Вертикальное земледелие

Нам не впервой этим заниматься. В самом конце Второй мировой войны американская армия начала испытывать сложности со снабжением. Тогда это тоже была проблема дистрибуции. Войска оказались разбросаны по всему миру, и, помимо того что возить на дальние расстояния скоропортящиеся продукты было непозволительно дорого, грузовые суда становились легкой добычей вражеских субмарин. Очевидным ответом было выращивать продовольствие на местах, но на голых островах Тихого океана и засушливых пустынях Ближнего Востока не было достаточных площадей плодородной почвы. Однако зачем нужна почва, если есть вода?

Идея выращивания еды в воде восходит как минимум к Висячим садам Семирамиды в Вавилоне. Но гидропоника – выращивание съедобных растений в питательном растворе – более современное явление. Первая книга на эту тему – «Sylva Sylvarum» («Лес лесов, или Естественная история в десяти центуриях») Фрэнсиса Бэкона – вышла в 1627 году, однако технология гидропоники не была отработана до 1930-х годов, когда ученые усовершенствовали химический состав питательной среды. Впрочем, если не считать единственного случая (авиакомпания Pan American выращивала овощи на тихоокеанском островке Уэйк,[322] чтобы добавлять свежую зелень в обед пассажиров межконтинентальных рейсов), никто не пытался заниматься подобным земледелием в серьезных масштабах. Вторая мировая все изменила. В 1945 году армия США начала серию масштабных гидропонных экспериментов, сначала на острове Вознесения в Южной Атлантике, а затем на острове Иводзима и в самой Японии, в частности на самой большой в тот момент гидропонной ферме в мире, которая находилась в городе Тёфу и занимала площадь в 8,9 га. Одновременно – поскольку США держали на Ближнем Востоке войска, обеспечивавшие безопасность поставок нефти в Америке, – новые гидропонные фермы были созданы в Ираке и в Бахрейне. Все они оказались невероятно успешными. В одном 1952 году гидропонные предприятия армии вырастили более 3,5 миллионов килограммов свежей продукции.

После войны большинство из нас забыли об этом успехе. Производство продовольствия вновь обрело твердую почву под ногами. Затем началась «Зеленая революция», и гидропоника была вытеснена еще дальше на периферию, уступив место углеводородным решениям. Лишь крохотная часть исследований продолжалась. В частности, ими упорно занималось агентство NASA, пытавшееся придумать, как накормить астронавтов на Марсе.[323] Другие организации тоже работали в этом направлении. В 1983 году Ричард Стоунер сделал большой прорыв, обнаружив, что растения можно подвешивать в воздухе, подкармливая их через насыщенный питательными веществами туман. Это положило начало новой науке – аэропонике, и именно тут началось самое интересное.

Традиционное сельское хозяйство потребляет 70 % всей пресной воды на планете. Гидропоника на 70 % эффективнее традиционного сельского хозяйства.[324] Аэропоника на 70 % эффективнее гидропоники. Таким образом, если бы мы использовали в сельском хозяйстве аэропонику, мы могли бы сократить использование воды с 70 до 6 процентов – неплохая экономия. Учитывая, что с каждым днем угроза дефицита воды становится все более серьезной, трудно понять, почему эти технологии до сих пор не получили самого широкого распространения.

«Это проблема пиара, – говорит Диксон Деспомьер. – Когда люди слышат слово „гидропоника“, они представляют себе не NASA, а горшок с комнатным растением. Черт побери, десять лет назад я и сам так думал».[325]

Но ситуация начинает меняться, и отчасти это дело рук как раз доктора Деспомьера. Этот высокий седобородый мужчина – микробиолог и эколог по образованию, а также один из ведущих мировых экспертов по внутриклеточному паразитизму. До своего ухода на пенсию в 2009 году он был профессором на факультете здравоохранения Колумбийского университета. В 1999 году Деспомьер читал курс по медицинской экологии, который включал в себя раздел о климатических изменениях и их потенциальном влиянии на производство продовольствия. Он вспоминает:

Это была весьма депрессивная тема для изучения. Продовольственная и сельскохозяйственная организация при ООН (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO) подсчитала, что сельскохозяйственное производство, чтобы не отстать от роста населения, должно увеличиться вдвое к 2050 году. В то же время 80 % пригодной для возделывания земли уже занято, и наши текущие данные о климатических изменениях демонстрируют, что производство зерновых в течение следующих десяти лет уменьшится на 10–20 %. К тому времени, когда я закончил излагать эти данные моим студентам, они готовы были забросать меня гнилыми помидорами.

Деспомьеру так надоела вся эта тоска и безысходность, что он отклонился от привычного курса и предложил студентам поискать позитивное решение. Обдумав вопрос со всех сторон, они предложили идею плантации на крыше. По словам профессора,

это была идея местного масштаба, и она казалась осуществимой. Студенты хотели знать, сколько людей они смогут накормить, если будут выращивать еду на крышах – не коммерческих зданий, а жилых домов – на Манхэттене. И я дал им остаток семестра на поиск ответа.

Это было еще до появления карт Google, поэтому одни только поиски подходящих крыш заняли у студентов три недели, в течение которых они не вылезали из Нью-Йоркской публичной библиотеки. Затем встал вопрос: «А что выращивать?» Нужно было найти растение, способное давать урожай в очень стесненных условиях, но при этом весьма калорийное. В конце концов остановились на рисе. Пора было делать расчеты – и выяснилось, что выращивание риса на крышах Нью-Йорка смогло бы накормить всего 2 % населения города.

Они очень расстроились, – вспоминает Деспомьер. – Столько работы – и выяснилось, что они смогут накормить всего два процента ньюйоркцев. Я попытался мотивировать их и сказал: «Ну что ж, если вы не можете выращивать урожай на крышах, как насчет всех этих заброшенных жилых домов? Как насчет авиабазы Райт-Паттерсон? Как насчет небоскребов? Представьте себе, сколько еды мы могли бы вырастить, если бы только удалось запихнуть ее в высотки?»

В то время для Деспомьера это были по большей части слова, сказанные мимоходом, чтобы утешить студентов. Но идея застряла в его голове. Его жена тоже хотела понять, сработает ли такой план, и в результате профессор начал искать информацию о гидропонике в интернете:

Я прочитал о том, каких успехов достигла армия во время Второй мировой, и понял две вещи. Первая: что гидропоника – это не только выращивание растений в горшках. И вторая: что безумная идея вертикальной фермы не так уж безумна.

Его студенты тоже были преисполнены энтузиазма и вновь взялись за работу. В течение года были сделаны первые грубые прикидки, из которых получалось, что их вертикальная ферма может накормить гораздо большее количество народа, чем 2 % ньюйоркцев. Деспомьер говорит:

Одно тридцатиэтажное здание, занимающее один нью-йоркский квартал, могло прокормить пятьдесят тысяч человек в год. Сто пятьдесят вертикальных ферм могли бы накормить всех людей в Нью-Йорке.

У вертикальных ферм много изумительных преимуществ. Они не зависят от погоды, поэтому урожай можно выращивать в течение всего года в оптимальных условиях. Один квадратный метр этажа небоскреба производит продовольствия столько же, сколько 10–20 квадратных метров традиционной почвы. Технологии «чистой комнаты» (clean room, позволяют создать в помещении особо чистую атмосферу) дают возможность обойтись без пестицидов и гербицидов – а значит, избавиться от отравленных сточных вод. Ископаемые виды топлива, которые сейчас употребляются для вспашки, внесения удобрений, посева, прополки, сбора урожая и доставки, также не используются. И, помимо всего этого, мы можем восстановить леса на старых сельскохозяйственных землях, замедлив тем самым разрушительный процесс сокращения биологического разнообразия.

Так как же все это работает? Питание, естественно, поступает посредством гидро- или аэропоники. Кроме того, растениям нужен солнечный свет, поэтому вертикальные фермы устроены так, чтобы максимально обеспечивать его доступ. Параболические зеркала отражают свет от всех поверхностей внутри здания, в то время как наружные стены покрыты слоями этилентетрафторэтилена (ЭТФЕ) – это революционный полимер, необычайно легкий, прочный, самоочищающийся и прозрачный как вода. Освещение для теплиц тоже используется, как ночью, так и в пасмурные дни, и электричество, необходимое для их работы, будет генерироваться из энергии, которая сейчас впустую утекает в канализацию. «Один только Нью-Йорк, – говорит Деспомьер, – спускает в унитаз эквивалент девятисот миллионов киловатт электричества каждый год».

Возможно, самое важное обстоятельство заключается в том, что пища в сегодняшней Америке в среднем проезжает 2400 км, прежде чем ее съедят.[326] И это только в среднем. Типичная порция еды в США включает пять ингредиентов, выращенных в других странах. Ужин в Лос-Анджелесе запросто может состоять из чилийской говядины (8988 км), риса из Таиланда (13 298 км), итальянских оливок (10 224 км), грибов из Новой Зеландии (10 474) и бокала неплохого австралийского шираза (12 210 км). Поскольку 70 % финальной розничной цены продукта составляют транспортировка, хранение и обработка, все эти километры быстро суммируются.

Вертикальные фермы в корне меняют дело. Дни, которые проходят, прежде чем еда доберется до наших тарелок, превращаются в минуты, которые нужны, чтобы спуститься с салатом-латуком на десять этажей вниз. И, несмотря на футуристический облик этих ферм, никакие принципиально новые технологии в их работе не используются, поэтому такие фермы уже сегодня приносят урожаи. Есть целый ряд пилотных проектов в Соединенных Штатах и еще более масштабных[327] – за океаном. Япония, хоть пока и не переключилась с горизонтального на вертикальное производство,[328] приступила к строительству нескольких сотен «фабрик растений», чтобы обеспечить пищевую безопасность страны. Используя технологии «чистой комнаты» и нанимая пожилых людей для ухода за растениями, японцы теперь могут выращивать двадцать урожаев латука в год вместо одного-двух, которые получаются при использовании традиционных методов.

Тем временем шведская компания Plantagon уже работает над пятью проектами вертикальных ферм: двумя в Швеции, двумя в Китае и одной в Сингапуре.[329] Стандартная модель такой фермы – огромная стеклянная сфера с ящиками для растений, организованными в гигантскую спираль, – позволяет теплице площадью в 10 000 квадратных метров выращивать продукцию, которая при горизонтальном земледелии занимала бы в десять раз б?льшую площадь.

Однако настоящие преимущества вертикальных ферм проявятся, когда технологии завтрашнего дня объединятся с сегодняшними идеями. Представьте себе повсеместно встроенные сенсоры, регулирующие температуру, pH-баланс и поступление питательных веществ. Добавьте искусственный интеллект и робототехнику, которые смогут оптимизировать посев, выращивание и сбор урожая на каждом квадратном метре. Учитывая, что производство продовольствия ограничено возможностью растений преобразовывать солнечный свет в энергию, как насчет того, чтобы использовать ГМО для улучшения и этого процесса? Исследователи Университета штата Иллинойс[330] уже какое-то время работают над этой идеей. Они полагают, что в течение следующих 10–15 лет оптимизация фотосинтеза сможет увеличить урожайность до 50 %. Выращиванием этого оптимизированного урожая на вертикальных фермах – и настройкой светодиодных ламп на оптимальный для растений спектр – мы сможем сэкономить даже больше энергии (удалив диапазон частот, который не используется растениями) и значительно сильнее поднять продуктивность.

Все это означает, что для тех 70 % человечества, которые вскоре будут жить в городах, вертикальные фермы предлагают самый надежный способ покончить с голодом и недоеданием.[331] Эти фермы уже сейчас способны увеличить объем выращиваемой еды на один урожай во много раз и в десять раз увеличить количество урожаев. И они способны делать все это, требуя на 80 % меньше земли, на 90 % меньше воды, на 100 % меньше пестицидов и практически вообще не требуя затрат на перевозку. Включите сюда несколько новых технологий – аквапонику для замкнутой системы производства белка; сбор урожая с помощью роботов для снижения трудовых затрат; системы искусственного интеллекта, присоединенные к биосенсорам для лучшей регуляции окружающей среды; продолжающееся развитие систем, использующих энергию биомассы (части растений, которые не идут в пищу, перерабатываются в топливо); улучшение и продолжающуюся интеграцию систем переработки мусора (чтобы еще надежнее замкнуть кольцо и уменьшить затраты на энергию) – и мы придем к золотому стандарту экологически устойчивого сельского хозяйства: полностью местному производству еды и системе дистрибуции, в которой полностью отсутствуют отходы и где имеется нулевое воздействие на окружающую среду и потенциал накормить весь мир.