Aqu @teach: Temas atuais de pesquisa em aquaponia

Tendências em tecnologia

Como vimos acima, o design de sistemas aquapônicos bem-sucedidos depende do grupo de usuários. A produção de alto rendimento e sem solo requer um alto consumo de tecnologia (bombas, aeradores, madeireiros) e conhecimento, sendo, portanto, mais adequada para operações comerciais. No entanto, é perfeitamente possível projetar e operar sistemas aquapônicos de baixa tecnologia que exigem menos habilidade para operar e ainda produzem resultados respeitáveis. Este trade-off implícito (alta tecnologia/baixa tecnologia) e a ampla gama de aplicações da aquapônica têm consequências para novas vias de desenvolvimento para a tecnologia, design de sistemas e aspectos socioeconômicos. A tecnologia aquapônica pode desenvolver-se em pelo menos duas direções: por um lado, para soluções de baixa tecnologia (provavelmente principalmente em países em desenvolvimento e para aplicações não profissionais) e, por outro lado, para instalações altamente eficientes de alta tecnologia (predominantemente em países desenvolvidos e com parceiros profissionais/comerciais) (Junge et al. 2017).

Embora a tecnologia em si não imponha limites a uma área da fazenda (porque pode ser modular), o tamanho das fazendas urbanas é determinado por (i) as características da área disponível, que é necessariamente fragmentada em uma cidade (locais de campo, edifícios subutilizados ou vagos e telhados); e (ii) restrições impostas pela economia da produção vegetal. Como regra geral, a área necessária para quebrar mesmo para operações comerciais é de cerca de 1000 m². As instalações de passatempo e quintal podem, naturalmente, ser muito menores. As fazendas aquapônicas podem crescer/expandir aumentando o número de sistemas operacionais (ou módulos), ou indo verticalmente, embora não possam ser escaladas demais sem aumentar consideravelmente os custos de construção e energia. A gama de dimensões das explorações aquánicas urbanas irá provavelmente variar entre 150 m² e 3000 m² , devido a limitações de espaço, economia e gestão, mas isso poderia ser suficiente para cobrir os requisitos básicos de uma variedade de legumes frescos para parte da população urbana. As explorações aquánicas periurbanas poderiam ser maiores e modificadas para incluir sistemas de aquicultura interior ou para reutilizar efluentes ricos em nutrientes ou lamas de peixe compostadas nas zonas rurais.

A própria tecnologia aquapônica pode ser considerada imatura, uma vez que ainda há problemas a serem resolvidos. A simples ligação de um sistema de aquicultura de última geração com um sistema hidropônico de última geração não leva em conta outros fatores, como problemas com filtros de tambor entupidos, colonos ineficientes, falhas de oxigênio, colonos mal projetados e tubos de água entupidos. Embora a influência dos leitos de plantas (NFT, irrigação por gotejamento, cultura de águas profundas) já seja bem conhecida nos sistemas hidropônicos, a escolha desses leitos em sistemas aquapônicos precisa ser aprofundada, uma vez que terá consequências para a produtividade e operação. Outras pesquisas também são necessárias em outras áreas. Uma vez que os microrganismos são onipresentes, eles desempenham um papel importante em todas as etapas da produção aquapônica. A influência das condições ambientais em sua abundância, diversidade e papéis poderia ser investigada, por exemplo, através do uso adicional de métodos de nova geração de sequenciamento (Schmautz et al. 2016a). Uma das questões centrais é o controle adequado de pragas e doenças para sistemas aquapônicos. Problemas relacionados à proteção fitossanitária em aquapônica foram discutidos por Bittsanszky et al. (2016b). Eles concluíram que, uma vez que muito poucas ferramentas estão disponíveis para proteção fitossanitária em aquapônica, a ênfase deve ser colocada em medidas de precaução para minimizar a infiltração de pragas e patógenos. Por outro lado, os métodos biológicos de controlo de pragas actualmente disponíveis para a agricultura biológica têm de ser adaptados à aquapônica (ver Capítulo 8).

Para que a aquapônica seja desenvolvida como um método bem-sucedido de alta tecnologia de produção de alimentos, um foco será a redução dos requisitos de mão-de-obra. Embora alguma automação já esteja bem desenvolvida (para rega e alimentação, monitoramento on-line e alarmes para muitos parâmetros, especialmente oxigênio), ela precisa ser refinada para permitir operações mais precisas e eficientes em mão-de-obra, o que exigirá o desenvolvimento de sensores adequados. Uma opção para reduzir a mão-de-obra pode ser usar robôs. Sistemas versáteis, semelhantes ao FarmBot, devem ser desenvolvidos para uso dedicado em aquapônica.

Tendências no design de sistemas

Embora a aquapônica tenha potencial para ser sustentável, estudos abrangentes de análise do ciclo de vida (ACV) de operações e produtos aquapônicos são escassos (Forchino et al. 2017; Maucieri et al. 2018). No entanto, é claro que o impacto ecológico da aquapônica poderia ser melhorado através da utilização de fontes de energia renováveis, do desenvolvimento de métodos de colheita de luz do dia para evitar o uso de energia elétrica, da utilização de água pré-tratada ou reciclada ou da água da chuva, e da melhoria do controle climático das estufas. Num ambiente urbano, a aquaponia deve ser ainda mais integrada nos edifícios, permitindo a troca de gás, água e energia entre estufas e edifícios. Também são necessárias melhorias em relação aos ciclos de materiais orgânicos. A ração para peixes é a principal fonte de nutrientes e define, em grande medida, a sustentabilidade da operação. Aquaponics (assim como RAS) requer nutrição ideal para peixes, e os alimentos para peixes devem consistir em materiais sustentáveis e de origem local (orgânicos, vegetarianos, insetos). A alça aquapónica deve ser fechada, digerindo as lamas de peixes, a fim de reutilizar os nutrientes no sistema aquapónico, ou através da criação de vermes vermelhas e/ou insectos sobre resíduos vegetais e utilizando-os para a alimentação de peixes, sendo compostadas as lamas de peixe residuais e os resíduos vegetais. O objetivo é chegar a um conceito de zero desperdício na fazenda, a fim de reduzir a pegada de carbono. Estudos sobre emissões de gases com efeito de estufa poderiam tornar este quadro completo. Por último, a possibilidade de utilizar novos organismos na aquapônica (por exemplo, plantas aquáticas, peixes marinhos, algas e algas marinhas, crustáceos, etc.) deve ser explorada a fim de expandir o ciclo ecológico. A nova aquicultura e produtos vegetais também podem ter implicações para a viabilidade económica da tecnologia, como discute a secção seguinte.

Pesquisa socioeconômica

Atualmente, a aquaponia é um setor de negócios pequeno, mas emergente. Embora a produção de alimentos seja o objetivo básico da operação, muitas vezes é combinada com o turismo e a educação para melhorar a rentabilidade. Devido à sua abordagem transversal tecnológica relativamente nova, a aquapônica não tem um estatuto jurídico claro dentro dos regulamentos existentes na Europa (Joly et al. 2015). Embora nos EUA, os produtos aquaônicos possam ser certificados como orgânicos, na Europa isso não é atualmente possível porque a aquapônica envolve produção vegetal sem solo e RAS, ambas as quais não são permitidas pela regulamentação orgânica da UE.

Apesar do potencial da aquapônica como tecnologia de produção de alimentos, ainda há questões em aberto. Como demonstramos acima, a aquapônica é um tema de destaque nas mídias sociais, mas pouco se sabe sobre o conhecimento e a aceitação do consumidor, que precisam ser compreendidos em diferentes contextos culturais e de mercado. Em geral, não sabemos o suficiente sobre como as vantagens de sustentabilidade da aquapônica devem ser comunicadas aos consumidores, em comparação com a qualidade do produto, como sabor, frescura, saúde e preço (Newman et al. 2014).

Até agora, a maioria das pesquisas sobre a aquapônica tem se concentrado no desenvolvimento de instalações funcionais. Uma forma de melhorar a rentabilidade poderia ser melhorar a eficiência. O uso eficiente de fontes de energia alternativas, água e reciclagem de efluentes orgânicos economizará nos custos de produção, mas eles precisam ser avaliados em relação aos custos de investimento mais elevados. Para aumentar a produção comercial, novos modelos de negócios também devem ser desenvolvidos em relação às ideias emergentes das economias circulares e locais, mas a gestão das interfaces aumenta a complexidade. Neste contexto, deverão ser abordadas as questões relativas às condições-quadro relativas aos custos operacionais, à logística local e aos determinantes do comportamento das compras de produtos hortícolas e de peixe. Além da melhoria da eficiência tecnológica, há também questões sobre a gestão operacional, e poderia ser interessante explorar novas variedades de culturas sensíveis ao transporte, a fim de obter um preço de mercado suficientemente elevado, evitando a concorrência com a horticultura especializada. No entanto, a combinação de uma nova tecnologia com novos produtos também aumenta a incerteza empresarial.

Aquaponics é especialmente útil para os educadores: até mesmo um pequeno sistema de sala de aula oferece uma ampla gama de possibilidades de instrução em diferentes níveis educacionais, desde o ensino primário até a universidade (ver Capítulo 15). A Aquapônica pode ser facilmente integrada em todos os assuntos STEM (ciência, tecnologia, engenharia e matemática), não apenas para demonstrar princípios biológicos e ecológicos básicos, mas também química, física e matemática. Uma variedade de competências e habilidades podem ser adquiridas operando sistemas aquapônicos, como habilidades básicas de laboratório, trabalho em equipe, ética ambiental, para citar apenas alguns. A largura dos aspectos socioeconômicos aqui delineados ilustra que a aquaponia só florescerá com uma ampla colaboração entre vários actores-chave adicionais além de cientistas naturais e engenheiros. Estes poderiam incluir, por exemplo, (i) designers e arquitetos para fornecer desenhos esteticamente agradáveis; (ii) cientistas sociais para ajudar a compreender as percepções e a aceitação da aquapônica entre um público mais amplo; e (iii) cientistas de saúde e nutrição para explorar como os produtos aquapônicos poderiam ser incorporados em dietas como alimentos saudáveis e produzidos de forma sustentável. Também é necessário desenvolver loops de feedback para desenvolvedores de sistemas e fisiologistas de plantas e peixes, a fim de melhorar os sistemas no que diz respeito à demanda do consumidor, sustentabilidade e valor nutricional dos produtos.

*Copyright © Parceiros do Projeto Aqu @teach. Aqu @teach é uma Parceria Estratégica Erasmus+ no Ensino Superior (2017-2020) liderada pela Universidade de Greenwich, em colaboração com a Universidade de Zurique de Ciências Aplicadas (Suíça), a Universidade Técnica de Madrid (Espanha), a Universidade de Liubliana e o Centro Biotécnico Naklo (Eslovénia) . *