Agricultura vertical: una contribución al suministro de proteínas para la creciente población mundial
Para garantizar que las proteínas alimentarias no escaseen en el futuro a pesar de las condiciones climáticas extremas y el creciente estrés medioambiental, seis Institutos Fraunhofer se centran en los sistemas de cultivo de interior en el proyecto faro "FutureProteins" (fuentes alternativas de proteínas). ¿Cómo pueden cultivarse con éxito la hierba de trigo, la alfalfa y las patatas en interiores sin tierra, utilizando únicamente iluminación artificial? ¿Y son estos métodos no sólo ecológicamente sostenibles, sino también económicamente viables? Fraunhofer IWU se centra en este aspecto, ya que el precio es crucial para aceptar las innovaciones de productos en el sector alimentario. En regiones muy pobres, los precios elevados podrían hacer inaccesibles estos productos.
Agricultura vertical: Utilización de espacios interiores para la producción agrícola
El sistema automatizado de cultivo de plantas OrbiPlant®, desarrollado en Fraunhofer IME, demuestra cómo pueden cultivarse con éxito productos agrícolas sin suelo en sistemas controlados y cerrados. Un sistema integrado de cinta transportadora ondulada amplía verticalmente la superficie de cultivo. Este sistema OrbiPlant® altamente flexible optimiza el limitado espacio disponible en entornos urbanos para cultivar diversas plantas independientemente del clima, la hora del día o la estación del año.
Fraunhofer IWU aporta su experiencia en eficiencia energética
La agricultura vertical no seguirá siendo un nicho de mercado. Las proyecciones estiman que el mercado podría alcanzar los 24.000 millones de dólares en 2030, razón suficiente para plantearse si la tecnología es económicamente viable. Uno de los principales factores de coste de la agricultura vertical es el control climático y la iluminación necesarios. Aunque la iluminación artificial permite una alta productividad e independencia de las condiciones meteorológicas, también genera costes y emisiones de CO2, incluso cuando entra en juego la tecnología LED. Por tanto, la ubicación específica, más el diseño y dimensionamiento del sistema de suministro de energía, son factores críticos para la rentabilidad de toda la instalación.
En el proyecto "FutureProteins", Fraunhofer IWU aporta su amplia experiencia en producción energéticamente eficiente e integración de fuentes de energía renovables.
Las simulaciones energéticas garantizan la máxima eficiencia en distintos emplazamientos
Teniendo en cuenta las condiciones específicas de Berlín, Islandia, Burkina Faso y la India, el equipo de investigación de Fraunhofer IWU desarrolló inicialmente escenarios energéticos para estos lugares. En la pequeña ciudad de Dalvík (Islandia), el clima frío con inviernos largos y oscuros prevalece durante todo el año. Kongoussi, en Burkina Faso, fue seleccionada para representar regiones rurales, cálidas y secas. La megaciudad india de Chennai, por ejemplo, sufrió una grave escasez de agua en 2019. Berlín representa zonas de clima templado. Cada lugar requiere un concepto (escenario) a medida para las tecnologías de suministro de energía, como la energía solar y eólica local, y el almacenamiento de energía, como el hidrógeno. En Berlín, por ejemplo, una combinación de energía solar y almacenamiento en baterías podría ser eficaz, mientras que en Islandia, la energía geotérmica podría ser una opción viable debido a las condiciones climáticas.
Tras crear los escenarios, el equipo de Fraunhofer IWU, con el apoyo de los investigadores de Fraunhofer IGB, procesó los datos para prepararlos para los pasos siguientes. Los datos incluían, por ejemplo, los requisitos energéticos de los componentes principales y la cantidad de biomasa producida. A continuación, el equipo construyó modelos de simulación de varias estrategias de suministro energético. Estos modelos permitieron analizar detalladamente los distintos escenarios e identificar el mejor planteamiento para cada región. A continuación, los investigadores derivaron el dimensionamiento de los componentes individuales, teniendo en cuenta factores como la demanda de energía, la disponibilidad de fuentes de energía renovables y las condiciones climáticas locales. Por último, optimizaron todo el sistema en cuanto a costes y emisiones de gases de efecto invernadero para lograr soluciones ecológica y económicamente sostenibles para el suministro energético de los sistemas de cultivo vertical.
Recomendaciones específicas para cada ubicación: central eléctrica H2 en Chemnitz
En los cultivos verticales, los costes de iluminación y climatización suponen más de dos tercios de los gastos totales de funcionamiento cuando se cultiva hierba de trigo. Por lo tanto, es crucial reducir al máximo los costes energéticos, especialmente en lugares como Berlín, donde los precios de la energía son muy elevados en comparación internacional. Aquí, los sistemas fotovoltaicos (FV) de producción propia combinados con el almacenamiento de energía pueden reducir la cantidad de electricidad que es necesario comprar. En Alemania, el coste de generación de electricidad de un sistema fotovoltaico en el tejado de un edificio y una unidad de almacenamiento en batería oscila entre 0,10 y 0,20 euros por kWh, según la ubicación y el tamaño del sistema de almacenamiento de energía. En países como Burkina Faso, otros sistemas de almacenamiento de energía, como el hidrógeno, pueden ser de gran interés. La red eléctrica es inestable y suele sufrir cortes. En esas zonas rurales, los operadores deben esforzarse por lograr una mayor independencia energética. Una tecnología prometedora para almacenar el exceso de energía es la electrólisis del agua mediante energías renovables. Cuando se necesita energía eléctrica, el hidrógeno producido puede convertirse (de nuevo) en energía eléctrica mediante un sistema de pilas de combustible.
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