Phát triển "nông trại thẳng đứng"

Nông trại thẳng đứng

Là hình thức nông trại phát triển diện tích canh tác theo chiều cao, đã có từ rất lâu. Nhờ sự phát triển vũ bão trong các lĩnh vực như công nghệ sinh học, điện tử - tự động hóa, công nghệ thông tin với dữ liệu lớn (big data)/phân tích dữ liệu/trí tuệ nhân tạo (AI),…đã giúp các nông trại thẳng đứng mang diện mạo mới, đó là nông trại thẳng đứng trong nhà (sau đây gọi tắt là VF - Vertical Farming), với các hệ thống tự động hoàn toàn, giúp cây trồng sinh trưởng không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết tự nhiên và sản xuất ra nông sản sạch, tại chỗ cho các đô thị.

Kỹ thuật canh tác chủ yếu trong các VF hiện nay giống như canh tác trong nhà kính, bao gồm  thủy canh, khí canh hay aquaponic (hệ thống thủy canh đồng thời nuôi thủy sản tuần hoàn khép kín).

Sơ đồ các kỹ thuật canh tác trong VF

Canh tác trong các VF sử dụng ít nước, không cần đất và ánh sáng tự nhiên. Các yếu tố môi trường do con người tạo ra và kiểm soát hoàn toàn tự động. Các giống cây trồng mới được tạo ra phù hợp canh tác trong VF để tăng giá trị dinh dưỡng nông sản và năng suất. Các hệ thống tạo ra và kiểm soát các yếu tố về ánh sáng, độ ẩm trong không khí (hay nước tưới),… đóng vai trò quan trọng cho cây trồng sinh trưởng nhưng sử dụng nhiều năng lượng, theo tài liệu “Vertical farming: from Babylon to New York” của Ben Lawson, hệ thống chiếu sáng nhân tạo được ghi nhận chiếm phần lớn năng lượng sử dụng trong các VF (69,9%), kế đến là hệ thống quản lý độ ẩm không khí (BĐ1).

BĐ1: Tỉ lệ tiêu tốn năng lượng của các hệ thống trong VF

Nguồn: Ben Lawson, Vertical farming: from Babylon to New York; Vertical Farm 2.0.

Nhiều nguồn sáng khác nhau có thể sử dụng thay ánh sáng mặt trời trong quá trình quang hợp của thực vật như đèn sợi đốt, đèn halogen, đèn huỳnh quang compact (CFL), halogen kim loại, natri cao áp (HPS) hay đèn điốt phát quang  (LED) (BĐ2). Trong đó, đèn LED đang được sử dụng nhiều vì phù hợp với nhiều loại cây trồng và giảm chi phí năng lượng so với các công nghệ chiếu sáng khác.

BĐ2: Các công nghệ chiếu sáng theo thời gian

Nguồn: Ben Lawson, Vertical farming: from Babylon to New York; Osram Sylvania.

Công nghệ tương đối mới đang được nhắm tới để chiếu sáng cây trồng là điốt phát quang hữu cơ (OLED). Công nghệ này được thúc đẩy phát triển để sử dụng trong hiển thị (như dùng cho màn hình tivi hay điện thoại thông minh) hiện đang được chú ý nghiên cứu thay đổi phù hợp để có thể sử dụng chiếu sáng trong VF nhằm giảm chi phí và nhu cầu điện năng hơn nữa (BĐ3).

BĐ3: Dự báo các VF sẽ được chiếu sáng bằng OLED trong tương lai

Nguồn: Ben Lawson, Vertical farming: from Babylon to New York; Semi Org.

Đánh giá phương thức canh tác trong VF, Ben Lawson đã chứng minh hiệu quả sử dụng đất vượt trội khi so sánh sản lượng rau diếp trồng trong VF với trồng trong nhà kính và canh tác thông thường. Canh tác trong VF có thể đạt được hiệu quả sử dụng đất cao hơn 10 lần so với canh tác trong nhà kính thông thường và gấp gần 100 lần so với canh tác ngoài đồng (BĐ4). 

BĐ4: Hiệu quả sử dụng đất trong VF

Nguồn: Ben Lawson, Vertical farming: from Babylon to New York.

Về sử dụng nước, canh tác trong các VF tiêu tốn rất ít và không phụ thuộc vào nơi canh tác, còn canh tác trong nhà kính sử dụng nước hơn gấp nhiều lần và phụ thuộc vào địa điểm cũng như phương thức canh tác. Thực tế chứng minh, để có 1 kg rau diếp khô, nếu trồng trong nhà kính ở Hà Lan cần trên 250 kg nước, trong khi trồng trong VF chỉ khoảng 25 kg nước (BĐ5).

BĐ5: Hiệu quả sử dụng nước trong VF

Nguồn: wdrg.aalto.fi ,Vertical farming: the myth of resource efficiency.

Nông trại thẳng đứng  qua thông tin sáng chế 

Phương thức canh tác trong VF có bước phát triển mạnh kể từ năm 2010 đến nay, được chứng minh trong tài liệu phân tích dữ liệu sáng chế liên quan đến VF, do ClearViewIP công bố. Theo đó, có hơn 7.000 tài liệu sáng chế (SC) liên quan đến VF trước năm 2006 (dưới 50 tài liệu mỗi năm) và đã tăng mạnh kể từ 2010 đến nay. Riêng năm 2016 có trên 1.000 tài liệu SC trong lĩnh vực này (BĐ6). Đơn sáng chế được đăng ký nhiều nhất tại ba nước châu Á là Trung Quốc, Nhật và Hàn Quốc, đứng thứ tư là Mỹ (BĐ7).

BĐ6: Phát triển số lượng sáng chế liên quan đến VF

Nguồn:clearviewip.com,Vertical Farming and IP.

BĐ7: Các nước dẫn đầu nhận đơn sáng chế liên quan đến VF

 Nguồn: clearviewip.com,Vertical Farming and IP.

Dẫn đầu số lượng SC liên quan đến VF là công ty điện tử Panasonic. Chiếm đa số trong 10 đơn vị hàng đầu là các tổ chức nghiên cứu của Trung Quốc (BĐ8). Các công ty như Panasonic có 24 SC hay LG electronics có 5 SC liên quan đến VF đã chứng tỏ những công ty điện tử này đang quan tâm và không đứng ngoài xu thế phát triển của lĩnh vực VF. Ngoài ra, liên quan đến VF khá nhiều công ty có từ một đến hai SC (hơn 900 đơn vị sở hữu 1 SC và hơn 100 đơn vị sở hữu 2 SC), chứng tỏ lĩnh vực này thu hút sự quan tâm rất rộng từ các nhà đầu tư.

BĐ8: Các công ty dẫn đầu số lượng sáng chế về VF

Nguồn:clearviewip.com,Vertical Farming and IP.

Nông trại thẳng đứng trên  thị trường

Agroecology Capital đã khảo sát các giao dịch của 29 công ty khởi nghiệp hoạt động trong lĩnh vực VF, được công khai trong giai đoạn 2010-2019 trên toàn cầu, bao gồm các công ty đã phát triển các giải pháp canh tác toàn diện (không bao gồm công ty canh tác trong nhà kính thông thường hoặc chỉ sản xuất các thành phần sử dụng trong VF như đèn LED). Kết quả cho thấy, VF đang thu hút mạnh mẽ nguồn đầu tư mạo hiểm, đa số được xây dựng trong các tòa nhà và thủy canh là giải pháp được ứng dụng nhiều nhất (Bảng 2).

Bảng 2: Thu hút đầu tư của các công ty khởi nghiệp về VF 

Nguồn: Agroecology Capital Research, 2019.

Canh tác trong các VF hiện vẫn còn giới hạn trong phạm vi một số loại cây trồng; tiêu thụ nhiều năng lượng; chi phí đầu tư, chi phí duy trì hoạt động cũng như bảo trì hệ thống cao; cùng với việc thiếu lao động có chuyên môn là những nguyên nhân hạn chế sự tăng trưởng của lĩnh vực này. Dù diện mạo nền kinh tế lĩnh vực VF hình thành chưa rõ ràng, nhưng với sự tham gia của các công ty lớn, cùng hàng trăm công ty khởi nghiệp liên quan đến VF trên toàn cầu, huy động được hàng trăm triệu USD để mở rộng cơ sở và đầu tư hoạt động nghiên cứu phát triển, đã cho thấy xu thế phát triển của giải pháp canh tác VF.

Anh Vũ (CESTI)