Что такое гидропоника и почему это технология будущего
Сельское хозяйство не всегда ассоциируется с высокими технологиями, но именно к этой сфере сегодня приковано внимание учёных и предпринимателей по всему миру. По прогнозам ООН, к 2030 году 60% населения планеты будет проживать в городах, и доля городского населения продолжит расти. Учитывая сокращение пригодных территорий для сельского хозяйства, рынку понадобились решения, чтобы выращивать качественную продукцию дешевле, экологичнее и в неприспособленных условиях. Одним из них стала гидропоника – технология выращивания растений без почвы и пестицидов.
В 2019 году студент КБТУ Жангир Абылгазин запустил стартап по производству автоматизированных гидропонных установок для выращивания разных видов зелени. Проект называется Kokozhe и также посвящён образованию в сфере прикладного растениеводства для школьников. В прошлом году его команда прошла в финал международной молодёжной программы по развитию и поддержке социального предпринимательства Social Impact Award. Стартап попал в список 68 наиболее перспективных проектов из 22 стран мира, став участников программы инкубации и получив финансирование для развития.
Почему востребован агротех?
Население планеты растёт, пригодные территории для животноводства и земледелия сокращаются, а эксперты ООН регулярно предупреждают человечество о приближении глобального продовольственного кризиса. По данным всемирной организации, в 2019 году на Земле голодало 821 миллион человек, при этом 2 миллиарда человек не качественно питаются или недоедают.
На фоне этого растёт спрос на агротех и экологически чистые продукты. По оценке SBS Consulting, с 2004 по 2017 год рынок эко-продукции вырос с 21 до 93 миллиардов евро. Параллельно растёт и потребление экологически чистых и органических товаров – более чем в два раза за тот же период. По прогнозам аналитиков, к 2020 году капитализация мирового рынка органической продукции достигнет 143 миллиардов долларов. Среди лидеров по потреблению – США (43% рынка), Германия (11%), Франция (9%), Китай (8%) и Канада (3%).
Philippe Wojazer/Reuters
Рынок агротеха скромнее, но по данным AgFunder только с 2010 по 2016 год поток инвестиций в эту сферу увеличился в 8 раз. В 2017 году инвесторы вложили в агротех 4,2 миллиарда долларов, а на мировом рынке работало более 4000 стартапов. В отчёте той же компании за 2018 год стартапы в пищевой отрасли привлекли 16,9 миллиардов долларов инвестиций. Из них 10 миллиардов пришлись на сегменты ритейла, приготовления и доставки еды. Лидирует по инвестициям США, а второе место за Китаем.
Как и во многих отраслях экономики, в агротехе оказались востребованными технологии по сбору и обработке больших данных, а также машинного обучения (искусственный интеллект). С их помощью аграрии и фермеры стали грамотнее распоряжаться имеющимися ресурсами, научились сокращать издержки и делать достоверные прогнозы.
Так, французская компания Antelliq Group, предлагает фермерам инструменты для мониторинга здоровья и продуктивности каждого животного в стаде. С помощью специальных датчиков в ошейниках владельцы могут отследить, как питается животное, испытывает ли оно стресс или чем-то болеет. Компания ежедневно предоставляет информацию о 5,5 миллионах коров. Подобные технологии также оказались востребованы и в растениеводстве.
Что такое гидропоника и почему говорят, что за ней будущее?
Учёные заинтересовались выращиванием растений в водном растворе ещё в XIX веке и проводили опыты в 30-х годах прошлого столетия, но бум гидропоники начался после 1980 года. За пару лет до этого Лоуренс Брукс основал в США фирму «Дженерал гидропоникс», адаптировав масштабные гидропоновые системы до размеров городской оранжереи. Высокую урожайность обеспечило и лучшее на тот момент питательное вещество, придуманное доктором Кэлом Германом из научного центра имени Эймса в НАСА.
К 2020 году технология распространилась по всему миру, завоевав популярность среди предпринимателей, фермеров, учёных и флористов. Гидропоновые системы используются для выращивания различных видов зелени, овощей и ягод в вертикальных теплицах, позволяющих значительно увеличить объемы урожая на ограниченной площади. Микроклимат и созревание растений на таких фермах контролируют многочисленные датчики, а система искусственного интеллекта облегчает человеческий труд и сокращает расходы на производство.
James MacDonald/ Bloomberg
Доступность гидропоники позволяет выращивать растения в обычных квартирах, заведениях общепита и на крышах небоскребов. Созданием автономных городских ферм не один год занимается нидерландский стартап Eden Advanced Technologies. Для выращивания растений производители используют аэропонику – разновидность гидропоники, когда корни растений находятся не в воде, а опрыскиваются влагой. Аэропоновый модуль выращивает 35 разных культур, включая салат, кухонные травы, томаты, паприку, клубнику и бобы.
Похожее решение предлагает британский производитель LettUs Grow, использующий для выращивания съедобной зелени насыщенный нутриентами раствор. Система полива распыляет влагу с питательными веществами для растений в виде тумана, ускоряя созревание урожая на 70% и сокращая расход воды на 95%. Совсем недавно этот стартап, созданный выпускниками Бристольского университета, привлёк инвестиции на сумму 2,35 миллионов фунтов стерлингов от британского венчурного фонда Longwall Venture Partners LLP.
Только фермерскими решениями гидропоника не ограничивается. В ближайшем будущем гидропоновые системы могут обеспечить астронавтов свежими овощами и зеленью на Международной космической станции. С этой целью в 2015 году Европейский союз запустил четырёхлетнюю программу EDEN-ISS, стоимостью 5 млн евро.
Первой испытательной площадкой стала антарктическая станция Neumayer III. Немецкий аэрокосмический центр построил там теплицу с гидропоникой и искусственным освещением. За 9,5 месяцев учёным удалось вырастить 268 килограммов овощей на территории в 12,5 квадратных метров. Лучше всего росли огурцы (67 кг), салат (117 кг) и помидоры (50 кг). По задумке учёных на МКС теплицу может доставить ракета Илона Маска Falcon 9. В идеале она обеспечит шестерых астронавтов дополнительными 90 килограммами свежих овощей и зелени. Это полкилограмма полезной пищи на одного человека ежедневно.
От хризантем к гидропонике
Жангир Абылгазин учится на четвёртом курсе в КБТУ на экономиста, занимается предпринимательством и руководит командой, состоящей из восьми человек. Прямого отношения к агробизнесу Жангир не имеет, но ухаживать за растениями умеет с детства. Его дедушка работал агрономом и почвоведом, а бабушка была генетиком и вывела новый сорт пшеницы, устойчивый к засолению.
Жангир Абылгазин / фото Романа Лукьянчикова
Название проекта Kokozhe произошло от соединения двух казахских слов жемістер и көкөністер (фрукты и овощи). На первом курсе Жангиру дали задание придумать идею для бизнеса и написать стратегию его развития. Отыскав в интернете бизнес-план по созданию теплицы, Жангир заинтересовался учебным проектом и вместе с напарником решил заняться выращиванием хризантем.
Запустить цветочный бизнес партнёрам помог стартовый капитал в 600 тысяч тенге. На свои деньги они построили теплицу на глубине полутора метров под землей. Так они хотели сэкономить на отоплении зимой. 80 квадратных метров оказалось достаточно для выращивания не только цветов, но и салата.
теплица / фото с официальной страницы проекта в instagram
Спустя три месяца усердной работы студенты собрали первый большой урожай: 8 марта было продано три тысячи хризантем в горшках по 2500 тенге за штуку. Чистая прибыль составила около трёх миллионов тенге. Доход партнёры разделили поровну, но поняли, что цветочный бизнес отнимает слишком много сил и времени.
Тогда студенты установили в теплице камеру наблюдения, датчики света, температуры, уровня воды и влажности воздуха, передающие информацию о микроклимате и растениях через wi-fi или Bluetooth соединения. Когда на улице темнело, недостаток естественного освещения компенсировали лампы, включающиеся по таймеру.
один из датчиков для сбора данных / фото Романа Лукьянчикова
Студенты отапливали помещение простой печью, и если температура в теплице опускалась ниже 15 градусов, система отправляла сигнал на телефон. Программное обеспечение, которое управляло датчиками и передавало всю необходимую информацию, студенты написали самостоятельно.
«В Казахстане большие теплицы работают по международным стандартам и закупают программное обеспечение либо всю технологию за рубежом. Такой софт регулирует температуру, подачу света, влажность и многое другое. За работу всех механизмов отвечает специальная программа, которая и составляет большую часть стоимости. В Казахстане были случаи, когда производители решали обойтись только механизмами без софта, но все растения умирали», — рассказывает Жангир.
На больших производствах фермеры могут использовать технологию машинного обучения, когда на основе загруженных данных система принимает решения без участия человека. В случае Kokozhe из-за небольших объёмов производства искусственный интеллект не используются. Но разработчики с ним экспериментировали, чтобы определить оптимальные параметры для ухода за растениями, включая температуру и время полива.
Go big or Go home
Жангир понял, что для развития цветочного бизнеса нужны другие масштабы и инвестиции. В отличие от цветов, выращивание которых требует 3-4 месяца, съедобная зелень типа базилика, мяты и салата Айсберг созревает в среднем за три недели.
«Мы подумали, почему бы не придумать что-нибудь с гидропоникой, чтобы не приходилось так много пахать ради такого же эффекта», — говорит предприниматель.
Основой новой бизнес-модели стала гидропонная установка с системой автоматического полива растений. Вода в ней хранится в баке в нижней части конструкции, циркулирует по нескольким уровням, где находятся горшки, затем фильтруется и снова направляется на полив. Первую установку заказал КБТУ, а вторую студенты собрали для лаборатории генетики в КазНУ. Ещё одну установку приобрел ресторан в алматинской области.
Гидропонная установка КБТУ / фото Романа Лукьянчикова
Средняя цена такой системы – 250 тысяч тенге. Себестоимость гидропонной установки зависит от задач. Простая версия позволяет выращивать растения в домашних условиях, а её минимальных функций достаточно, чтобы автоматически регулировать освещение и полив. От человека требуются только раз в месяц добавлять в растения микроэлементы. В более сложной версии также доступен подогрев, а сама установка может быть сделана в форме стола для удобства на кухне.
По словам Жангира, урожай составит два-три килограмма зелени в месяц при использовании 4-5 литров воды. В продвинутой комплектации датчики могут собирать максимум данных о растениях, будь то температура или влажность, и подавать углекислый газ для изменения микроклимата. Установку с расширенным функционалом используют учёные в КазНУ для экспериментов с пшеницей.
второй ярус установки / фото Романа Лукьянчикова
По мнению Жангира, за гидропоникой будущее, потому что выращивание растений в теплицах и на открытых территориях отравляет почву.
«В классическом растениеводстве вырастить урожай могут помешать множество факторов. От насекомых землю каждый месяц опрыскивают пестицидами, гербициды используют против сорняков, а фунгициды нужны против грибков, — объясняет Жангир — Добавление в почву микроэлементов для улучшения урожая создаёт среду для размножения зловредных бактерий. Получается, лечишь одно, калечишь другое».
субстрат для растения / фото Романа Лукьянчикова
В гидропонике почву заменяет субстрат – смесь минеральной ваты и воды. Такой состав формирует стерильную питательную среду, в которой не могут развиваться инфекции. Все необходимые микроэлементы растения получают через воду в виде необходимых удобрений. Минеральную вату производители заказывают из-за рубежа. Её производство налажено в Китае, России и Нидерландах. Но у субстрата тоже есть недостатки. Минеральная вата не способна к биологическому разложению и требует специальной утилизации или переработки.
Тамагочи в горшке
Второе направление проекта Kokozhe – детские образовательные курсы по прикладному растениеводству. На уроках Жангир и другие преподаватели обучают детей основам земледелия – рассказывают о разных видах почв и семян, учат сажать и удобрять растения, а также устанавливать в горшки датчики, передающие данные на телефон. Под руководством взрослых дети учатся собирать простые гидропоновые системы и ухаживать за растениями.
Кроме платных курсов, участники проекта проводят бесплатные занятия для воспитанников первого областного детского дома в Баганашиле. Студенты приходят к детям по выходным и также обучают всему, что нужно знать для выращивания растений. Материалы волонтёры предоставляют бесплатно. У детей есть собственные горшки с растениями. Недавно студенты показывали, как устроена замкнутая система полива, если датчики фиксирует нехватку влаги.
На первом курсе Жангир был волонтёром в студенческой благотворительной организации, которая устраивала развлекательные программы в детских домах. Но разовые акции имеют лишь краткосрочный эффект, и Жангиру казалось, что этого не достаточно. Тогда он задался вопросом, как передать детям ощущение постоянного маленького счастья.
«Когда мне было восемь лет, я посадил лимонное дерево. Однажды оно зацвело, и меня поразило то, во что может превратиться обычное семечко. Это чувство осталось у меня с детства, и мне захотелось им поделиться», — говорит Жангир.
В дополнении к детским курсам студенты обучают учителей из разных школ азам растениеводства. На основе курса скоро появится игровой проект на подобие тамагочи с живыми растениями. Жангир считает, что познавая растениеводство, дети также учатся ответственности.
фото Романа Лукьянчикова
«Все наши дети забирают цветки домой, поэтому видно, кто и как ухаживал за растениями. Мы поощряем ребят проявлять инициативу. Кто-то, например, красиво разукрасил горшок или делал подставку для цветка, а кому-то хотелось вырастить больше салата, чему у других. Дети не только запоминают полезную информацию, но и получают практические навыки, учатся проявлять настойчивость», — рассказывает руководитель стартапа.
Какие перспективы у гидропоники в Казахстане?
Из больших коммерческих проектов, использующих гидропонику, можно отметить компанию GreenEco. В ее ассортименте 18 сортов салатов, зелени и пряных трав, которые она продаёт через сети супермаркетов в нескольких городах Казахстана.
Тепличный комплекс работает на рынке несколько лет, но столкнулся с множеством проблем в реализации продукции. Это и отсутствие субсидий, и конкуренция с более дешёвой зарубежной продукцией, завезённой нелегально, и особенности рациона казахстанских потребителей. В сумме эти факторы не приносят крупному бизнесу ожидаемой прибыли.
Со стартапом дело обстоит иначе. По словам Жангира, производство гидропонных установок пока приносит меньшую прибыль, чем цветы, но окупается за счёт регулярных заказов. Также дополнительные средства приносит обслуживание системы и замена субстратов, хотя клиенты получают пользовательское руководство.
«Обслуживать установку легко. У нас были люди, кому это доставляло отдельную радость, как, например, ухаживать за аквариумом. Но в отличие от аквариума, растения дают урожай», — говорит Жангир.
Жангир Абылгазин / фото Романа Лукьянчикова
По словам Жангира, выращивать растения с помощью гидропоники наиболее выгодно зимой. Себестоимость килограмма зелени, выращенного в установке, в среднем 400 тенге. Примерно столько же стоят несколько пучков разной зелени или 100 грамм салата. Основные затраты – это семена и микроэлементы, около 500 тенге на весь урожай. Горшки и субстрат подходят для многоразового использования.
«Моя мечта, чтобы в каждом доме и заведении стаяла такая установка, и люди могли питаться более здоровой пищей. В Алматы зелень доступна, но, даже приходя в магазин, бывает сложно найти качественный продукт. Нередко зелень на прилавках выглядит увядшей и непрезентабельной. Для сравнения, в европейских странах люди больше употребляют в пищу овощи и зелень, получая витамины, что в целом влияет на качество жизни» – считает Жангир.
