История о том, как крыши Манхеттена и полки холодильника вдохновили профессора медицины на реформирование сельского хозяйства и что из этого вышло.
Жизнь всё-таки интересная штука. Бывает, что ты большую её часть занимаешься очень важным и нужным делом — получаешь образование, проводишь теоретические и практические исследования, пишешь монографии и научные статьи, передаёшь свой профессиональный опыт молодому поколению специалистов, а всемирную известность получаешь совершенно в другой отрасли. Именно так случилось с Диксоном Деспомье.
Диксон Деспомье родился 5 июня 1940 года в Новом Орлеане. Учился в Колумбийском университете по специальности «Медицинская паразитология», а позже в Университете Нотр-Дам на микробиолога. В 1967 году защитил диссертацию «Анализ приобретённой устойчивости к инфекциям Trichinella spiralis у мышей in vivo и in vitro».
В конечном итоге Диксон Деспомье стал почётным профессором микробиологии и общественного здравоохранения Колумбийского университета, где с 1971 по 2009 год проводил исследования внутриклеточного паразитизма и читал курсы по паразитарным заболеваниям и медицинской экологии.
Альтернатива горизонтальному земледелию
Однажды в 1999 году Диксон Деспомье во время лекции задал своим студентам вопрос: каким, по их мнению, будет мир в 2050 году? Последующая дискуссия помогла сформулировать новую концепцию сельского хозяйства — вертикальное земледелие.
Основным вызовом для человечества, который сформулировали Деспомье и его студенты, было снабжение продуктами питания населения Земли будущего. А оно, по их предварительным расчётам, должно было достигнуть к 2050 году 10 млрд человек. И тревогу за продовольственную безопасность вызывало сразу несколько моментов:
- если продолжить массовую вырубку лесов для создания новых сельскохозяйственных угодий, процесс глобального потепления ускорится. А кроме того, такой площади пахотной земли, чтобы прокормить 10 млрд человек, просто не существует;
- сельское хозяйство использует 70% пресной воды в мире для орошения, что делает её непригодной для питья в результате загрязнения удобрениями, пестицидами, гербицидами и илом;
- цены на продукты питания привязаны к затратам на бензин и дизельное топливо;
- выбросы парниковых газов (на тот момент 20% всего бензина и дизельного топлива в США расходовалось на сельское хозяйство).
Выращивание нашей пищи на земле, которая когда-то вся была покрыта лесами и лугами, убивает планету и запускает процессы вымирания человечества. Возможно, именно старейший принцип медицинской этики «primum non nocere» (дословно: «прежде всего — не навреди»), не понаслышке знакомый профессору Деспомье и его студентам, помог им найти способ не причинять больше вреда земле, а наоборот, постараться уменьшить расход природных ресурсов и увеличить объём производимых продуктов питания.
Студенты предложили выращивать растительную пищу не только на полях, но и тепличным методом на крышах зданий в городах, взяв за основу принцип обустройства частных садов на крышах Манхеттена. Увлекшись идеей, они провели небольшое исследование и подобрали площадки для выращивания различных сельскохозяйственных культур на крышах нью-йоркских небоскрёбов, изучая архивы аэросъёмок. К сожалению, выяснилось, что таким образом проблему не решить: за счёт выращивания на крышах в 2050 году смогут накормить лишь 2% населения города. Тогда у Диксона Деспомье появилась мысль выращивать пищу, располагая её друг над другом, как на полках холодильника. Так сформировалось понятие «вертикальная ферма».
— Нам не надо придумывать ничего нового. У нас есть возможности построить такую ферму прямо сейчас, — решил Деспомье.
От теории к практике
Вскоре теоретическое решение проблемы начало обретать вполне реальное воплощение. Совместно с дизайнером Крисом Джейкобсом и экоархитектором Гордоном Граффом из Школы архитектуры Университета Ватерлоо был создан проект The Vertical Farming — тридцатиэтажной вертикальной фермы. Предполагалась постройка кольцевого небоскрёба, оснащённого искусственным освещением, гидропонными и аэропонными стеллажами (для выращивания растений в питательной водной среде без использования земли) с полностью контролируемым климатом. На верхних этажах Деспомье планировал выращивать около 100 видов фруктов и овощей, а на нижних — разместить птицеферму и аквариумы для промышленного производства рыбы, которое использовало бы отходы растениеводства как питание для рыб и птиц.
Так как функционировать эта ферма должна была по принципу гидропоники без использования грунта, это позволило бы автоматизировать уход за растениями и защиту их от заболеваний и вредителей. Поливом и подкормкой должен заниматься движущийся под потолком вдоль стеллажей механизм. Само здание предполагалось оснастить солнечными батареями для получения «чистого» электричества и стенами, которые собирают дождевую воду в резервуары для последующего использования.
Теоретически каждая такая ферма-небоскрёб может прокормить 50 тыс. человек, а сотня подобных построек обеспечит пропитанием крупный город с населением более 5 млн.
Кроме того, Деспомье со студентами подсчитали, что 30% всех производимых в классическом сельском хозяйстве продуктов портятся, так и не доехав до обеденного стола. Поэтому их идея собрать в одном месте ферму, магазин и потребителей решала сразу несколько проблем, ведь углекислый газ из топлива, которое сжигают тракторы и грузовики в случае реализации проекта вертикальной фермы — не попадёт в атмосферу.
В 2010 году Диксон Деспомье опубликовал книгу «Вертикальная ферма: питание мира в XXI веке», в которой помимо всего прочего утверждал, что переход на вертикальные фермы — единственное, что поможет остановить вырубку лесов из-за потребности в расширении площадей под сельское хозяйство. В первом издании своей книги Деспомье писал:
— Хотя в настоящее время нет примеров вертикальных ферм, мы можем идти вперёд — мы можем использовать методы гидропонного и аэропонного земледелия в многоэтажном здании и создать первые в мире вертикальные фермы.
На полпути
Прошла почти половина времени до спрогнозированной в 1999 году продовольственной катастрофы. Ферма-небоскрёб по проекту Деспомье до сих пор так и не построена. Однако идея вертикального земледелия не умерла и не превратилась в очередную бумажную утопию. Наоборот — она вдохновила многих людей на создание и воплощение в жизнь сельхозпредприятий нового типа.
Уже в 2020 году в мире существовали действующие вертикальные сельхозугодья общей площадью, эквивалентной 30 га. Применение многоуровневых стеллажей в сочетании со светодиодным фитоосвещением и автоматизированная подача удобрений позволили повысить урожайность более чем в пять раз с единицы площади на вертикальных фермах по сравнению с традиционными методами земледелия.
Помимо этого концепция вертикальных ферм подразумевает:
- стабильный урожай, независимо от погодных условий. Отсутствует риск потери урожая в результате засухи, наводнения и других чрезвычайных ситуаций. Кроме того, цикл круглогодичный: растения выращиваются 365 дней в году, 24 часа в сутки, без учёта сезонов и циклов;
- применение информационных технологий для контроля и оптимизации роста урожая;
- применение систем сбора и очистки воды, позволяющих снизить водопотребление на 95% относительно традиционных агропроизводств;
- повышенное потребление углекислого газа;
- замкнутый цикл вентиляции, очистку и ионизацию воздуха в залах выращивания, позволяющие исключить возникновение вредителя и фитопатологий без использования пестицидов, гербицидов и инсектицидов;
- гибкую конструкцию с возможностью лёгкого расширения производства;
- размещение фермы прямо в городской среде, в том числе в перепрофилированных объектах индустриальной инфраструктуры. В классической сельскохозяйственной модели еда преодолевает в среднем 2000 км, прежде чем попадает на стол. В случае вертикальных ферм это расстояние может быть сокращено до нескольких километров или даже сотен или десятков метров. Кроме того, нет выбросов от техники, обслуживающей посевы. Помимо минимизации затрат на транспортировку продукции сокращаются риски порчи товара;
- минимизацию отходов. По сути, готовый продукт — это единственное, что покидает ферму;
- энергетическую независимость (при использовании солнечной и ветровой энергии);
- экологическую безопасность: вертикальные фермы не загрязняют сточные воды и не требуют применения пестицидов, не приводят к эрозии почв, имеют существенно меньший выброс парниковых газов, таких как метан, азот и двуокись углерода;
- полный контроль над процессом производства сводит к минимуму вероятность патогенного загрязнения продукции и улучшает однородность, питательную ценность, вкус и срок хранения продуктов.
Безусловно, у вертикальных ферм есть и свои недостатки. Например, довольно высокие инвестиции на единицу площади и использование электроэнергии вместо бесплатного солнца. Кроме того, на таких объектах можно выращивать лишь ограниченный перечень сельхозкультур, а о животноводстве в формате вертикальных ферм можно пока забыть (хотя нидерландское архитектурное бюро MVRDV предложило довольно спорный проект вертикальной свинофермы Pig City, который не был реализован).
Но подумайте вот о чём: в 2010 году в мире не было ни одной вертикальной фермы. А прямо сейчас их существует так много, что сложно назвать точное число. Огромное количество стран и компаний приняли концепцию вертикального земледелия Деспомье как потенциальный метод решения надвигающейся катастрофы. Эта история является удивительным свидетельством того, как правильная идея, появившись своевременно, успевает изменить ситуацию в лучшую сторону.
Сейчас вертикальные фермы не могут быть противопоставлены классическим, а только дополняют их, частично снижая нагрузку на природные ресурсы. Их ключевая роль — обеспечить овощами, салатами и зеленью крупные города, используя интеллектуальный, эффективный и щадящий экологию подход. Сочетание в новом виде высокотехнологичных предприятий традиционного сельского хозяйства, промышленности и IT-технологий позволяет достичь высокого уровня производства, независимого от запасов природных ресурсов. Бывшая когда-то теоретической идеей, концепция вертикальных ферм динамично развивается и является одним из гарантов продовольственной безопасности человечества в будущем.
Пожалуй, если сегодня профессор Диксон Деспомье спросит у своих студентов: «Что ожидает Землю в 2050 году?», он вряд ли услышит в ответ: «Голод и климатическая катастрофа».
