A agricultura integrada de edifícios (BIA) utiliza predominantemente técnicas de cultivo sem solo, tais como hidroponia, aquapônica ou aeroponia. Os benefícios da BIA incluem a produção durante todo o ano, maiores rendimentos, maior controle da segurança alimentar e biossegurança, e substancialmente reduzidos insumos em relação ao abastecimento de água, agrotóxicos, herbicidas e fertilizantes, bem como a melhoria da eficiência energética da construção através da criação de relações simbióticas entre a fazenda e seu edifício anfitrião. Os sistemas BIA podem ser aplicados no envelope do edifício — no telhado ou fachadas, para aproveitar a disponibilidade de luz natural — ou em ambientes fechados com luz artificial, ou em um edifício independente (Figura 2), e todos os parâmetros crescentes são controlados. Isso é conhecido como Agricultura Controlado-Ambiental, ou CEA, que combina habilidades hortícolas e de engenharia para otimizar a produção de culturas, a qualidade das culturas e a eficiência da produção.

Estufas no telhado

Entre as várias formas existentes de BIA, a agricultura em estufa no telhado é uma das mais populares, uma vez que os telhados representam uma área urbana considerável não utilizada, e as estufas hidropônicas leves não necessitam de nenhum reforço estrutural significativo do edifício anfitrião (Benis & Ferrão 2018). O telhado é uma paisagem ideal para o cultivo de plantas em cidades densas, uma vez que normalmente tem maior exposição à energia solar do que o solo abaixo. Embora os rendimentos de estufas hidropônicas sejam maiores do que os de fazendas de cobertura ao ar livre, a variedade de vegetais que podem ser cultivados é menor e tende a ser restrita a folhas verdes, microverdes, ervas, tomates, pepinos, beringelas, pimentas e morangos (Buehler & Junge 2016). Estufas hidropônicas são frequentemente fornecidas com sistemas de controle climático, como ventiladores, aquecedores, resfriamento evaporativo, telas térmicas e janelas operáveis, a fim de condicionar o ar interno e alcançar a temperatura ideal, umidade relativa e níveis de dióxido de carbono, independentemente das condições externas. Eles são aquecidos com gás natural ou eletricidade, com potencial de backup através de painéis fotovoltaicos (PV). Instalações de última geração capturam calor residual do sistema AVAC do edifício e podem ser construídas com vidro solar, que coleta comprimentos de onda específicos da luz solar para gerar eletricidade, enquanto transmite e difunde outros comprimentos de onda para a estufa (Figura 3).

Várias empresas norte-americanas já provaram que quantidades significativas de alimentos podem ser produzidas durante todo o ano para moradores urbanos em telhados não utilizados em ambientes urbanos densos, onde a terra disponível e acessível é uma mercadoria rara. Lufa Farms construiu a primeira estufa comercial do mundo em um edifício industrial em Montreal, Canadá, em 2011. A estufa de^2880m2 é usada para cultivar uma variedade de vegetais diferentes. Eles construíram mais dois, um projetado para maximizar a produção de tomate (3995 m²), e outro projetado para o cultivo de folhas verdes (5853 m²). Cada uma de suas estufas, que abrigam sistemas hidropônicos NFT, foi projetada para ser não apenas maior, mas mais leve, mais barata e mais eficiente. Nos EUA Gotham Greens opera 16.000 metros quadrados de estufas urbanas em cobertura em 4 instalações em Nova York e Chicago, também usando hidroponia NFT. Sua estufa emblemática, construída em Nova York em 2011, foi a primeira estufa de escala comercial construída nos Estados Unidos. A instalação de 1394 m² produz mais de 45.000 kg de folhas verdes por ano. Projetado e construído com sustentabilidade na vanguarda, as demandas elétricas da instalação são compensadas por 60 kW de painéis solares fotovoltaicos no local, e características de design de alta eficiência, incluindo iluminação LED, vidros avançados, ventilação passiva e cortinas térmicas ajudam a reduzir a demanda elétrica e de aquecimento. A integração no telhado reduz ainda mais o uso de energia enquanto também serve para isolar o edifício abaixo. A segunda estufa de Gotham Greens, construída em 2013, é a primeira estufa de escala comercial a ser construída em cima de um supermercado. Com mais de 1858 m², produz mais de 90.000 kg de folhas verdes, ervas e tomates a cada ano. Sua terceira e maior estufa de Nova York abrange 5574 m² e cresce mais de 5 milhões de cabeças de folhas verdes a cada ano. Isso é anulado por sua estufa de Chicago, que, com mais de 6968 m² , representa a maior e mais produtiva fazenda no telhado do mundo, crescendo até 10 milhões de cabeças de folhas verdes e ervas aromáticas.

Figura 3: O potencial intercâmbio de fluxos de água, energia e gás entre a estufa da cobertura e o edifício anfitrião (após Céron-Palma et al. 2012)

A cidade de Nova Iorque abriga três outras estufas hidropônicas no telhado. Vegetais do Céu cultiva ervas e verduras, enquanto The Vinegar Factory cultiva tomates, morangos, ervas e verduras. Uma estufa no telhado foi recentemente construída em Arbor House, um bloco de habitação acessível na cidade de Nova York. Localizada em um bairro com um número desproporcionalmente alto de pessoas de baixa renda com altas taxas de obesidade, diabetes e doenças cardíacas, a fazenda hidropônica de^929m2 funcionará como um arranjo de Agricultura de Apoio à Comunidade (CSA), no qual os moradores podem comprar o produto por meio de um esquema de assinatura de caixa vegetal. Cerca de 40% dos produtos serão disponibilizados para a comunidade local através da divulgação de escolas, hospitais e mercados próximos. Edenworks é uma fazenda aquapônica com efeito de estufa, também na cidade de Nova York, que produz microgreens.

Na Europa, a empresa suíça de start-up UrbanFarmers abrigou sua fazenda aquapônica comercial piloto, UF001 LokDepot, em uma estufa no telhado em Basileia. O espaço de crescimento de 260^m2 tinha uma capacidade anual de produção de 5000 kg de hortaliças, enquanto o sistema de aquicultura tinha uma capacidade de 800 kg de peixe.

O start-up baseado em Berlim ECF Farmsystems construiu duas estufas aquapônicas no telhado. Eco Jäger, que abriu em Bad Ragaz, Suíça, em 2016, cultiva alface, ervas e trutas para restaurantes, hotéis e empresas de restauração. BIGH foi inaugurado em Bruxelas em 2018 e produz alface, ervas e robalo listrado híbrido para restaurantes, o mercado varejista de alimentos e vendas diretas de fazenda. A primeira estufa urbana na França abrirá em 2019. Toit Tout Vert está situado em uma parte residencial de Paris, e os produtos do espaço de cultivo de 1400 m² serão vendidos em lojas locais.

# Estufas independentes

Lotes urbanos vagos também oferecem oportunidades para estufas independentes. Metropolitan Farms está localizado em um antigo estacionamento em Chicago. A estufa aquapônica produz alface, manjericão e tilápia que é vendida através de mercados agrícolas, cooperativas de alimentos locais e mercearias especializadas. Na Europa, a ECF Farmsystems opera uma estufa aquapônica no coração de Berlim. ECF Farm Berlin,, inaugurado em 2015, tem uma pegada de 1800^m2 e é usado para cultivar manjericão e poleiro destinados ao mercado varejista de alimentos.

Fazendas verticais e fábricas de plantas

O conceito de “agricultura vertical” foi introduzido em 2010 por Dickson Despommier em seu livro *The Vertical Farm: Alimentando o Mundo no Século^XXI . As explorações verticais podem estar situadas numa estufa ou no interior de um edifício e utilizar várias tecnologias diferentes para cultivar plantas num plano vertical, a fim de maximizar o rendimento em relação à superfície da unidade de produção (ver Capítulo 14 para obter detalhes sobre essas tecnologias de sistema de crescimento vertical). Em teoria, fazendas verticais também podem ser colocadas na fachada de um edifício sob a forma de uma Estufa Verticalmente Integrada (VIG), que consiste em fachadas de construção de dupla pele combinada com sistemas hidropônicos. No entanto, embora os VIGs tenham sido desenvolvidos como um conceito e patenteados, nenhum deles ainda foi construído. As explorações verticais também poderiam ser sob a forma de arranha-céus construídos para fins específicos (por vezes chamados de “paraquedistas”). Mais uma vez, tais visões utópicas ainda não se concretizaram. Isto deve-se, em grande parte, ao facto de tais projectos não serem economicamente viáveis.

Com sede em Estocolmo Plantagon patenteou uma série de projetos para explorações paraqueais. A construção do World Food Building (Figura 4), uma torre de escritórios de 60 metros de altura que funciona como uma fazenda vertical, começou em 2012 na cidade sueca de Linköping e deveria estar concluída em 2020. O edifício de 40 milhões de dólares foi destinado a demonstrar a abordagem da empresa à arquitetura urbana, que ela chama de ‘agritechture’ — uma palavra portmanteau que combina os termos agricultura, tecnologia e arquitetura. O lado norte do edifício conteria 17 andares de escritórios, enquanto uma fachada de vidro inclinada cobriria o lado sul para permitir que a quantidade máxima de sol passasse para as áreas agrícolas. Uma instalação próxima de incineração de resíduos e bio-gás forneceria ao edifício aquecimento, bem como combustível para a produção de alimentos, enquanto os resíduos da estufa seriam então enviados para a fábrica de biogás para compostagem, criando assim um movimento circular de energia. No entanto, a empresa faliu em 2019, o que levanta dúvidas sobre se a construção do World Food Building será concluída.

Skyfarms são mais propensos a materializar-se primeiro em megacidades asiáticas, como Singapura e Xangai. Sendo uma pequena ilha de apenas 750 km² e uma população de mais de cinco milhões, Singapura enfrenta potenciais problemas de segurança alimentar. Com a terra a um prémio, apenas 0,9% da ilha é dedicada à agricultura, o que produz apenas 7% dos alimentos que consome. As necessidades remanescentes são supridas pelas importações de alimentos provenientes de todo o mundo. No entanto, os custos de transporte dos alimentos estão a tornar-se cada vez mais proibitivos e, por estas razões, Singapura tem levado a sério a agricultura vertical. A primeira fazenda da cidade, Sky Greens, começou a produção em 2012, e o número de fazendas verticais cresceu de seis em 2016 para 26 em 2018 (Wei 2018).

Figura 4: Renderização do edifício alimentar mundial em Linköping, Suécia www.plantagon.com

Xangai é outra cidade ideal para a agricultura vertical. Com quase 24 milhões de habitantes para alimentar e um declínio na disponibilidade e qualidade das terras agrícolas, os preços elevados das terras tornam a construção ascendente mais viável economicamente do que a construção externa. Os planejadores urbanos Sasaki Associates desenvolveram um plano mestre para o [Distrito Agrícola Urbano de Sunqiao]. (http://www.sasaki.com/project/417/sunqiao-urban-agricultural-district/) Localizado entre o principal aeroporto internacional e o centro da cidade, o distrito de 100 hectares incluirá^66.611m2 de habitação,^12.820m2 de espaço comercial,^69.956m2 de quintas verticais e^79.525m2 do espaço público. Ao responder principalmente à crescente demanda agrícola na região, a visão de Sasaki vai mais longe, usando a agricultura urbana como um laboratório vivo dinâmico para inovação, interação e educação, e implanta uma série de técnicas agrícolas amigáveis à cidade, como fazendas de algas, estufas flutuantes, verticais bibliotecas de sementes e explorações verticais hidropônicas e aquánicas que serão utilizadas para satisfazer a procura de folhas verdes na dieta típica de Xangai (Figuras 5 e 6). A escala do esquema aprovado pela Sasaki indica o aumento do valor colocado no setor agrícola da China. A China é o maior consumidor e exportador mundial de produtos agrícolas, com a indústria fornecendo 22% do emprego do país e 13% do seu Produto Interno Bruto. O governo chinês está, portanto, interessado em preservar, modernizar e mostrar uma indústria que ajudou a reduzir significativamente as taxas de pobreza. A construção do distrito começou em 2018 e está prevista para ser concluída em 2038.

Figura 5: Renderização do Distrito Agrícola Urbano de Sunqiao em Xangai < http://www.sasaki.com/project/417/sunqiao-urban-agricultural-district/ >

Figura 6: Renderização do Distrito Agrícola Urbano de Sunqiao em Xangai < http://www.sasaki.com/project/417/sunqiao-urban-agricultural-district/ >

Enquanto os parques de céu continuam a ser uma visão para o futuro, as fábricas de plantas comerciais estão operacionais em locais rurais e urbanos na América do Norte, Europa, Ásia Oriental e Oriente Médio. As fábricas de plantas são um tipo de sistema fechado de produção de plantas no qual a ventilação é mantida no mínimo, e a luz artificial é usada como a única fonte de luz para o crescimento das plantas. O ambiente pode ser controlado com a precisão desejada, independentemente do clima. Além da solução de nutrientes recirculantes em um sistema hidropônico, a água transpirada pelas plantas pode ser condensada e coletada no painel de resfriamento dos aparelhos de ar condicionado e, em seguida, reciclada para irrigação. Normalmente, as fábricas de plantas consistem em 6 componentes principais: uma estrutura opaca termicamente isolada e quase hermética; entre 4 e 20 camadas de camas hidropônicas empilhadas verticalmente equipadas com lâmpadas fluorescentes ou LED; aparelhos de ar condicionado (bombas de calor) utilizados para arrefecimento e desumidificação para eliminar o calor gerado pelas lâmpadas e pelo vapor de água transpirado pelas plantas, e ventiladores para ar circulante para aumentar a fotossíntese e transpiração, e para obter uma distribuição espacial uniforme do ar; uma unidade de fornecimento de CO₂ para manter a concentração de CO₂ em cerca de 1000 mmol/L durante o fotoperíodo para melhorar a fotossíntese; uma unidade de fornecimento de solução de nutrientes com bombas de água; e uma unidade de controle ambiental incluindo controladores de condutividade elétrica (EC) e pH para a solução nutritiva. Embora as lâmpadas fluorescentes tenham sido usadas principalmente devido ao seu tamanho compacto, os LEDs estão sendo cada vez mais usados devido à baixa temperatura da superfície da lâmpada, alta eficiência de uso da luz e amplas espectros de luz. As fábricas mais recentes estão usando tecnologias robóticas avançadas, incluindo sensoriamento remoto, processamento de imagens, mãos de robôs inteligentes, computação em nuvem, análise de big data e modelagem 3D (Kozai 2013.

As plantas cultivadas em fábricas de plantas precisam ser menores que cerca de 30 cm de altura, porque a distância entre os níveis verticais é tipicamente de cerca de 40 cm, o que é a altura ideal para maximizar o uso do espaço. Plantas adequadas para produção comercial usando fábricas de plantas são aquelas que crescem bem com uma intensidade de luz relativamente baixa, prosperam em uma alta densidade de plantio, crescem rapidamente (colhíveis 10-30 dias após o transplante) e para as quais a maioria das partes (85% em peso fresco) são comestíveis e comercializáveis a um preço elevado. No Japão e em outros países asiáticos, fábricas de plantas estão sendo usadas para a produção comercial de folhas verdes, ervas, plantas medicinais e transplantes. Pequenas fábricas de plantas com uma área de solo de apenas 15-100 m² também são amplamente utilizadas para a produção comercial de mudas no Japão, uma vez que as mudas podem ser produzidas em pouco tempo em uma alta densidade de plantio. Plântulas enxertadas e não enxertadas de tomate, pepino, beringela, mudas de espinafre e alface para cultura hidropônica, mudas e estacas de plantas ornamentais de alto valor são todas produzidas comercialmente nessas pequenas fábricas de plantas (Kozai 2013; Kozai et al. 2016).

Na América do Norte Plantado, Plantado, Oasis Biotech, FreshBox Farms e We the Roots operam fábricas de plantas urbanas em antigos armazéns, enquanto AerofArms está em uma antiga fábrica de aço. Impacto fresco Fazendas está dentro de um shopping suburbano, e Farm.One está no porão de um restaurante. Na Europa, PlantLab em ’s-Hertogenbosch, Holanda, é uma fábrica de 20.000^m2 e instalação de P&D em uma fábrica vazia e espaço de armazém. A fazenda usa tecnologia LED avançada que calibra a composição e a intensidade da luz de acordo com as necessidades precisas, e emprega um sistema automatizado que monitora e controla mais de 80 variáveis diferentes, incluindo umidade, CO₂, intensidade da luz, cor da luz, velocidade do ar, irrigação, valor nutricional e temperatura do ar, a fim de melhorar o rendimento e a qualidade da planta. GrowX em Amsterdã cresce microgreens, ervas e alface em um armazém que são colhidos por encomenda para restaurantes de elite. Em Londres GrowUp Urban Farms operou uma fazenda aquapônica comercial em um armazém, e Growing Underground cresce microgreens em um abrigo de ataque aéreo da Segunda Guerra Mundial 33 metros abaixo do nível da rua. La Caverne é uma fazenda subterrânea em um parque de estacionamento sob Paris que cultiva cogumelos, endívia e microgreens.

As fazendas verticais também podem ser operadas em estufas, a fim de aproveitar a luz natural; portanto, o ambiente é apenas semi-controlado. Exemplos incluem Vertical Harvest nos EUA e Sky Greens em Cingapura. Inaugurado em 2019, Tour Maraichère no subúrbio parisiense de Romainville é uma estufa construída para fins específicos composta por duas unidades, a mais alta das quais é de 24 metros (Figura 7). O espaço de crescimento de^2060m2 produzirá 12 toneladas por ano de frutas, legumes, cogumelos e flores comestíveis, e a estufa será usada para mostrar uma cadeia de produção de alimentos curtos, para fornecer aos moradores locais alimentos frescos com uma pegada ecológica baixa, para reduzir o uso do transporte rodoviário, e para gerar trabalhos.

Figura 7: Renderização do Tour Maraichèchere, Paris < http://ilimelgo.com/fr/projets/tour-maraichere.html >

Fazendas

Outra tendência emergente no domínio da agricultura urbana são as explorações de contentores, que também utilizam tecnologias de agricultura vertical. Equipadas com tecnologia de controle climático de última geração e torres hidropônicas em crescimento ou canais NFT empilhados, as fazendas de contêineres permitem a produção durante todo o ano e podem ser instaladas em lotes vazios ou em telhados. As vantagens dos contêineres de transporte incluem sua compacidade e modularidade, grande disponibilidade e, se usar reaproveitados, seu baixo custo. Como eles são modulares, eles podem ser facilmente empilhados, por isso é teoricamente possível criar uma fazenda de alta densidade e alto rendimento, embora esta oportunidade ainda não tenha sido abraçada. O sistema CropBox é um contêiner reaproveitado que tem uma pegada de 30 m² e usa uma variedade de canais NFT horizontais; pode crescer 5445 kg de alface, 3175 kg de morangos ou 84 toneladas de microgreens por ano. O sistema Tiger Corner Farms também usa um contêiner reaproveitado, mas se diferencia usando tecnologia aeropônica vertical para crescer entre 3800 e 7600 culturas por ciclo de cultivo. Freight Farms originalmente usavam contêineres reaproveitados (Leafy Green Machine), mas agora vende contêineres construídos para fins específicos (Greenery) com isolamento melhorado e um sistema de controle climático mais eficiente. Ambos os sistemas usam torres verticais de crescimento e podem abrigar até 4500 plantas maduras. A Máquina Verde Folhosa foi adotada por uma série de fazendas urbanas na América do Norte para cultivar verduras e ervas aromáticas frondosas, incluindo Raízes quadradas, Corner Stalk Farm, Acre in a Box, Very Local Greens, Verdes brilhantes e Culturas iluminadas. Uma terceira empresa dos EUA, a GreenTech Agro, vende o Growtainer, um recipiente personalizado que vem em quatro tamanhos — 6, 12, 13,7 e 16 metros — e usa uma pilha de alumínio leve proprietária de camas de cultivo. Um desses sistemas foi instalado no Mercado Central em Dallas, onde é usado para cultivar folhas verdes e ervas aromáticas que são então vendidas no supermercado. Os recipientes são fabricados nos EUA e em Roterdão.

Na Europa Agricool usa contêineres de transporte para cultivar morangos em Paris. A IKEA, a maior varejista de móveis do mundo, começou a cultivar alface em recipientes fora das suas lojas na Suécia, que são servidos nos restaurantes da loja (Thomasson 2019, e Supermercado sueco ICA Maxi começou a vender folhas verdes e ervas aromáticas cultivadas em recipientes fora de sua loja em Halmstad (Jachec 2019 ). A Urban Crop Solutions na Bélgica desenvolveu dois sistemas de exploração de contentores; FarmFlex e FarmPro. A FarmFlex é uma fazenda de contêineres que requer mão de obra manual, enquanto a FarmPro é totalmente robotizada e se parece mais com uma fábrica dentro de um contêiner de transporte.

UrbanFarmers desenvolveu um sistema de fazenda aquapônica urbana composto por um recipiente com uma estufa em cima, chamado de [UF Box]. (https://www.flickr.com/photos/127263992%40N08/15300924381/in/photostream/) Este sistema foi emulado pelo arranque britânico GrowUp Urban Farms: a GrowUp Box pode produzir 435 kg de verduras e 150 kg de peixe por ano. A Gembloux Agro-Bio Tech da Universidade de Liège, na Bélgica, vem testando um sistema semelhante, o PAFF Box (Caixa de Plantas e Peixe) (Delaide et al. 2017). No Canadá Ripple Farms produz tilápia, verduras e microgreens usando um contêiner de transporte e um sistema de estufa no telhado em Toronto.

*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) . *