'Nông trại thẳng đứng' trong đô thị

Nông trại thẳng đứng

Nông trại thẳng đứng (VF-Vertical Farming) là cách canh tác phát triển diện tích theo chiều dọc, sử dụng nước ít, không cần đất và ánh sáng tự nhiên, các yếu tố môi trường do con người tạo ra và kiểm soát tự động (như ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ), hay tạo giống cây trồng mới để tăng giá trị dinh dưỡng, tăng năng suất và phù hợp sinh trưởng trong VF.

Vườn treo Babylon được xây dựng hơn 2.500 năm trước ở Hy Lạp được coi là giải pháp trồng cây theo chiều dọc sớm nhất. Năm 1915, Gilbert Ellis Bailey là tác giả cuốn sách “Vertical Farming” đã viết về VF, nhưng là đề cập đến nông nghiệp dưới lòng đất với việc sử dụng chất nổ. Năm 1999, Dickson Despommier, giáo sư Đại học Columbia (Columbia University), New York có ý tưởng trồng cây trong nhà theo chiều dọc có thể giải quyết các vấn đề về nhu cầu thực phẩm cho thị dân. Năm 2001, ông ra mắt phác thảo VF đầu tiên có các chi tiết cụ thể về các hệ thống cấp nước, chất dinh dưỡng, chiếu sáng.

Sử dụng phổ biến trong VF hiện nay là thủy canh (hydroponic), là kỹ thuật trồng cây trong dung dịch giàu chất dinh dưỡng, chiếm khoảng 70% công suất lắp đặt VF trên thế giới nhờ xây dựng ít tốn kém và hệ thống giá thể dung dịch dễ kiểm soát; khí canh (aeroponic) là kỹ thuật trồng bằng phun sương có chứa chất dinh dưỡng vào rễ cây trồng, hệ thống này có chi phí lắp đặt đắt hơn nhưng lượng nước sử dụng thấp hơn 40% so với thủy canh và thấp hơn 95% so với trồng trọt trên đồng ruộng; và aquaponic là kỹ thuật kết hợp thủy canh và nuôi thủy sản theo chu kỳ tuần hoàn khép kín. Các yếu tố quan trọng trong hệ thống VF là  kết cấu vật lý, hệ thống chiếu sáng, hệ thống môi trường để cây trồng phát triển.

Canh tác nông nghiệp theo chiều dọc không mới nhưng nhờ sự phát triển vũ bão trong các lĩnh vực công nghệ sinh học, điện tử - tự động hóa, cảm biến, công nghệ thông tin với dữ liệu lớn/phân tích dữ liệu/trí tuệ nhân tạo,…đã thúc đẩy phát triển các mô hình VF tiên tiến, giúp phát triển nông nghiệp đô thị với các hệ thống VF tự động hóa hoàn toàn và có nhiều ưu điểm như: 

• Tiết kiệm diện tích, có thể tận dụng các nhà kho, tòa nhà hay container,… không còn sử dụng.
• Tiết kiệm nước, có thể giảm đến 70-90% lượng nước sử dụng so với các nông trại ngoài trời, điều này vô cùng quan trọng khi nước ngày càng trở nên khan hiếm, nhất là những vùng bị hạn hán hay sa mạc.
• Trồng được quanh năm vì không bị ảnh hưởng bởi thời tiết tự nhiên vì tất cả các yếu tố cần thiết để cây trồng sinh trưởng là nhân tạo và kiểm soát tự động.
• Không cần sử dụng thuốc trừ sâu và các hóa chất độc hại vì không có cỏ dại hay sâu bọ.
• Tăng sản lượng trên cùng diện tích so với canh tác truyền thống, sản phẩm sạch, nông sản có giá trị dinh dưỡng cao so với canh tác truyền thống.
• Ít chất thải trong sản xuất nhờ ít bị hư hỏng do không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết hoặc sinh vật phá hoại mùa màng.
• Giảm thời gian và chi phí bảo quản hay vận chuyển vì nông sản có thể đến tay người tiêu dùng chỉ trong vài giờ hay được bán ngay tại khu vực trồng.
• VF có thể trở thành một đơn vị xử lý nước, đồng thời góp phần tôn tạo mỹ quan đô thị.

Tuy nhiên, VF cũng có không ít những hạn chế như:

• Chi phí lắp đặt VF đắt, do phải xây dựng kết cấu hạ tầng để phát triển diện tích trồng; sử dụng công nghệ tự động để tạo môi trường sống, theo dõi sinh trưởng và chăm sóc cây trồng; cần nguồn tài chính không nhỏ để duy trì hoạt động thường xuyên và bảo trì các hệ thống.
• Sử dụng nhiều điện, cần cấp điện liên tục nên tốn kém và gián tiếp gây ra ô nhiễm môi trường.
• Phạm vi cây trồng giới hạn ở một số loại rau quả, nên không thể thay thế hoàn toàn phương pháp canh tác truyền thống.
• Cần lực lượng lao động có kiến ​​thức và kỹ năng đa dạng về sinh học, thực vật học, môi trường, công nghệ tự động, công nghệ thông tin, dữ liệu và quản trị hệ thống…Đồng thời, đòi hỏi phải đào tạo trong quá trình canh tác, trang bị các bí quyết để phù hợp đối với mỗi hệ thống VF, mỗi loại cây trồng khác nhau. Thêm vào đó, tự động hóa trong các VF dẫn đến nhu cầu ít lao động, nhưng nếu trồng các loại quả trong môi trường được kiểm soát và không có sự hiện diện của côn trùng thì quá trình thụ phấn phải thực hiện thủ công, nghĩa là sẽ phải cần nhiều lao động.
• Vận hành VF hoàn toàn phụ thuộc vào công nghệ tự động, nên phải có nguồn điện. Nếu bị mất điện sẽ gây tổn hại khó lường.
• Giá thành nông sản tại các VF hiện cao so với canh tác truyền thống.
• Những thách thức vốn có trong nông nghiệp là việc trồng, bảo quản, vận chuyển của mỗi loại cây, mỗi loại quả sẽ rất khác nhau, nên tiêu chuẩn hóa canh tác tự động trong các “nhà máy VF” như là sản xuất các sản phẩm công nghiệp là thách thức rất lớn để vượt qua.

Nông trại thẳng đứng tại một số nước

Quy mô thị trường lĩnh vực VF năm 2019 là 3,12 tỉ USD, dự báo đạt 16,77 tỉ USD vào năm 2027 với tốc độ tăng trưởng CAGR 23,28% trong giai đoạn 2020-2027 (theo Verified Market Research). Có nhiều VF đã đi vào hoạt động trên thế giới, các công ty nổi bật như:

• AeroFarms (Mỹ) được thành lập vào năm 2004, được biết đến là “vườn rau sạch lớn nhất nước Mỹ” sử dụng kỹ thuật khí canh, có 6.500 m² diện tích canh tác và 500 m² cho hoạt động nghiên cứu và triển khai. Aerofarm có thể trồng được hơn 250 loại rau/đậu, mỗi năm thu hoạch từ 20-30 đợt rau, sản lượng gần 1.000 tấn rau sạch mà không cần dùng đất, thuốc trừ sâu hay ánh sáng mặt trời. Marc Oshima - đồng sáng lập AeroFarms cho biết, trang trại AeroFarms sử dụng hệ thống máy tính theo dõi hàng ngàn điểm dữ liệu và liên tục điều chỉnh các điều kiện thuận lợi nhất cho cây trồng sinh trưởng.
• Bowery Farming (Mỹ) được thành lập vào năm 2015, trụ sở tại New york, cung cấp nông sản cho hơn 445 cửa hàng. Bowery Farming sử dụng hệ thống thị giác, công nghệ tự động hóa và học máy để kiểm soát toàn bộ quy trình từ hạt giống đến theo dõi cây trồng và tất cả các biến số thúc đẩy sự phát triển cây trồng 24/7 thông qua phần mềm BoweryOS độc quyền. Các trang trại sử dụng ít nước hơn 95% và năng suất cao hơn 100 lần trên cùng diện tích so với canh tác truyền thống.
• AgriCool có trụ sở tại La Courneuve (Pháp) sử dụng phương pháp khí canh trong các container để sản xuất rau quả, sử dụng năng lượng tái tạo, kiểm soát quá trình canh tác bằng phần mềm. Nông sản được bán trong bán kính 15 km tính từ nơi trồng.
• Siêu thị Berlin Metro (Đức) đã hợp tác cùng Infarm, một công ty khởi nghiệp chuyên cung cấp các giải pháp canh tác trong nhà, thực hiện dự án xây dựng VF ngay trong siêu thị.

Các nước châu Á như Nhật Bản, Singapore và Hàn Quốc có nguồn đầu tư không nhỏ rót vào lĩnh vực VF do sự khan hiếm đất canh tác và thế mạnh về tự động hóa của các công ty điện tử tại các nước này. Úc, Trung Quốc, Ấn Độ, Dubai và các nước ASEAN được dự báo sẽ tích cực góp mặt vào lĩnh vực VF trong những năm tới và khả năng vượt qua các châu lục khác trong tương lai gần. 

Tại Nhật, Spread là công ty VF lớn nhất được thành lập vào năm 2006, sử dụng phương pháp thủy canh, môi trường trồng được kiểm soát tự động có khả năng sản xuất hơn hai tấn rau diếp mỗi ngày. Các công ty khổng lồ như Panasonic, Fujitsu, Toshiba, Sharp,…với thế mạnh về điện tử-tự động đã thâm nhập vào nông nghiệp với các hệ thống VF tự động. Panasonic, tập đoàn đa quốc gia Nhật Bản nổi tiếng với thiết bị điện tử sớm tham gia vào lĩnh vực VF năm 2013 thông qua công ty con PFSAP (Panasonic Factory Solutions Asia Pacific). Các hệ thống thủy canh của Panasonic hoàn toàn tự động thực hiện việc gieo hạt, dinh dưỡng cho cây, tưới tiêu. PFSAP đã cung cấp các giải pháp xây dựng VF ở Singapore rộng 1.200 m². Năm 2015, Fujitsu hợp tác với Masuda Seed và Orix, thực hiện dự án Dự án Nông nghiệp thông minh Iwata (Iwata Smart Agriculture),  xây dựng mô hình canh tác tự động hóa thông minh. Sharp đã xây dựng hệ thống trồng dâu tây áp dụng công nghệ khử trùng không khí Plasmacluster của mình ở Dubai.

Trung Quốc có bước phát triển mạnh trong lĩnh vực VF với nhiều công ty ra đời khi chính phủ nước này ban hành nhiều chính sách hỗ trợ.  Đáng kể là Tổng công ty Ngũ cốc, Dầu và Thực phẩm Quốc gia Trung Quốc (China National Cereals, Oils and Foodstuffs Corporation), nhà sản xuất thực phẩm lớn nhất nước đã khai trương nông trại trong nhà 80.000 m² ở ngoại ô Bắc Kinh vào năm 2015, là khởi đầu cho nền nông nghiệp đô thị hiện đại của Trung Quốc với hệ thống thủy canh chiếu sáng nhân tạo, kiểm soát nhiệt độ tự động.

Ở Việt Nam, dân đô thị trồng rau bằng thủy canh  hay khí canh trên các kệ xếp chồng lên nhau đặt ở sân thượng, balcon, hay trong sân vườn...vì sở thích hay muốn tự túc nguồn rau sạch khá phổ biến. Các VF tự động hóa hoàn toàn để sản xuất kinh doanh nông sản còn hiếm, Tập đoàn Vingroup được xem là tiên phong khi xây dựng VF thủy canh VinEco Hội An có 60 tháp canh tác, chiều cao từ 3-9 m được phân bố để đạt tối ưu về diện tích và năng suất. Các công ty khởi nghiệp như GreeOx trồng rau thủy canh trong container, kiểm soát môi trường sinh trưởng cây trồng tự động; Công ty Hachi khởi nguồn từ dự án khởi nghiệp tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội và Đại học Nông nghiệp Việt Nam chuyên cung cấp giải pháp và xây dựng các nông trại thủy canh điều khiển tự động.

Tại TP.HCM, Trung tâm Ươm tạo doanh nghiệp nông nghiệp công nghệ cao thuộc Khu Nông nghiệp nghệ cao TP.HCM cũng đã ra mắt VF trong container, trồng dâu tây thủy canh có môi trường được kiểm soát tự động.

Anh Vũ (CESTI)