؛ أما بالنسبة لمصنع نباتات بمساحة 5000-10000 متر مربع، فإن التكلفة لكل متر مربع تتراوح بين 8000 و10000 يوان؛ وبالنسبة لمصانع النباتات الكبيرة التي تزيد مساحتها عن 10000 متر مربع، تنخفض تكلفة البناء إلى 8000 يوان للمتر المربع.

يشير كتاب "أنظمة وممارسات مصانع النباتات" إلى أنه في مصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية، تمثل معدات الإضاءة الاصطناعية أكبر نسبة من جميع تكاليف المعدات، خاصة في مصانع النباتات التي تعتمد كلياً على مصادر إضاءة LED، حيث غالباً ما تمثل تكاليف LED حوالي نصف إجمالي تكلفة المعدات.

هذه فقط تكاليف البناء الأولية المرتفعة؛ إن تكاليف الصيانة اللاحقة وتكاليف تشغيل الإنتاج مهمة بنفس القدر ولا ينبغي الاستخفاف بها.

حالياً، تشمل تكاليف تشغيل الإنتاج بشكل رئيسي رسوم الكهرباء، وتكاليف المواد المختلفة (محاليل المغذيات، البذور، سماد غاز CO2)، وتكاليف العمالة، ورسوم نقل المواد، ورسوم إدارة الموظفين، وما إلى ذلك.

وفقًا لما كشفه لي بنغ، تشكل تكاليف الكهرباء حاليًا حوالي 25% من تكاليف التشغيل والإنتاج في مصانع النباتات. "مبنى صناعي بمساحة 10,000 متر مربع وارتفاع يتراوح بين أربعة وخمسة أمتار، تم تحويله إلى مصنع نباتات بإضاءة اصطناعية، يستهلك أكثر من 13 مليون كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا." يُنظر إلى الاستهلاك العالي للطاقة بالفعل على أنه أحد العوائق الرئيسية التي تؤثر على تطور مصانع النباتات.

من ناحية أخرى، فإن مناقشة التكاليف دون النظر إلى الإنتاج أمر غير مجدٍ. يعتقد المراقبون الخارجيون أن تكاليف البناء والتشغيل المرتفعة لمصانع النباتات نسبية مقارنة بقيمة المحاصيل المزروعة فيها.

بأخذ الخس الشائع كمثال، أجرى يانغ تشيتشانغ حسابًا لمصنع نباتات في بكين يزرع الخس: يتطلب إنتاج كيلوغرام واحد من الخس 10 كيلوواط ساعة من الكهرباء، أي ما يعادل 6 يوان. بالاقتران مع تحليل المحصول، تصل تكلفة الإنتاج لكل كيلوغرام من الخس إلى 21.19 يوان. ومع ذلك، يتراوح سعر السوق للخس عمومًا بين 4 و6 يوان لكل جين (500 جرام). ومع ذلك، تقدم بعض المتاجر الكبرى الفاخرة أنواعًا معينة من الخس بأسعار أعلى؛ على سبيل المثال، في هيما فريش، يُباع 200 جرام من خس الرومان بسعر 12.9 يوان، و200 جرام من خس الأوراق الحمراء بسعر 7.9 يوان.

يعني هذا أيضًا أنه إذا أردنا تغطية التكاليف، فإن أحد الاتجاهات التطويرية الرئيسية لمصانع النباتات هو إنتاج خضروات عالية الجودة وتزويد المتاجر الكبرى الفاخرة بها.

الأمور ليست بالضرورة كما تبدو على السطح؛ فزراعة وبيع الخضروات هي مجرد غيض من فيض فيما يتعلق بقيمة مصانع النباتات. من حيث الاستخدام، تشمل أنواع مصانع النباتات تلك الموجهة للإنتاج والبحث والعرض. ومن بين هذه الأنواع، تتجاوز قيمة الأنواع الموجهة للبحث والعرض بكثير ما يمكن قياسه بواسطة نماذج الأعمال.

من المرجح أن لا يزال الناس مصدومين من موجة الحر غير المسبوقة في أغسطس، الأسوأ منذ 61 عامًا. لم ينجُ أحد في حوض نهر اليانغتسي بأكمله من الحرارة الحارقة التي بدأت في أواخر يونيو. تسببت درجات الحرارة المرتفعة الممتدة والجفاف في كوارث شديدة في مقاطعات وبلديات متعددة، بما في ذلك سيتشوان وتشونغتشينغ وهوبي وهونان وجيانغشي وآنهوي. أدت حرائق الغابات المستمرة في مناطق ومحافظات تشونغتشينغ مثل جيانغجين ودازو وتونغليانغ وبانان وبيبي إلى خسائر هائلة.

رافق ذلك نقص شديد في إمدادات الكهرباء. واضطرت مقاطعات ومدن متعددة إلى اتخاذ إجراءات مثل تقنين الطاقة للمباني المكتبية، وإيقاف عمليات المراكز التجارية، وإغلاق المصانع.

في الصين، يأتي 75٪ من الكهرباء من توليد الطاقة بالفحم. تتسبب عملية إنتاج الفحم في التلوث، لذا لا يمكن تجاهل تكاليف الاستعادة البيئية المرتبطة باستهلاك الكهرباء في مصانع النباتات. بالإضافة إلى ذلك، بالنظر إلى نقص الطاقة العالمي، هل الأهم هو استهلاك كميات كبيرة من موارد الأرض الشحيحة أم بناء احتياطيات تقنية لضمان الإمداد في ظل ظروف مستقبلية غير مؤكدة؟

ردًا على ذلك، اقترح باي باوسو، مؤسس Future Smart Agriculture، طريقة قياس: لا تركز فقط على مصانع النباتات؛ بل ضع في الاعتبار بشكل شامل كل من الزراعة المفتوحة ومصانع النباتات، مع تقييم إجمالي استهلاك الطاقة من موقع الإنتاج إلى المائدة.

يتشارك وانغ شياوتشينغ، مؤسس شويمو جيوتيان، نفس النهج. عندما دخل قطاع الزراعة قبل ثماني سنوات، وجد صعوبة في تحديد النموذج الزراعي الأفضل، لذا وضع معياراً للتحقق يقوم على تقييم شامل للجودة والتكلفة والإنتاجية والتنمية المستدامة (بما في ذلك مؤشرات مثل البصمة الكربونية والمياه والأسمدة والمبيدات).

تعتقد الدكتورة صن تشاوهوا أن طريقة الإنتاج في مصانع النباتات نفسها شبه خالية من التلوث البيئي. وتشرح ذلك من أربعة أبعاد:

• يتم إعادة تدوير محلول المغذيات وتوفيره حسب الطلب، نادراً ما ينطوي على مشاكل التصريف؛

• المواد الأساسية أو الإسفنج قابلة للتحلل الحيوي؛

• الإشعاع في بيئة محكمة الإغلاق لا ينطوي على تلوث ضوئي؛

• المكونات الهيكلية مصنوعة من سبائك الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ، ولا يوجد خطر تلوث ناتج عن تحلل البلاستيك.

لا يحتوي الإنتاج الزراعي في الحقول المفتوحة على ملوثات طبيعية؛ يأتي تلوثه بشكل رئيسي من الاستخدام المكثف للأسمدة والمبيدات أثناء الزراعة، مما يسبب أضرارًا كبيرة لبيئة التربة. على وجه الخصوص، احتل إجمالي إنتاج واستهلاك الأسمدة في الصين المرتبة الأولى عالميًا لفترة طويلة، حيث يمثل حوالي ثلث الإجمالي العالمي. لذلك، يعتقد بعض خبراء الصناعة أن "التلوث غير المحدد المصدر والنقطي الناتج عن الزراعة الصينية أعلى من ذلك الناتج عن الصناعة".

تبرز قدرة مصانع النباتات على توفير المياه بشكل ملحوظ. وفقًا لتقرير منظمة الأغذية والزراعة "حالة الأغذية والزراعة 2020"، يشكل استخدام المياه في الزراعة 70% من استهلاك الموارد المائية العالمية. يمكن لمصانع النباتات إعادة تدوير موارد المياه لتجنب الهدر. أجرى الدكتور صن تشاوهوا حسابات ذات صلة: يبلغ استهلاك الماء لرأس واحد من الخس خلال دورة نمو واحدة 2 لتر، بينما يتطلب الزراعة في الحقول المفتوحة 222 لترًا، مما يعني أن معدل توفير المياه في مصانع النباتات يمكن أن يصل إلى 90%.

لنأخذ سنغافورة كمثال. محاطة بالبحر من جميع الجهات، تعاني سنغافورة من ندرة شديدة في موارد المياه العذبة، ومعظمها يحتاج إلى الاستيراد من ماليزيا المجاورة. ومع ذلك، بالاعتماد على المزارع العمودية داخل مجمعاتها البنائية، أصبحت سنغافورة "مدينة حدائق" تغطي المساحات الخضراء فيها 50%، وهي قوة زراعية تنتج 38000 رأس من الخضروات كل عام لكل 5 أمتار مربعة. وهذا يوضح تمامًا أن قدرة طرق الزراعة الداخلية الحديثة على توفير المياه تتجاوز الخيال.

بالنسبة للخضروات المنتجة بواسطة الزراعة التقليدية، فإن الانتقال من الحقل إلى المائدة ينطوي حتمًا على خسائر بسبب النقل لمسافات طويلة والتلوث الناتج عن عوادم الشاحنات. توجد خسائر أثناء النقل والتنظيف والمعالجة، حيث "لا يصل إلى المائدة في النهاية سوى حوالي 30% إلى 60% من رطل واحد من الخضروات"، بينما تتمتع مصانع النباتات بمرونة في اختيار الموقع، مما يسمح لها بإحياء عدد كبير من المصانع المهجورة الخاملة والطاقة غير المستغلة ليلاً أثناء التحضر، لتحقيق "الإنتاج المحلي والبيع المحلي". اقترح باي باوسو أيضًا أن الخضروات المنتجة في مصانع النباتات لا تولد نفايات مطبخية؛ باستثناء أنظمة الجذور، كل شيء قابل للاستخدام، بمعدل استخدام يتجاوز 95%.

بشكل عام، تستهلك مصانع النباتات بشكل رئيسي الطاقة الكهربائية، لكنها تقلل من استهلاك الطاقة في جوانب مثل تقليل حلقات النقل وإعادة تدوير المياه والأسمدة.

مع الأخذ في الاعتبار عوامل مختلفة بشكل شامل، قد يتم التخفيف من مشكلة استهلاك الطاقة في مصانع النباتات إلى حد ما من الناحية النظرية. تبدأ الأبحاث ذات الصلة بمصانع النباتات من خلال تقليل استهلاك الطاقة وخفض التكاليف لجعلها أكثر قبولاً في السوق، وهو أيضًا خطوة حاسمة في عملية تطوير مصانع النباتات.

35 Douتجمع وجهات نظر من أطراف مختلفة في الصناعة، وهناك الاتجاهات التالية لحل مشكلة الاستهلاك العالي للطاقة:

أولاً، تحسين كفاءة التحويل الكهروضوئي.من خلال تحسين تصميم مصادر الضوء والطيف والبيئة وما إلى ذلك، يتم تحسين استخدام مصادر الضوء. ذكر لي بنغ: “ببساطة، كم من الكهرباء يمكن تحويلها إلى ضوء بعد إدخالها؛ حالياً، يمكن أن تصل إلى 50–60%، بينما كانت سابقاً حوالي 10–20% فقط.”

ثانيًا، الاستفادة من الكهرباء في أوقات الذروة المنخفضة. ترتبط أسعار الكهرباء بمستويات الاستهلاك؛ فالكهرباء الصناعية أرخص ليلاً منها خلال النهار. تكسر مصانع النباتات إيقاع نمو المحاصيل ويمكنها استخدام الكهرباء في أوقات الذروة المنخفضة ليلاً لتكميل وتعديل مصادر الضوء لنمو المحاصيل. لا يقلل هذا فقط من تكاليف الكهرباء لمصانع النباتات، بل يلعب أيضًا دورًا في تسوية حمل الطاقة الكهربائية، مما يحسن كفاءة استخدام الطاقة.

ثالثًا، بعض إجراءات توفير الكهرباء ضرورية أيضًا. حلل الدكتور صن تشاوهوا أن المحاصيل المختلفة تتطلب بيئات ضوئية مختلفة؛ ليس بالضرورة أن يكون كلما طالت فترة الإضاءة، كانت جودة النمو أفضل أو سرعة النمو أسرع. يمكن لمصانع النباتات إيجاد التوازن الأمثل بين الضوء ونمو النبات، وتحديد الوضع الأكثر كفاءة لاستهلاك الكهرباء.

رابعًا، استكشاف استخدام الطاقة النظيفة بنشاط. على سبيل المثال، أصبح تطبيق أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية، وطاقة الرياح، والطاقة المائية، أو طاقة الكتلة الحيوية وغيرها من طرق توليد الطاقة الصديقة للبيئة نسبيًا موضوعًا ساخنًا في أبحاث مصانع النباتات.

على سبيل المثال، تعاونت منطقة التنمية الاقتصادية الزراعية في بينغهو مع شركة تزويد الكهرباء في بينغهو التابعة لشركة State Grid. قامت شركة تزويد الكهرباء بتصميم نظام جديد متكامل للطاقة يعتمد على الهيدروجين والضوء والتخزين والشحن خصيصًا لشركة Dongyu Fruit Industry، وهي شركة في المنطقة، لتقليل انبعاثات الكربون وتكاليف الكهرباء لمصانع النباتات. ومن المفهوم أن المشروع يشمل إضافة نظام لتوليد الطاقة من الهيدروجين وبناء محطة لتخزين الطاقة. تستخدم مصنع النباتات الكهرباء المولدة من الهيدروجين أو الطاقة الكهروضوئية خلال النهار والكهرباء المخزنة من محطة التخزين ليلاً، محققةً استخدامًا للكهرباء خاليًا من الانبعاثات.

بالنسبة لمشكلة تكاليف البناء المرتفعة، يجب اختيار المواد والمعدات المدنية العادية قدر الإمكان. في الواقع، انخفضت تكاليف البناء الحالية بشكل كبير مقارنة بالماضي.

قال لي بنغ: «قد تكون التكلفة الحالية فقط واحدًا من مائة مما كانت عليه سابقًا، حيث انخفضت مواد إنتاج الرقائق إلى بضع مئات من المستويات السابقة». وأشار باي باوسو أيضًا إلى أنه مع استمرار تحسين المعدات، ستنخفض التكاليف بمعدل سنوي يتراوح بين 10% و20%.

من الجدير بالملاحظة أنه في تكاليف تشغيل مصانع النباتات، تكون تكاليف العمالة أعلى من تكاليف الكهرباء، حيث تشكل عمومًا 30% إلى 40% من التكلفة الإجمالية. حاليًا، قللت العديد من مصانع النباتات من مدخلات العمالة من خلال طرق الإنتاج الآلي.

في معرض يانغلينغ الزراعي عالي التقنية التاسع والعشرين في الصين، الذي انتهى مؤخيرًا، اعتمد العارضون من مصانع النباتات نظام إنتاج زراعي عمودي مؤتمت بالكامل. لم يكن هناك عمل يدوي في خط إنتاج الزراعة بأكمله؛ حيث تلقت معدات مثل الروبوتات وعربات النقل والمصاعد تعليمات حاسوبية ذكية، لتحل محل العمل اليدوي في عمليات مثل البذر والزراعة والإدارة، محققةً إدارة بدون عمال بشكل فعلي.

بالمقارنة، فإن مدخلات تكاليف العمالة في الزراعة التقليدية ليست ضئيلة، كما توجد مشاكل مثل انخفاض كفاءة عمل الموظفين وارتفاع معدلات هدر الموارد، مما يجعل من الصعب تحسين كفاءة الإنتاج من خلال الوسائل الذكية.

صرح تشان تشو، المدير العام لشركة سانان أوبتوإلكترونيكس، في مقابلة إعلامية: "نحن نعتقد بتفاؤل أن عام 2025 من المرجح جدًا أن يكون السنة الافتتاحية لمصانع النباتات. يتضمن ذلك عاملين رئيسيين: أولاً، تتحسن الفعالية الضوئية لتقنية LED بمعدل 5% إلى 8% سنويًا؛ ثانيًا، مع تحسين تقنية النظام ككل في السنوات الأخيرة، انخفضت تكلفة مصانع النباتات بشكل كبير. على العكس من ذلك، تشهد الزراعة التقليدية زيادات تدريجية في تكاليف العمالة وتكاليف الأراضي والنقل والتكاليف البيئية. من المتوقع أن تقترب تكاليف طريقتي الإنتاج الزراعي هاتين من التقارب بحلول عام 2025."

بالإضافة إلى خفض التكاليف وتوفير الطاقة، فإن استكشاف سيناريوهات التطبيق ونماذج الأعمال لمصانع النباتات له أيضًا أهمية للتنمية المستدامة.

من حيث فئات المحاصيل، لا تقتصر مصانع النباتات الإنتاجية على الخضروات العادية؛ بل تستهدف السوق الراقية، منتجةً محاصيل نقدية عالية القيمة المضافة ومنتجات وظيفية.

طورت العديد من مصانع النباتات الآن تقنيات الزراعة الداخلية ومعدات المرافق لأنواع المحاصيل عالية القيمة المضافة، بما في ذلك التوت الأزرق، وأشجار الفاكهة، والفلفل الحلو، والخيار، والطماطم، والزهور، وأوراق الشاي، والأعشاب الطبية الثمينة الخاصة. وقد توسعت فئات المحاصيل المزروعة من الخضروات لتشمل ديندروبيوم، وأنوكتوكيلوس روكسبورغيي، والزهور الصالحة للأكل، وأشجار الفاكهة، وأوراق الشاي، إلخ.

أكد لي بنغ أن سيناريو تطبيق أوسع لمصانع النباتات هو استخدام طرق الإنتاج الصناعية لتحسين تجانس الزراعة، والمحصول، وكفاءة الإنتاج،从而实现中药材等经济作物、种苗的标准化生产。

من ناحية، يمكن لمصانع النباتات تقصير وقت إنتاج المواد الطبية الصينية التقليدية. "الإنتاج الذي يستغرق عشرة إلى عدة أشهر أو حتى عشرين إلى ثلاثين شهرًا في الهواء الطلق يمكن تقليله إلى النصف على الأقل في مصنع النباتات." من ناحية أخرى، يكون لمصانع النباتات تأثير كبير جدًا في زيادة محتوى المكونات النشطة في المواد الطبية الصينية التقليدية. "من خلال التحكم البيئي والتقني، تزداد المكونات الفعالة في الأعشاب الطبية الصينية، مما يتيح إنتاجًا مستهدفًا ودقيقًا للأعشاب الطبية الصينية."

زراعة الشتلات، مصدر الصورة: ميناء الأم قوانغمينغ

في مجال التربية، تتمتع مصانع النباتات بإمكانيات كبيرة في تقصير دورات تربية المحاصيل.السبب الرئيسي لتقنية عنق الزجاجة في التربية هو الدورة الطويلة؛ حيث يستغرق زراعة صنف بصفات ممتازة عادةً من سبع إلى ثماني سنوات أو حتى أكثر من عشر سنوات. ومع ذلك، تحاكي مصانع النباتات الخصائص الطبيعية لمناطق مختلفة من خلال المعدات الذكية، مما يعزز التوافق والتكيف بين البذور والبيئة، ويمكن أن يقصر الدورة إلى سنتين إلى ثلاث سنوات.

ستكون دورة نمو الأرز المزروع في مصانع النباتات أيضًا أقصر بشكل كبير.على سبيل المثال، تعاون الفريق المبتكر لمعهد الزراعة الحضرية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية مع فريق الأكاديمي تشيان تشيان من المعهد الوطني الصيني لأبحاث الأرز لتحقيق اختراق مهم في حصاد الأرز المزروع في مصانع النباتات في حوالي 60 يومًا، وهو نصف دورة النمو التي تبلغ حوالي 120 يومًا للأرز في البيئات المفتوحة.

تقوم العديد من شركات مصانع النباتات أيضًا بالابتكار بنشاط في نماذج أعمالها، واستكشاف المزيد من الاحتمالات.

تستهدف Future Smart Agriculture الحلقة المغلقة لصناعة مصانع النباتات. في المرحلة الأولية، يمكنها التعامل مع تخطيط وتصميم مصانع النباتات، وتوفير مجموعة كاملة من حلول المعدات؛ بعد البناء، تقدم إدارة تشغيلية لمصانع النباتات وخدمات استشارية لتقنيات الزراعة عن بُعد. وقد أنشأت حتى قسمًا للمنتجات الطازجة للمساعدة في الربط مع منصات المبيعات. صرح باي باوسو أن الشركة ستشارك أيضًا في الإنتاج واسع النطاق في المستقبل وهي حاليًا في مرحلة اختيار الموقع. يشمل نموذج الأعمال الموسع من Sanan Optoelectronics بناء العلامة التجارية، وتوسيع قنوات البيع، والاندماج مع أشكال التجزئة الجديدة، والجمع مع السياحة الثقافية.

إذن، هل توجد مصانع نباتات مربحة في السوق، وكم من الوقت يستغرق استرداد التكاليف؟ تظهر التقارير أن 25٪ من مصانع النباتات في اليابان تحقق أرباحًا، و32.9٪ تحقق التعادل. يعتقد لي بنغ أن "مصانع النباتات التي تزيد مساحتها عن 3000 متر مربع، في سوق جيدة، تحتاج إلى حوالي 3 إلى 4 سنوات لتغطية التكاليف".

تحتاج الزراعة إلى التحرك نحو الإنتاج بأسلوب المصانع، تمامًا مثل الصناعة. في الصين، حققت محاصيل الحبوب بالفعل ميكانيكية وأتمتة جزئية؛ الخطوة التالية هي استخدام مصانع النباتات لتحقيق إنتاج الخضروات بأسلوب المصانع، والميكانيكي، والأتمتة، وحتى المعلوماتية.

اقترح وانغ شياوتشينغ، مؤسس Shuimu Jiutian: الزراعة والرعاية الصحية والتعليم هي الخطوط الأساسية الثلاثة للمجتمع؛ لا يمكن تقييمها تجاريًا بحتًا، بل يجب النظر بشكل شامل في القيمة الاقتصادية والقيمة البيئية والقيمة الاجتماعية.

بالطبع، هناك المزيد من القضايا العاجلة أمامنا: زيادة حادة في السكان، وطلب متزايد على سلامة الأغذية، وانخفاض سريع في الأراضي الصالحة للزراعة، واستمرار انخفاض القوى العاملة الزراعية... تحتاج البشرية إلى طرق جديدة لإنتاج المنتجات الزراعية، ومصانع النباتات هي أحد الحلول الفعالة.

"إنها موجودة للسبب نفسه الذي وُجدت من أجله." كما قال لي بنغ، ستصبح مصانع النباتات جزءًا مهمًا من الزراعة المستقبلية.

ربما تكون الأرض التائهة والهجرة بين النجوم بعيدة جدًا عنا، ولكن في ظل أزمات الغذاء العالمية والأوبئة المتداخلة، فإن مصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية ليست مجرد حل جديد لضمان الإمداد الحضري، بل تمثل أيضًا طريقة إنتاج الزراعة المستقبلية. تكمن أهميتها الكبرى في كونها واحدة من المشاريع المهمة لإنقاذ البشرية من الانقراض.

لذلك، حتى اليوم، عندما لا تزال الشمس ساطعة والسماء واسعة، لقد رأينا بالفعل حلماء مجنونين يصممون مصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية ككبسولات حياة قادرة على تحمل الكوارث الطبيعية مثل الزلازل والعواصف الثلجية والجفاف الشديد.

يمكنها الإنتاج في أي مكان، على مدار السنة دون انقطاع.يوفر هذا أيضًا مجالًا جديدًا للتخيل لحل مشكلة الغذاء لـ 9.8 مليار شخص في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2050.