Aqu @teach: La sostenibilidad de las granjas urbanas comerciales de interior

El suministro de alimentos cultivados localmente a las poblaciones urbanas es ampliamente considerado como una alternativa más eficiente en el uso de recursos que la cadena de suministro convencional utilizando alimentos cultivados en zonas periurbanas o rurales remotas. El cultivo en interiores y sin suelo en las zonas urbanas se presenta como una solución particularmente sostenible, al reducir las millas alimentarias, minimizar el uso de la tierra y el consumo de agua, y mejorar los rendimientos. Sin embargo, para garantizar unas condiciones óptimas de cultivo para los cultivos, las explotaciones de ambiente controlado dependen del control artificial de los ciclos de luz, temperatura, humedad y agua y, por lo tanto, pueden ser altamente intensivas en energía, dependiendo de las condiciones climáticas locales y de las características específicas del edificio anfitrión. Por lo tanto, las emisiones de carbono de las explotaciones urbanas deben sopesarse cuidadosamente frente a emisiones potencialmente reducidas, como las derivadas del transporte de alimentos procedentes de explotaciones rurales y periurbanas. Los elevados costos económicos de las explotaciones urbanas, tanto en términos de infraestructura como de costes operativos, también deben evaluarse cuidadosamente antes de emprender una empresa de este tipo.

Sostenibilidad ambiental

Ubicada dentro de la ciudad y, por lo tanto, más cerca del consumidor, la agricultura urbana de alto rendimiento suele tener una huella de carbono más baja que la producción de alimentos rurales, al reducir las distancias de transporte («millas alimentarias»). Sin embargo, dependiendo de las condiciones climáticas locales y de la tipología de las explotaciones urbanas, la producción de cultivos en entornos controlados también puede ser altamente intensiva en energía, lo que puede exacerbar considerablemente sus impactos ambientales. La huella neta de carbono depende de las emisiones causadas por el uso de energía para la explotación agrícola frente a las emisiones evitadas relacionadas con la cadena de suministro existente, incluida la energía operativa de las granjas que suministran los productos y la energía utilizada para transportarlos. Esto puede ilustrarse con dos ejemplos de zonas climáticas muy diferentes de Europa. Cuando el potencial de calentamiento global (PCA) se relaciona con el agua, el transporte y la energía operativa de tres escenarios de agricultura urbana de alta tecnología en Portugal — un invernadero en la azotea de policarbonato, una granja vertical con ventanas y tragaluces en el último piso de un edificio, y una granja vertical completamente opaca sin la penetración de luz natural en la planta baja de un edificio — se compararon con el PCA de la actual cadena de suministro de tomates, y con una hipotética granja urbana de baja tecnología no acondicionada en la azotea, la granja vertical de la planta superior y el invernadero de la azotea tuvieron los mejores resultados ambientales generales, reducir respectivamente las emisiones de gases de efecto invernadero a la mitad y en un tercio en comparación con la cadena de suministro existente para los tomates (Benis et al. 2017). Estos hallazgos corroboran los resultados de una evaluación del ciclo de vida de un invernadero en una azotea en Barcelona (Sanyé-Mengual et al. 2013; Sanyé-Mengual et al. 2015a). Por el contrario, Theurl et al. 2013 encontró que la producción de tomates en invernaderos calentados en Austria generaba el doble de las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con la cadena de suministro de tomates importados de España e Italia. Por lo tanto, es esencial tener en cuenta que, si bien se afirma que la agricultura urbana es sostenible para reducir las distancias de transporte, esas instalaciones de uso intensivo de energía pueden no ser apropiadas para todos los lugares, ya que las primeras no compensan sistemáticamente a las segundas.

Sin embargo, el comportamiento ambiental de la Agricultura Integrada en Edificios puede potencialmente mejorarse acoplando los flujos de las prácticas agrícolas (calor, agua, CO₂ ) con los flujos del edificio anfitrión, y optimizando la eficiencia del sistema mediante la implementación de acondicionamiento pasivo , tales como el aislamiento térmico, la ventilación natural, la refrigeración por evaporación y el uso de tecnologías de alta eficiencia energética, como la iluminación LED.

Sostenibilidad económica

La viabilidad económica de las explotaciones comerciales en contextos urbanos debe evaluarse teniendo en cuenta los mayores gastos de capital —en comparación con las explotaciones rurales convencionales— que están intrínsecamente relacionados con su ubicación urbana. En un contexto de rápida urbanización, el espacio urbano es escaso y muy codiciado, y la necesidad primordial que generalmente se busca satisfacer por los municipios es la vivienda y no la producción de alimentos, que en cambio se ve alejada cada vez más de los centros urbanos. Mientras que los sistemas agrícolas integrados en tejados tienen que competir con otras tecnologías integradas en techos, como la energía solar fotovoltaica o la energía solar térmica, los sistemas de interior compiten con otros usos urbanos que suelen ser más atractivos económicamente que la agricultura, como las funciones residenciales o comerciales. Una competencia tan alta por parcelas y edificios urbanos hace que los bienes raíces sean cada vez más caros (Benis & Ferrão 2018).

En todo el mundo, el precio de la tierra es generalmente alto en las zonas urbanas. Además de los alquileres elevados, la agricultura urbana comercial de alta tecnología es una industria intensiva en capital, ya que implica la adaptación del edificio anfitrión para el cultivo, de acuerdo con la normativa municipal local y los códigos de construcción. Esta restricción urbana fue identificada como una de las principales barreras para la implementación a gran escala de la BIA (Cerón-Palma et al. 2012). La rentabilidad de la granja urbana dependerá de su tipología. Las fábricas de plantas necesitan sólo el 10% de la superficie del terreno en comparación con los invernaderos para obtener la misma productividad/m², y pueden construirse fácilmente en cualquier edificio en desuso. Mientras que los costos de capital son altos¹ , aproximadamente un 15% más que los de un invernadero, la productividad anual es de aproximadamente 3000 cabezas de lechuga por m²/año, que es 15 veces mayor que el de un invernadero (alrededor de 200 cabezas de lechuga por m²/año). Por lo tanto, el costo inicial por unidad de capacidad de producción de una fábrica de planta es más o menos el mismo que el de un invernadero, aunque esta estimación es aproximada y varía con muchos factores (Kozai et al. 2016).

Además de implicar altos costos de inversión, los sistemas agrícolas comerciales de alta tecnología a menudo conducen a costos operativos sustanciales debido a sus elevadas necesidades energéticas (Thomaier et al. 2015). Por otra parte, mientras que las explotaciones rurales suelen beneficiarse de la subvención del agua y la energía para la agricultura, las explotaciones situadas en zonas urbanas tienen que pagar los costes urbanos del abastecimiento de agua y la energía, aplicables de acuerdo con la zonificación. Si la granja está ubicada en una zona residencial, entonces los costos serán más altos que si está ubicada en una zona comercial (Benis & Ferrão 2018).

Los costos de producción (mano de obra, electricidad, depreciación, etc.) varían en todo el mundo. En Japón, por ejemplo, los costos componentes de las fábricas de plantas son, en promedio, del 25 al 30% para la mano de obra, del 25 al 30% para la electricidad, del 25 al 35% para la depreciación y del 20% para otros costos de producción (alquiler de terrenos, semillas, agua, sustitución de lámparas, artículos de oficina, materiales de embalaje, gastos de envío, etc.). Los costos de mano de obra son tan altos porque la mayoría de las fábricas de plantas son de pequeña escala, por lo que las operaciones de manipulación deben realizarse manualmente. Se estima que una fábrica de planta de 15 niveles con una superficie de 1 ha necesita más de 300 empleados a tiempo completo. En comparación, la mayoría de las operaciones de manipulación en un complejo de invernaderos con una superficie de 10 ha o más están automatizadas, por lo que solo necesitan unos pocos empleados por hectárea (Kozai et al. 2016).

¹ aproximadamente US$4000/m² en 2014 (Kozai et al. 2016)

El cuadro 1 muestra el proceso de conversión de energía en una sala de cultivo de una fábrica de plantas de bajo consumo energético. La energía eléctrica fijada como energía química en la parte vendible de las plantas es del 1 -2%. La energía eléctrica restante se convierte en energía térmica en la sala de cultivo, por lo que el costo de calefacción de una fábrica de plantas con aislamiento térmico es cero. En la gestión de costos de producción de la planta, el porcentaje de peso de la parte comestible o utilizable de la planta con respecto al peso total de la planta es un índice importante para mejorar el rendimiento de los costos. Dado que la energía eléctrica se consume para producir las raíces, si las raíces no son vendibles, la masa radicular debe ser minimizada sin comprometer el crecimiento de la parte aérea de la planta.

Cuadro 1: La conversión de energía en una fábrica de plantas (de Kozai et al. 2016)

El costo de la electricidad puede reducirse en (1) utilizando LEDs avanzados para mejorar el factor de conversión de energía eléctrica a luz; (2) mejorar el sistema de iluminación con reflectores bien diseñados para aumentar la relación entre la energía lumínica emitida por las lámparas y la absorbida por las hojas de las plantas; (3) mejorar la calidad de la luz a mejorar el crecimiento y la calidad de las plantas; (4) controlar de manera óptima la temperatura, la concentración de CO₂ , la solución nutritiva, la humedad y otros factores; y (5) aumentar el porcentaje de la parte vendible de las plantas mejorando el método de cultivo y la selección de cultivares (Kozai et al. 2016).

Los costos de electricidad también se pueden reducir mediante el uso de paneles solares. Las fábricas de plantas urbanas en edificios independientes, como antiguos almacenes y fábricas, tienen más posibilidades de generar su propia electricidad que las situadas en edificios que forman parte de una densa matriz urbana. La cantidad de energía necesaria para alimentar fábricas de plantas independientes depende de las dimensiones del edificio. Cuando un edificio ocupa un área más grande, las necesidades de iluminación y agua aumentan, pero también lo hace la cantidad de energía disponible a través de paneles solares en el techo y, potencialmente, en la fachada. La cantidad de energía que puede ser generada por los paneles solares obviamente depende de la ubicación geográfica de la fábrica de la planta.

El consumo neto de agua para riego en una fábrica de plantas es aproximadamente el 2% del de un invernadero, ya que alrededor del 95% del vapor de agua procedente de las hojas de la planta se condensa en el panel de enfriamiento (evaporador) de los acondicionadores de aire como agua líquida, que se recoge y luego se devuelve al nutriente después de la esterilización. La solución nutritiva drenada de los lechos de cultivo también se devuelve al tanque de solución nutritiva después de la esterilización. Por lo tanto, la cantidad de agua que hay que añadir al tanque es igual a la cantidad de agua mantenida por las plantas cosechadas, y la cantidad que se escapa afuera como vapor de agua a través de espacios de aire. Del mismo modo, la cantidad de nutrientes que se agrega es igual a la cantidad de nutrientes absorbidos por las plantas cosechadas. Por lo tanto, la eficiencia del uso de agua y nutrientes es superior a 0,95 y 0,90 respectivamente (Kozai et al. 2016).

La agricultura urbana y la economía circular

La economía circular es actualmente uno de los términos más discutidos entre los científicos económicos ambientales y es uno de los puntos centrales de la estrategia Horizonte 2020 de la Unión Europea. Su elemento fundamental es el «uso restaurador» de los recursos: en lugar de convertirse en residuos descartados, las materias primas se reciclan y reutilizan (Geisendorf & Pietrulla 2018). La agricultura urbana ofrece varias posibilidades para adoptar este enfoque, que es mejor ejemplificado por The Plant. En 2010, la empresa social Bubbly Dynamics LLC adquirió una antigua planta envasadora de carne en Chicago y desarrolló un plan para utilizar el edificio como un espacio para incubar empresas alimentarias y agrícolas, trayendo así los trabajos tan necesarios de vuelta a una comunidad desinvertida en un ‘alimento desierto’ careciendo de opciones de alimentos saludables. Las instalaciones de 8686^m2 albergan actualmente más de una docena de pequeñas empresas, incluyendo granjas de interior y exterior, cervecerías kombucha y cerveza, una panadería, un distribuidor de queso, un tostador de café y otros productores y distribuidores de alimentos. A principios de 2018, había aproximadamente 85 puestos de empleados equivalentes a tiempo completo basados en las instalaciones. La planta está todavía en construcción y está aproximadamente en un 70% arrendada; se espera la ocupación completa en 2019.

Fundada sobre un modelo de cierre de residuos, recursos y bucles de energía, The Plant está trabajando para mostrar cómo es la producción de alimentos urbanos verdaderamente sostenibles. El digestor anaeróbico previsto es una característica clave, ya que está diseñado para resolver varios problemas críticos mediante la reutilización de lo que convencionalmente se considera «residuo» con el fin de crear varios productos valiosos. Los residuos del edificio serán una fracción del volumen de residuos procesados por el digestor, sin embargo, el digestor demostrará que incluso las empresas de producción de alimentos, que suelen ser de uso intensivo de residuos y energía, pueden operar de manera sostenible cerrando los bucles de residuos. La Figura 8 es un diagrama conceptual de los diversos procesos previstos en La Planta a plena ocupación.

Figura 8: Ciclos de residuos (verde) y energía/gas (naranja) en The Plant, Chicago

*Copyright © Socios del Proyecto Aqu @teach. Aqu @teach es una asociación estratégica Erasmus+ en educación superior (2017-2020) dirigida por la Universidad de Greenwich, en colaboración con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zúrich (Suiza), la Universidad Técnica de Madrid (España), la Universidad de Liubliana y el Centro Biotécnico Naklo (Eslovenia) . *