Сельское хозяйство в контролируемой среде

Контролируемая среда — это управление всеми факторами роста сразу: температурой, влажностью, концентрацией CO2, составом питательного раствора и светом. Первые четыре стоят денег, но не задают предела. Предел задаёт свет, и именно на этой странице кластера считается его цена; страницы о городских фермах и о продовольственной безопасности опираются на этот счёт, не повторяя его.

Фотон как покупной ресурс

Растению нужна суточная световая доза. Для салата и листовой зелени рабочий ориентир — 12–17 моль фотосинтетически активных фотонов на квадратный метр в сутки, для плодовых культур в теплице вдвое-втрое больше. В поле эта доза бесплатна. Под лампой её покупают, и обменный курс задаётся фотосинтетической эффективностью светильника — числом микромолей фотонов на джоуль электроэнергии. Лучшие серийные светодиодные модули дают около 3–3,5 мкмоль/Дж; поскольку моль фотонов красного и синего диапазона несёт порядка 200 килоджоулей, это соответствует КПД преобразования электричества в свет примерно в две трети. Резерв здесь физически невелик: даже идеальный светильник улучшит картину менее чем вдвое.

Второе следствие того же баланса — тепло. Практически вся подведённая электрическая мощность в итоге переходит в тепло внутри помещения, поэтому холодильная нагрузка закрытой фермы примерно равна её осветительной, и её тоже надо оплачивать.

Почему зелень получается, а калории нет

Сложите числа. Салат при дозе около 15 моль/м²/сутки за примерно месяц набирает порядка 500 моль на квадратный метр и даёт при этом несколько килограммов товарной массы; при 3 мкмоль/Дж это порядка 45 кВт·ч на квадратный метр цикла. Продукт с розничной ценой в единицы евро за килограмм это выдерживает.

Теперь пшеница. При типичной эффективности использования света порядка грамма сухой биомассы на моль поглощённых фотонов и индексе урожая около 0,45 килограмм зерна требует порядка двух тысяч моль фотонов, то есть примерно 200 кВт·ч электричества на светильниках. Само зерно содержит около 15 мегаджоулей, то есть чуть больше четырёх киловатт-часов. Разрыв — около полутора порядков, и он не закрывается ни ценой электроэнергии, ни автоматизацией, ни этажностью: он следует из квантовой эффективности фотосинтеза, а не из качества инженерии.

Отсюда ассортимент отрасли, который выглядит модой, а является арифметикой: листовая зелень, травы, микрозелень, рассада, ягоды, лекарственные культуры — то есть продукция с высокой ценой за килограмм, коротким циклом и полностью съедобной или высокоценной надземной массой. Всё, что продаётся как источник калорий, в закрытой ферме на искусственном свету не считается.

Теплица занимает промежуточное положение: свет в ней преимущественно солнечный, а лампы досвечивают в тёмный сезон. Именно поэтому тепличное производство томата и огурца экономически состоятельно там, где производство того же томата в полностью искусственном свету — нет.