طرح احداث کارخانه گیاهی (پلنت فکتوری plant factory)

کارخانه ی گیاهی (plant factory)، عبارت است از یک نوع سیستم کشاورزی در محیط بسته که به کشاورز و تولیدکننده اجازه می دهد در تمام طول سال محصول تولید کنند. این محیط با کنترل مصنوعی نور، دما، رطوبت و میزان غلظت دی اکسید کربن کار می کند. یک کارخانه گیاهی یک سیستم رشد بسته است که یک گیاه‌کار را قادر می‌سازد تا به تولید ثابت سبزیجات در تمام طول سال دست یابد. این مرکز از کنترل مصنوعی نور، دما، رطوبت و غلظت دی اکسید کربن استفاده می کند دما و رطوبت در این سیستم با دقت کنترل می­شود بنابراین اثرات زیان بار آب و هوایی به طور کامل محدود می­ شوند، بنابراین گونه های مختلف گیاهی که به طور طبیعی در اقلیم هایی با شرایط سخت رشد می­کنند با تامین منبع نوری مصنوعی و آب, قابل کشت خواهند بود. به عبارت ساده تر در کارخانه ی گیاهی، محصولات با کیفیت یکسان تولید می شوند و هم چنین در طی سال ضمانت برداشت وجود دارد که منجر به ثابت ماندن قیمت ها می­شود. کارخانه گیاهی یک صنعت تازه در حال ظهور است که هدف آن تبدیل تولید محصول به مدلی بی سابقه با استفاده از اتوماسیون صنعتی و انفورماتیک.طرح احداث کارخانه گیاهی (پلنت فکتوری plant factory)
یک کارخانه گیاهی تسهیلاتی برای تولید پایدار محصولات کشاورزی بدون تأثیر آب و هوا با ایجاد مصنوعی شرایط بهینه مورد نیاز برای رشد گیاهان است. علاوه بر کمک به تامین مواد غذایی پایدار، کارخانه ها امکان کشت محصولات کشاورزی را در مناطق و محیط های نامناسب برای کشاورزی فراهم می کنند. این کارخانه ها همچنین با کاهش استفاده از آب، نیتروژن و سایر منابع، به ایجاد یک تجارت کشاورزی که از محیط زیست مراقبت می کند، دست می یابند. این ویژگی‌های کارخانه‌های گیاهی به‌عنوان روشی برای دستیابی به اهداف توسعه پایدار (SDGs) که هدف آن حل بحران غذایی و افزایش اقدامات برای تغییرات آب و هوایی است، جلب توجه می‌کند. بر اساس منبع نور مورد استفاده، کارخانه‌های گیاهی تقریباً به نوع نور خورشید و نوع نور کاملاً مصنوعی طبقه‌بندی می‌شوند. ما گام به گام کارخانه هایی را که گروه MCHC ارائه می دهد شرح خواهیم داد. یکی از کارخانه‌های این گروه، سیستم هیدروپونیک از نوع نور خورشید برای سبزیجات برگ‌دار است. این سیستم کشت معروف به ناپرلند یک کارخانه گیاهی است که از گلخانه های کشاورزی استفاده می کند. در کارخانه می توان انواع سبزیجات برگدار مانند اسفناج، کاهو برگ و آروگولا را به روش هیدروپونیک و با استفاده از محلول آب و مواد مغذی (کود مایع) پرورش داد.
Napperland با هدف اطمینان از عرضه ثابت اسفناج در تابستان توسعه داده شد. در کشت آزاد معمولی، عملکرد محصول به فصل رشد گیاه بستگی دارد. به عنوان مثال، اسفناج در ماه های سردتر از نوامبر تا فوریه در ژاپن فصل است. در تابستان، عرضه به بازار به دلیل مشکل در تولید خارج از هوکایدو و سایر مناطق خنک‌تر کاهش می‌یابد و در نتیجه قیمت‌ها بالا می‌رود. با این وجود، تقاضا برای اسفناج در طول سال وجود دارد. این بدان معناست که کشاورزان را قادر می سازد تا اسفناج را به طور پایدار در زمانی که قیمت آن به دلیل کمبود بالا است عرضه کنند، می تواند به تثبیت درآمد کشاورزان کمک کند. Napperland با هدف بهبود مدیریت کشاورزان تحت این مفهوم توسعه داده شد که “تولید سبزیجات باکیفیت که برای تولید به فناوری های پیشرفته نیاز دارند برای هر کسی آسان شود.” با Napperland، سبزیجات در بسترهای کشت با شیب ملایم رشد می کنند که در آن مقدار کمی محلول غذایی جریان دارد. این سیستم علاوه بر اینکه سبزیجات را قادر می سازد آب و مواد مغذی را به طور موثر و بدون ضایعات جذب کنند، می تواند اثرات زیست محیطی را کاهش دهد زیرا حجم آب مورد نیاز تنها ۳ درصد از مقدار مورد نیاز در کشت در زمین باز است. با مدیریت محیط کشت، جایی که محلول غذایی در واحدهای کوچک در گردش است، سیستم از شیوع بیماری و پرورش آفات جلوگیری می کند. در نتیجه، این سیستم به عرضه سبزیجات ایمن و بدون آفت کش دست یافته است. علاوه بر این، از مزایای سیستم نسبت به کارخانه‌های کارخانه‌ای با نور کاملا مصنوعی می‌توان به سرمایه‌گذاری اولیه کمتر و هزینه‌های عملیاتی کمتر به دلیل استفاده از نور خورشید اشاره کرد.

با این حال، نکات بسیار مهمی برای تولید سبزیجات با کیفیت به غیر از سیستم هیدروپونیک برای سبزیجات برگ وجود دارد. به این دلیل که تولید سبزیجات با کیفیت از نهال های بی کیفیت چالش برانگیز است و بهره وری محصولات به شدت به کیفیت نهال بستگی دارد. برای اینکه کشاورزان نهال های باکیفیت را پرورش دهند، به فناوری های پیشرفته و عملیات فشرده نیاز است. راه حل این مشکل NAE Terrace است، سیستمی برای تولید نهال با استفاده از نور مصنوعی در یک مرکز. این سیستم با کنترل خودکار دما، تابش نور، آبیاری و سایر عملیات به تثبیت کیفیت و عملکرد نهال دست یافته است. گروه MCHC کارخانه‌های گیاهی ایجاد کرده است که می‌توانند سالانه محصولات باکیفیت را به صورت برنامه‌ریزی‌شده بدون تأثیر آب و هوا با ترکیب نور مصنوعی نوع NAE Terrace و یک سیستم هیدروپونیک از نوع نور خورشید مانند Napperland تولید کنند. مدیریت خودکار محیط کشت محصولات، مانند دما و تهویه مطبوع، توسط کنترل کامپیوتری، هر کسی را قادر می سازد تا سبزیجات را به راحتی و بدون فناوری های دشوار رشد دهد. این سیستم نه تنها در ژاپن بلکه در چین و سایر کشورها معرفی شده است. و اکنون، کارخانه های گیاهی در حال توسعه بیشتر هستند. نمونه اصلی یک کارخانه گیاهی از نوع نور کاملا مصنوعی نسل بعدی است که برای تولید سبزیجات برای مصارف فرآوری و تجاری توسعه یافته است. پیشینه توسعه این گیاه شامل رشد تقاضا برای جایگزینی غذای خانگی و غذا خوردن در خارج از خانه به دلیل پیری جمعیت با نرخ پایین زاد و ولد و افزایش تعداد خانوارهای تک نفره است. در نتیجه افزایش تعداد افرادی که در خانه غذا درست نمی کنند، ۶۰ درصد از کل تقاضا برای سبزیجات برای استفاده فرآوری و استفاده تجاری در سال اخیر در ژاپن بوده است. پاسخگویی به این تقاضای رو به رشد به عنوان کلید دیگری برای تثبیت مدیریت کشاورزان در نظر گرفته می شود.
تولید سبزیجات برای مصارف فرآوری و تجاری به طور کامل برای برآوردن چهار Fs مورد نیاز است: زمان ثابت، کمیت ثابت، کیفیت ثابت و قیمت ثابت. برای برآوردن این معیارها، تقریباً هر ساله اقداماتی برای شکست محصول ناشی از بلایای طبیعی لازم است زیرا چنین شکستی مشکل بزرگی برای کشاورزان است.
در پاسخ، گروه MCHC شروع به توسعه یک کارخانه گیاهی (پلنت فکتوری plant factory) نور کاملاً مصنوعی کرد که به دلیل هزینه بالای آن، کارکرد گسترده آن دشوار بوده است. این گروه با بهره گیری از تخصص در زمینه هیدروپونیک انباشته شده، AN (Agriculture Next)، یک سیستم هیدروپونیک نور مصنوعی جدید کاربردی را توسعه داد. این سیستم هزینه های ساخت تاسیسات را با استفاده از گلخانه های کشاورزی کاهش داده است، همانطور که در کارخانه های گیاهی از نوع نور خورشید است. این سیستم با نصب چراغ های LED با مقاومت بالا به عنوان منبع نور، محیط کشت را تضمین می کند که در آن سبزیجات می توانند بدون هیچ مانعی رشد کنند و در عین حال مصرف انرژی را کاهش می دهد.
از آنجایی که سطح خاصی از کیفیت برای سبزیجات برای استفاده فرآوری و استفاده تجاری مورد نیاز است، در مورد سبزیجات مزرعه باز، تنها ۶۰ تا ۷۰ درصد سبزیجات به طور متوسط ​​به عنوان مواد خام برای سبزیجات تازه برش خورده استفاده می شود، زیرا بخش آسیب دیده در نظر گرفته نمی شود. توسط حشرات و غیره. اگر باران سیل آسا رخ دهد، عرضه سبزیجات نمی تواند با تقاضا مطابقت داشته باشد و قیمت ها افزایش می یابد. در کارخانه گیاهی تازه توسعه‌یافته، سیستم تامین پایدار را تضمین می‌کند و به کیفیت بالایی دست می‌یابد که تقریباً تمام سبزیجات را می‌توان برای محصولات استفاده کرد (نرخ عملکرد ۹۰٪ یا بیشتر).
برای اطمینان از کیفیت بالای سبزیجات، یک سیستم تهویه مطبوع جدید توسعه یافته برای فرستادن باد موثر به نقطه رشد سبزیجات در یک سیستم هیدروپونیک نور مصنوعی جدید نصب شده است. این سیستم از سوختگی نوک (کبودی ناشی از کمبود مواد مغذی) که کیفیت محصول را کاهش می دهد، جلوگیری می کند. علاوه بر این، یک عملکرد فاصله خودکار برای گسترش فضای بین سبزیجات در حین رشد نصب شده است. منطقه کشت خودکار و بدون سرنشین کارایی عملیاتی و بهداشت را به شدت افزایش داد. این کارخانه می تواند توسط یک سوم کارکنان مورد نیاز در کارخانه های کارخانه های معمولی اداره شود و خطر آلودگی توسط مواد خارجی از جمله آفات را به حداقل می رساند.
کارخانه جدید کارخانه، AN با چنین مزایایی، هزینه تولید سبزیجات را ۵۰٪ کمتر از کارخانه کارخانه کارخانه نور کاملا مصنوعی معمولی گروه به دست آورده است. سبزیجات از نظر کیفیت بهتر هستند و میزان عملکرد در بوته سه یا بیشتر از کارخانه های معمولی در مقایسه با کاهوهای برگ ثبت شده است. این کارخانه جدید علاوه بر کارآمدی می تواند سبزیجات تازه و خوش طعمی را پرورش دهد.
گروه MCHC به تازگی شروع به ترویج کارخانه جدید گیاهی به بازار کرده است. هدف این گروه با ایجاد سیستمی برای کاهش بیشتر هزینه های تولید، ارتقای کارخانه در مقیاس کامل است.
کلمه “کارخانه” ممکن است برای کسانی که برای اولین بار اصطلاح “کارخانه گیاهی” را از این مقاله یاد گرفته اند، تصوری مصنوعی و غیر آلی ایجاد کند. با این حال، گروه MCHC قصد دارد یک سیستم کارخانه گیاهی Sampo-yoshi را توسعه دهد که در ژاپنی به معنای “رضایت سه طرفه” است. کاهش اثرات زیست محیطی به دستیابی به پایداری کمک می کند. کشت بدون آفت کش به سلامت مردم کمک می کند. و درآمد پایدار شرایط کسب و کار کشاورزان را بهبود می بخشد و به کمبود نیروی انسانی کمک می کند. محیط جهانی، مصرف کنندگان و تولیدکنندگان همگی سود می برند. گروه MCHC انتظار دارد که کارخانه‌های گیاهی اش چنین آینده‌ای ایده‌آل را به ارمغان بیاورند و این همان چیزی است که دستیابی به کشاورزی پایدار به معنای آن است.
این ویژگی های کارخانه ی گیاهی کاملا مشابه بخش های مختلف یک کارخانه ی صنعتی است. بر اساس این نظریه در این نوع کشت در صورت رعایت کنترل بهداشتی، میکروب ها و آفات در تنگنا قرار می­گیرند، بنابراین نیاز به استفاده از آفت کش ها در این سیستم به صفر می­رسد. زمانی که خاک یا آب یا سایر بسترهای کشت غیر خاکی (مثل پیت یا الیاف نارگیل) جایگزین خاک باشند، تعداد میکروب ها به ۰.۱ درصد میکروب هایی که در کشت با روش سنتی وجود خواهد داشت کاهش میابد، این میزان برای تولید پایدار و سالم میوه جات و سبزیجاتی که مصرف تازه خوری دارند کافی است تا این محصولات با خیال راحت مورد استفاده قرار گیرند.
استفاده از آفت‌کش‌ جلوی صادرات محصولات کشاورزی خاورمیانه به اروپا را می‌گیرد معایب و ایرادهاعلی رغم مزایای این نوع کارخانه ها، کارخانه های تولید گیاه در تایوان به کندی گسترش یافته و به صورت پراکنده در مقیاس های کوچک بنا شده اند شاید یکی از دلایل این امر، بالا بودن هزینه های خریداری تجهیزات اولیه می­باشد. ممکن است این هزینه بالا باشد اما میزان عملکرد و برداشت در نهایت ۳۰ تا ۴۰ برابر بیشتر از گلخانه خواهد بود
نگرانی دیگری که در مورد کارخانه های گیاهی (پلنت فکتوری plant factory) وجود دارد مصرف بالای انرژی، تکنولوژی کشت ناکافی، و طیف محدود گیاهان آزمایش شده با این روش نسبت به روش سنتی است. اما با استفاده از لامپ های کم مصرف مخصوص رشد گیاه می توان هزینه های جانبی را به حداقل رساند. کاربرد انرژی های تجدید­پذیر یا انرژی های سبز در این کارخانه ها منجر به دوستانه تر شدن ارتباط این تکنولوژی با طبیعت می­گردد.
ژاپن، چین و کره ی جنوبی دیگر کشورهای پیشرو در این تکنولوژی هستند، در این کشورها دولت به طور کامل از این طرح ها حمایت میکند، چون منجر به تولید خارج از فصل می­گردد که در شرایط اقلیمی قابل پرورش نیستند. البته تاکید روی کاهو و سبزیجات برگی است که در انواع سالاد مورد استفاده قرار می­گیرند. در مناطقی که اقلیم بسیار گرم باشد پلنت فکتوری ها آپشن مناسبی هستند.
برای بیشتر انسان ها غذایی که در کارخانه تولید می­شود به معنی غذای فنآوری شده است مثل غذاهای کنسروی و بسته بندی شده. اگرچه تکنولوژی کارخانه ی گیاهی فرآیند تولید میوه و سبزیجات تازه در شرایط صنعتی است. دکتر fang wei پروفسور دانشگاه بین المللی تایدن کارخانه ی گیاهی را شرایط محیطی بسته ای تعریف می­کند که تمامی فاکتورهای مورد نیاز برای رشد گیاه (نور، دی اکسید کربن، آب و مواد مغذی) در آن فراهم باشد و به صورت مصنوعی تحت کنترل قرار گیرد. امکان تغییر صفات کیفی گیاه مثل رنگ، میزان مواد مغذی و ماندگاری گیاه) و رشد بهینه کلید کارایی اقتصادی کارخانه های گیاهی هستند. محققان در رابطه با این موضوع دو جنبه را مد نظر قرار می­دهند. اول افزایش کارایی رشد و عملکرد بالاتر و در عین حال بهبود کیفیت گیاه به طور مثال رنگ (سطح کلروفیل یا آنتوسیانین)، بافت (نرمی یا سفتی)، مقادیر بالای فلاونوئید یا سطح نیترات.

نکته جالب توجه این است که این کارخانه فقط یک گلخانه عادی نیست؛ بلکه بنایی با فناوری پیشرفته، شامل استفاده از نور بهینه‌شده دارای طول موج مخصوص برای رشد گیاهان، همچنین سیستم تهویه‌ی هوای بسیار پیشرفته که دما و رطوبت را در یک سطح پایدار نگاه می‌دارد، است. مدیران این کارخانه می‌توانند از راه دور رشد این سبزیجات را زیر نظر داشته باشند و در صورت نیاز، تنظیمات مربوط به تجهیزات را تغییر دهند. کل این کارخانه استریل بوده و به همین دلیل نیازی به آفتکُش‌ها در آن وجود ندارد.
به علت فضای کاملاً بهداشتی درون این کارخانه، تمامی سبزیجات عاری از هرگونه میکروب خواهند بود و این امر کمک می کند تا سبزیجات زمان بیشتری تازه بمانند و البته ارزش غذایی بیشتری نسبت به سبزیجاتی که در مزارع پرورش یافته‌اند، داشته باشند. این محصولات توشیبا در خرده‌فروشی‌ها، رستوران‌ها، فروشگاه‌های زنجیره‌ای و به خصوص در شهرهایی که جمعیت بالا معمولا ًمانع از دسترسی همه به سبزیجات تازه می‌شود، عرضه خواهند شد.
کارخانه های گیاهی امروزی و صنعت کشاورزی عمودی هنوز در مرحله ابتدایی هستند، به ویژه از دیدگاه تکنولوژیک اول، حتی اگر یک کارخانه کارخانه کاملا مستقل زیرا ایروپونیک یا هیدروپونیک در طرح صنعت، اتوماسیون است به طور کلی کاملا محدود است. مدیریت ماژول کاشت، برداشت و حتی رشد به شدت به نیروی انسانی متکی هستند.

کارخانه های گیاهی یک فناوری کلیدی برای حل مشکلات غذایی هستند

مزایای کارخانه گیاهی

کارخانه های گیاهی مزایای زیادی نسبت به کشاورزی سنتی و گلخانه ای دارند. یکی از ملموس ترین این مزایا این است که کشت در ابعاد وسیع تر(سه بعدی) انجام می­گردد. گیاهان به جای کاشت در زمین در قفسه های چند طبقه درون باکس کشت قرار می­گیرند. نور مصنوعی دقیقا بالای تاج گیاه نصب شده و مواد مغذی به طور مستقیم با ریشه در ارتباط اند و از این طریق تغذیه می­شوند.
به علاوه از آنجایی که در کارخانه های گیاهی کنترل شرایط زیست محیطی بسیار بیشتر و دقیق تر از گلخانه است، منابع رشد گیاه با کارایی بیشتری مورد استفاده قرار می­گیرند مثلا آب اضافه در یک گلخانه ی معمولی یا زمین زراعی جاری شده و خشک و تبخیر می­گردد، اما در کارخانه ی گیاهی آب جمع شده در نهایت در تصفیه ی هوا به دام می افتد و مجددا برای گیاه مورد استفاده قرار می­گیرد.
بنابراین مقدار آب مورد نیاز برای آبیاری تنها دو درصد چیزی است که در کشاورزی در محیط باز (مزرعه) مصرف می­شود. واریته های کاهویی که نواحی گرمسیری مناسب رشدشان نیست گزینه ی خوبی برای کشت در کارخانه های گیاهی هستند.

نور مخصوص کارخانه گیاهی برای رشد گیاه چیست؟

به نقل از ایران اگرولایت، نور مخصوص رشد گیاه (لامپ رشد گیاه) عبارت از یک منبع نور مصنوعی بویژه منبع نور الکتریکی است که باعث تحریک رشد اپتیمم گیاهان از طریق ساطع کردن طیف الکترومغناطیس مطلوب برای فتوسنتز می شود. روشنایی مخصوص رشد گیاه (لامپ رشد گیاه) در مکان هایی بکار گرفته می شود که نور طبیعی وجود ندارد و یا نیازمند تدارک نور مکمل مانند لامپ LED برای گیاهان باشند. بعنوان مثال: در ماه های زمستان زمانیکه ممکن است نور کافی در ساعات متمادی از روز برای رشد بهینه گیاهان فراهم نباشد آنگاه نور مخصوص رشد گیاه (لامپ رشد گیاه) برای افزایش زمان دسترسی گیاهان به نور استفاده می گردد.
نور مخصوص رشد گیاه (لامپ رشد گیاه) تلاش می کند تا طیفی از نور را مشابه تشعشع خورشید فراهم سازد و یا طیفی از نور که کلیه نیازهای گیاهان را برای رشد بهینه در اختیار بگذارد. شرایط مزرعه ای (out door) متأثر از نورها و دماهای گوناگون است که باعث رشد گیاهان می شوند لذا تقلیدی از آنها می تواند بعنوان معیار انتخاب شدت نور لامپ ها در شرایط مختلف تعیین گردد.
بنابراین بر اساس نوع گیاه پرورشی و مراحل رشد آن (نظیر مراحل: جوانه زنی، رشد رویشی، گلدهی، میوه دهی) و فتوپریود مورد نیاز گیاهان به محدوده ای از طیف ها و تابش مؤثر (efficacy luminous) و حرارت نوری (temperature colour) می توان به نوردهی تکمیلی رسید که به رشد بهینه گیاه کمک نماییم.
نور در واقع عنصر کلیدی تحریک فرآیند فتوسنتز در گیاهان است. طول موج های مختلف تشکیل دهندۀ نور در مراحل مختلف فرآیند فتوسنتز گیاه مؤثراند.

اغلب منابع نوردهی سنتی از جمله:

لامپ های فلورسنت fluorescent، لامپ های التهابی incandescent و لامپ های سدیمی پر قدرت sodium pressure high به هدر دادن مقدار زیادی از نور می انجامند؛ درحالیکه با استفاده از لامپ رشد گیاه می توان به سازماندهی نوردهی رشد فقط با طیف مورد نیاز گیاهان پرداخت.
نور مخصوص رشد گیاه و فتوسنتزواکنش فتوسنتز photosynthesis موجب تبدیل انرژی خورشید در حضور دی اکسید کربن و آب H۲O به فرم کربوئیدرات هایی چون گلوکز با فرمول C۶H۱۲O۶ و آزاد شدن اکسیژن می گردد درحالیکه در واکنش های تنفسی respiration به دی اکسید که متضاد واکنش فتوسنتز است، کربوئیدرات ها مجددا کربن، آب و انرژی به فرم ATP تبدیل می شوند. واکنش فتوسنتز در داخل کلروپالست ها chloroplasts و با کمک کلروفیل ها که رنگدانه های سبز رنگی هستند و در غشاء صفحات ” تیالکوئید”thylakoid مستقرند، جهت رشد رویشی گیاهان انجام می پذیرد.
کلروپلاست ها علاوه بر کلروفیل ها دارای پیگمان هایی موسوم به “کارتنوئید” هستند که رنگ هایی از زرد تا قرمز دارند. “کارتنوئیدها” بیشترین نورهای طیف خورشید را در محدودۀ رنگ آبی جذب می کنند. بتا کاروتن carotene – beta و کارتنوئیدها cartenoids از جمله رنگدانه هایی پیگمان هستند که سایر طیف های نور را جذب و تبدیل به انرژی می کنند. کارتنوئیدها باعث توانمندی کلروپالست ها در بدام انداختن بخش های مختلف طیف نور می شوند. فتوسنتز در کلروپالست ها و با کمک پیگمان هایی نظیر کلروفیل و “کارتنوئیدها” انجام می پذیرد.
بیشترین جذب طیف نور توسط کلروفیل ها در محدودۀ رنگ های آبی ۵۵۵-۴۵۵ نانومتر (قرمز) ۰۵۵-۰۵۵ نانومتر و توسط کارتنوئیدها در ناحیه نور آبی صورت می گیرد لذا گیاهان باید با نورهایی که دارای مجموعه ای از نورهای تکرنگ monochromatic هستند و طول موج های مختلفی دارند، نوردهی شوند تا بر سرعت فتوسنتز افزوده گردد. “استومات ها” یا روزنه های هوایی stomates به مانند حفره هایی هستند که در اپیدرم برگ ها مستقرند و برای تبادلات گازی بین گیاه و اتمسفر بکار می آیند.
دستگاه محفظه اندازه گیری فتوسنتز با داشتن “فلومتر”meter flow برای اندازه گیری میزان هوای عبوری سیستم و محاسبه تفاوت CO۲ هوای ورودی و خروجی می تواند به مقدار فتوسنتز وقوع یافته، دست یابد.
فتوسنتز یعنی چه و تأثیر نور بر آننور محرک اصلی واکنش فتوسنتز است و افزایش آن موجب افزایش فتوسنتز و در نتیجه افزایش رشد گیاهان می شود. طیف کامل نور را از طریق شمارش فوتون هایی counting photon که در ناحیه نور فعال در فتوسنتز وجود دارند، محاسبه می کنند. اندازه گیری طیفی که از منبع نور ساطع می شود، توسط منحنی حساسیت سنجی طیف نور با مقیاس w/PLm انجام می پذیرد. این منحنی را از طیف جذبی کلروفیل که انرژی داخلی برگ های گیاه را تأمین می کند، بدست می آورند.

عوامل محیطی factors environmental تأثیرات مهمی بر فتوسنتز و کارآیی نور دارند. مهمترین این عوامل عبارتند از:

تأثیر کربن دی اکسید

CO۲ میزان دی اکسید کربن موجود در هوا برابر با ۰۰۵ پی پی ام ppm یا قسمت در میلیون معادل ۵۰۰/۵ درصد از حجم اتمسفر است. مقدار CO۲ داخل گلخانه ها می تواند تا ۲۵۵ پی پی ام کاهش یابد و آن به مقدار حضور مواد غذایی مورد نیاز گیاهان، نور کافی و کمبود تهویه بستگی دارد. دی اکسید کربن را می توان بصورت گاز و یا از طریق احتراق تأمین نمود. با افزایش غلظت CO۲ به ۰۵۵ پی پی ام بر سرعت فتوسنتز افزوده می گردد.

تأثیر حرارت

حرارت heat از عوامل مهم انجام فتوسنتز است. فرآیندهای متابولیکی از جمله فتوسنتز در شرایط حرارتی اپتیمم افزایش می یابند. آنزیم های دخیل در فتوسنتز در حرارت های پائین غیر فعال می گردند. گیاهان در حرارت های باال دچار خسارت می شوند.

تأثیر عناصر غذایی

کمبود عناصر غذاییnutrition، سمیّت و سایر استرس ها می توانند از مقدار فتوسنتز گیاهان بکاهند. بعنوان مثال: کمبود عنصر آهن به کلروزیس زردی برگ ها منتهی می شود که نتیجه فقدان کلروفیل کافی در اثر کاهش وقوع فتوسنتز است.

تأثیر آبیاری

وجود آب کافی در گلخانه ها که از طریق آبیاری irrigation تأمین می گردد، از الزامات وقوع واکنش های فتوسنتزی است. زمانیکه گیاهان دچار کمبود رطوبت می گردند، روزنه های هوایی استومات خود را می بندند تا از اتالف آب جلوگیری کنند. بسته شدن “استومات ها” از تبادالت گازی نیز جلوگیری می کند لذا مانع تدارک CO۲ مورد استفادۀ فتوسنتز می شود. کمبود رطوبت قابل دسترس گیاهان از طویل شدن سلول ها نیز می کاهد. وقوع خشکی متوسط باعث کوچک شدن اندازۀ پیکره گیاهان می شود.

رشد کارخانه های گیاهی می تواند ثبات و تنوع غذایی را به ارمغان بیاورد

plant factory

کارخانه موظف است عوامل مختلف محیطی مانند نور، دما، رطوبت، محلول غذایی، باد و دی اکسید کربن را همیشه در شرایط بهینه نگه دارد.
دو نوع کارخانه گیاهان وجود دارد: یکی که از نور کاملا مصنوعی برای پرورش گیاهان در فضای بسته استفاده می کند و دیگری که از نور خورشید در گلخانه شیشه ای استفاده می کند. هر دو می توانند با کنترل شرایط محیطی مورد نیاز برای رشد گیاهان به روشی بسیار دقیق و مصنوعی، محصولات ایمن و با کیفیت بالا را به شیوه ای سیستماتیک و پایدار بدون تأثیر تغییرات فصلی یا شرایط آب و هوایی تولید کنند. کارخانه‌های کارخانه‌ای که مزیت‌های اقتصادی و اجتماعی زیادی دارند، امروزه در سراسر کشور در حال گسترش هستند.

کنترل روشنایی

نور مهمترین عامل برای رشد گیاهان است. کیفیت و شدت نور از منبع آن به طور مداوم نظارت و کنترل می شود تا محیط بهینه برای فتوسنتز حفظ شود. تأثیر طیف‌های خاص نور LED بر روی مواد فعال برخی گیاهان دارویی و گیاهان دارویی نیز مورد بررسی قرار خواهد گرفت و فرصتی را برای گسترش فناوری به سایر جنبه‌های رشد باغبانی باز می‌کند و در نتیجه یک زنجیره تامین جدید با کیفیت بالا و کم کربن ایجاد می‌کند.

کنترل غلظت دی اکسید کربن

به منظور ارتقای فتوسنتز محصولات، تامین مقدار ثابتی دی اکسید کربن (CO 2 ) به اتاق کشت و حفظ غلظت آن در سطح بهینه مهم است. در مکان های مختلف در اتاق، غلظت CO2 را می توان به صورت یکپارچه کنترل کرد.

کنترل دما / رطوبت

دما و رطوبت در مناسب ترین سطح برای رشد گیاهان حفظ می شود، دمای محلول غذایی و محصولات کشاورزی و همچنین سایر شرایط به درستی کنترل می شود و عملکرد را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد. علاوه بر سنسورهای ثابت دمای با کارایی بالا، HORIBA سنسورهای دمایی بدون تماس را ارائه می دهد که امکان اندازه گیری دقیق دمای برگ را فراهم می کند.

کنترل جریان هوا

باد (جریان هوا) که تأثیرات عمده ای بر فتوسنتز و تعرق از برگ ها دارد، برای تحریک رشد گیاه نیز بسیار مهم است. لازم است اتاق کشت را با استفاده از سیستم های تهویه مطبوع تهویه کنید و بررسی کنید که آیا تمام قفسه های کشت مقدار مناسبی هوا دریافت می کنند یا خیر.

کنترل محلول غذایی

در هیدروپونیک، کنترل صحیح سطح pH محلول غذایی و غلظت عناصر غذایی ضروری است که هر دو روی رشد گیاه تأثیر می گذارند. علاوه بر PH سنج‌های با کارایی بالا، مجموعه محصولات گسترده HORIBA شامل رسانایی‌سنج‌های الکتریکی است که غلظت مواد مغذی را اندازه‌گیری می‌کند، و یون‌مترها. یکی از محصولات آن همچنین به کاربران امکان می دهد تا عملکرد محصولات را به عنوان مواد غذایی در محل بررسی کنند زیرا ترکیب محصولات را اندازه گیری می کند.

معماری مفهومی

شکل زیر یک معماری مفهومی از یک کارخانه گیاهی معمولی را نشان می دهد که نیاز به هم افزایی دارد انفورماتیک صنعتی و فن آوری های عملیاتی در تولید طبقه ای که ارتباطات، محاسبات و هوش مصنوعی می توانند نقش داشته باشند. در طبقه تولید، گیاهان در ماژول های عمودی روی هم رشد می کنند. ساختار انباشته شده انعطاف پذیری فوق العاده ای را برای چیدمان ارقام مختلف در حین ارائه به ارمغان می آورد خدمات استاندارد مهد کودک، که منجر به حداکثر درآمد می شود. تولیدات زراعی در کارخانه گیاهی به شدت به همکاری و تعامل یک سری زیر سیستم ها مانند روشنایی، مدیریت هوا، کنترل حرارتی، تحویل مواد مغذی و اتوماسیون کارخانه سیستم‌هایی که کل فرآیند را از مراحل رشد گیاه تا برداشت و حمل و نقل بهره مندی از اینترنت اشیا (IoT) در صنعت، حسگرهای عظیمی که می دهند در کارخانه کارخانه مستقر شده اند تا درک جامعی از رشد داشته باشند محیطی برای ارائه کنترل دقیق وضعیت رشد گیاه. مانیتورینگ مبتنی بر دوربین این سیستم همچنین برای نظارت بر سلامت گیاه مورد استفاده قرار می گیرد. داده های حسی از طریق جمع آوری می شوند پروتکل های مختلف ارتباط سیمی و بی سیم، انباشته شده و در لبه تجزیه و تحلیل واحدهای محاسباتی و در فضای ابری به صورت بلادرنگ برای بهینه سازی مستمر کارخانه استراتژی رشد با هوش مصنوعی ضمناً وضعیت بهره برداری از تاسیسات اتوماسیون نیز می باشد نظارت شود تا بتوان تعمیر و نگهداری پیش بینی را برنامه ریزی کرد.

الزامات و چالش های کارخانه گیاهی

موفقیت یک کارخانه گیاهی به سه زیرسیستم، یعنی ساطع نور بستگی دارد سیستم تکمیلی دیود (LED)، سیستم رشد گیاه و محیط زیست سیستم کنترل، که برای الزامات مختلف در ارتباطات صنعتی جذاب است، محاسبات و همچنین هوش.
یک کارخانه گیاهی معمولی می تواند ۴۰۰ برابر کارآمدتر باشد در استفاده از زمین در مقایسه با کشاورزی در فضای باز، به لطف رشد ساختار عمودی ماژول ها در نتیجه، حسگرهای عظیمی که آب و هوای داخلی و تأسیسات اتوماسیون را کنترل می کنند،
و محرک‌های سیستم رشد به طور گسترده در یک کارخانه گیاهی توزیع شده‌اند که نشان می‌دهد که ارتباطات بی سیم برای تسهیل استقرار ترجیح داده می شود.

کارخانه های گیاهی PLANTX مملو از فناوری های اصلی

در یک کارخانه گیاهی با استفاده از نور مصنوعی، گیاهان با استفاده از کشت هیدروپونیک (کشت گیاهان بدون خاک) با محلول های نور و مواد مغذی که به صورت مصنوعی ارائه می شود، در داخل خانه رشد می کنند. یکی از مزایای اصلی این روش این است که گیاهان تحت تأثیر آب و هوا یا عوامل دیگر قرار نمی گیرند. این همچنین امکان عملکرد با ردپاهای کوچکتر را فراهم می کند و امکان تولید محصولات در مناطق شهری و سایر محیط ها را فراهم می کند.
کارخانه‌هایی که از نور مصنوعی استفاده می‌کنند، معمولاً تعداد زیادی واحد کشت در قفسه‌های باز در یک فضای سرپوشیده نصب می‌کنند و کل تأسیسات برای رشد محصولات تحت کنترل آب و هوا است. از سوی دیگر، سیستم‌های کشت PLANTX رویکرد متفاوتی دارند و از ماشین‌های کشت استفاده می‌کنند که حاوی لایه‌های مهر و موم شده‌اند و آب و هوای هر لایه را برای رشد محصولات کنترل می‌کنند.
این ساختار “نوع بسته” امکان کنترل دقیق محیط های کشت را در هر دستگاه فراهم می کند، که گزارش شده است که بهره وری در واحد سطح را سه تا پنج برابر برای کاهو و سایر محصولات در مقایسه با کارخانه های گیاهی معمولی با استفاده از نور مصنوعی افزایش می دهد.

توسعه سیستم کارخانه گیاهی مدل موسمی آسیایی

چه چیزی برای توسعه کارخانه های گیاهی و کمک به حل مشکلات تولید مواد غذایی در آینده لازم است؟

در سرتاسر جهان نیاز به کارخانه های گیاهی وجود دارد و ژاپن در حال حاضر فناوری های پیشرفته ای برای رفع این نیازها دارد. آنچه مهم خواهد بود سرعت است. از آنجایی که ابتکارات کارخانه کارخانه در سراسر جهان شتاب می گیرد، یک استارت آپ به تنهایی نمی تواند به اندازه کافی سریع کار کند تا فناوری های پیشرفته ژاپن را به جهان معرفی کند. به همین دلیل است که می خواهیم آنها را همراه با Kubota، یک شرکت جهانی، در سطح جهانی گسترش دهیم.
کشاورزی هوشمند به عنوان یک مدل پیشرفته از کشاورزی مرسوم که به طور کامل از هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء استفاده می کند، مورد توجه قرار گرفته است و کارخانه های گیاهی به عنوان شکل جدیدی از تولید مواد غذایی که با کشت در مزرعه آزاد متفاوت است، در حال پیشرفت هستند. PLANTX و Kubota به ترویج توسعه خود ادامه خواهند داد زیرا هدف آنها آینده ای از همزیستی بین کشت در زمین های باز و کارخانه های گیاهی است و عرضه پایدار محصولاتی را که نیازهای مختلف را برآورده می کند، فراهم می کند.

ضوابط احداث گلخانه های کشت عمودی و کارخانه گیاهی

۱.صدور پروانه تاسیس و بهره برداری برای کارخانه های گیاهی صرفاً در داخل بافت روستا، محدوده و حریم شهرها انجام پذیرد.
تبصره: واحدهای گلخانه ای دارای پروانه بهره برداری و فعال موجود در صورت درخواست احداث کارخانه گیاهی در همان زمین استقرار گلخانه فعلی، از شمول این بند مستثنی می باشند.
۲. صدور پروانه تاسیس و بهره برداری برای کارخانه های گیاهی مطابق دستورالعمل اجرایی گلخانه های کوچک مقیاس انجام پذیرد. در خصوص کارخانه های گیاهی با مساحت بیش از ۳۰۰ مترمربع، بررسی فنی طرح و صدور پروانه توسط سازمان نظام مهندسی کشاورزی و منابع طبیعی و در خصوص واحدهای کمتر از ۳۰۰ مترمربع بررسی فنی طرح توسط سازمان نظام مهندسی کشاورزی و صدور پروانه توسط سازمان جهاد کشاورزی استان انجام پذیرد.
۳.رعایت ضوابط زیست محیطی و مقررات و ضوابط مرتبط با احداث گلخانه های کوچک مقیاس ضروری است.
۴.احداث کارخانه های گیاهی در شهرک های کشاورزی به دلیل فراهم بودن زیرساخت های برق و آب و گاز و سایر خدمات، در اولویت می باشد.
۵.استفاده از سازه های سبک، پیش ساخته و پرتابل، در احداث کارخانه های گیاهی توصیه می گرد

سوالات متداول درباره پلنت فکتوری

بیشتر چه گیاهانی مناسب کشت در پلنت فکتوری می باشند؟
گیاهانی مانند سبزیجات برگی و نژادهای مختلف از کاهو ها بیشترین کشت را در بسترهای تجاری گلخانه های طبقاتی دارند و همچنین به تازگی طیف گسترده ای از گیاهان دارویی نیز در جهان با این روش کشت مورد استقبال قرار گرفته است.

یک پلنت فکتوری تا چند طبقه قابل اجراست؟
کارخانه های گیاهی دارای محدودیت ارتفاع نیستند و بعضاً این گلخانه ها بستری برای کشت ۳۰ طبقه را نیز فراهم می آورند. ولی می توان گفت ۵ طبقه برای کشت گیاه کاملاً استاندارد و با نرخ قیمت مناسب بیشتر متعارف است زیرا بیش از آن نیاز به تجهیزات بالابر و زیر ساخت های زیادی دارد.

حداقل متراژ یک کارخانه گیاهی چقدر است؟
در ایجاد پلنت فکتوری هیچ محدودیتی در متراژ پروژه وجود ندارد کما اینکه در کشور های صنعتی دنیا کانتینر فود ها با فناوری کشاورزی عمودی امروزه نقش بزرگی در تامین محصولات کشاورزی دارند.

تفاوت کشاورزی عمودی با پلنت فکتوری چیست؟
تفاوت این دو در نوع هوشمند سازی می باشد. به واقع در پلنت فکتوری بیشتر عملیات کشت کاملاً به صورت مکانیزه و مهندسی شده پیش می رود و تمام فرایند های کشت توسط هوش مصنوعی کنترل می گردد.

وام احداث گلخانه به پلنت فکتوری تعلق می گیرد؟
بله بانک های تحت نظر سازمان جهاد کشاورزی از گلخانه های مدرن و با تکنولوژی نوین حمایت بیشتری انجام می دهند و در این راستا وام هایی حمایتی با سود های ۶ و ۹ درصد ارائه می کنند.

هزینه برق پلنت فکتوری چقدر است؟
هزینه برق پلنت فکتوری با توجه به دریافت جواز گلخانه های مدرن و high tech به عنوان برق کشاورزی تلقی می گردد اما برای دریافت کنتور صنعتی با آمپر بالا نیاز به امکان سنجی در منطقه احداث گلخانه می باشد.

سیستم آبیاری در کشاورزی عمودی چیست؟
سیستم های آبیاری متفاوتی را می توان در کشاورزی طبقاتی استفاده کرد اما روش هایی که در دنیا بیشتر مقبول عموم بوده است روش هیدروپونیک ان اف تی و هیدروپونیک “جزر و مدی” می باشد.

فضای مناسب برای پلنت فکتوری چگونه است؟
کارخانه های گیاهی از لحاظ مکان جغرافیایی هیچ محدودیتی ندارد و فضای مناسبی مانند یک سوله با ارتفاع سقف حداقل ۴ متر نیازهای این پروژه را فراهم می کند.

کشت طبقاتی پلنت فکتوری در چه کشوری ابداع شد؟
اولین نمونه های کشت طبقاتی را نمی توان به تفکیک پیشرفت هایی که در تکنولژی این نوع گلخانه داشتند به یک کشور تخصیص داد اما میتوان گفت سه کشور ژاپن، هلند و آمریکا از پیش آوران این تکنولوژی می باشند.

پیش بینی وضعیت سرمایه گذاری طرح احداث کارخانه گیاهی (پلنت فکتوری plant factory)

سطح زیر کشت: صیفیجات گلخانه ای ۳ هکتار و سبزیجات گلخانه ای ۱ هکتار
نرخ برابری دلار: ۳۰۰۰۰ تومان
مساحت زمین کشت: ۶ هکتار
تعداد نیروی انسانی مورد نیاز: ۲۴ نفر
میزان سرمایه گذاری ثابت: ۱۱۶ میلیارد تومان (بدون احتساب هزینه زمین)
ارزش ماشین آلات و تجهیزات: ۶۹ میلیارد تومان
نرخ بازده داخلی در سال مبنا: ۴۱ درصد

درصورت تمایل به این مطلب امتیاز دهید: