Tendencias y perspectivas de futuro para la producción en ambiente controlado y sistemas agrícolas agrivoltaicos

De acuerdo con un reporte recientemente publicado por el Servicio de Investigación Económica (ERS) del USDA, las inversiones en sistemas alternativos de producción de alimentos por parte de entidades públicas y privadas han aumentado en los últimos años en EU. Donde se han destacado dos sistemas, la agricultura en ambiente controlado (CEA) y la agrivoltaica (AV), por su potencial para proporcionar beneficios socioeconómicos más allá de la producción de alimentos.

Este informe se centra en los Estados Unidos. Sin embargo, otros países (como Holanda, Canadá y México) han logrado avances significativos en la producción de CEA, superando a Estados Unidos en ciertos aspectos. Los Países Bajos son un exportador agrícola líder, con una pequeña base de tierra que cuenta con sistemas de producción CEA bien establecidos. De manera similar Canadá y México continúan expandiendo su producción de hortalizas cultivadas en el CEA y sus exportaciones a los Estados Unidos. De las importaciones desde México, las hortalizas cultivadas en invernaderos (excluidas las patatas) durante 2018-20 representó el 81 por ciento del total de las importaciones estadounidenses de esa categoría.

El volumen de importación de hortalizas de mercado fresco cultivadas en CEA desde México aumentó un 109 por ciento entre 2008-10 y 2018-20, mientras que las importaciones de hortalizas de mercado fresco cultivadas en el campo aumentaron más lentamente, solo un 58 por ciento. Además, las importaciones de hortalizas frescas cultivadas en la CEA desde México durante 2018-20 representaron casi un tercio del volumen total de importaciones de hortalizas frescas.

Para efectos de este reporte el CEA es el uso de estructuras cerradas, incluidas estructuras agrícolas hidropónicas y verticales, principalmente en cultivos especializados. La CEA puede brindar acceso a la producción local de alimentos nutritivos en comunidades que carecen de espacio para la producción tradicional al aire libre, mejorar el acceso a alimentos locales en áreas urbanas y servir como una herramienta potencial para adaptarse o mitigar el cambio climático. El sector CEA se está expandiendo en gran parte debido a los avances tecnológicos. El número de operaciones de la CEA se duplicó con creces entre 2009 y 2019. Además, más del 60 por ciento de la producción de algunos cultivos destacados de la CEA (principalmente hortalizas) se cultivó utilizando sistemas tecnológicos no tradicionales en 2019.

CEA consiste en sistemas de producción de cultivos en invernaderos u otras estructuras que utilizan técnicas hortícolas y de ingeniería más allá de la producción convencional al aire libre basada en el suelo. Estos sistemas pueden aumentar los rendimientos, mejorar el acceso a los alimentos locales, proporcionar acceso a los alimentos durante todo el año y/o mejorar los resultados nutricionales en relación con la agricultura tradicional al aire libre a gran escala. Además, la CEA puede proporcionar beneficios de adaptación al cambio climático al reducir el riesgo de pérdida de cosechas en condiciones climáticas más extremas en comparación con los sistemas tradicionales al aire libre. AV es la colocación de paneles solares y producción agrícola.

En cambio, el AV es la colocación de producción agrícola y paneles solares. Los AV pueden permitir un desarrollo solar ampliado para abordar el cambio climático sin conflictos de uso de la tierra asociados con los desarrollos solares tradicionales a gran escala. En 2021, la mayoría de los sitios AV eran granjas solares plantadas con una cubierta vegetal amigable para los polinizadores que, en algunos casos, eran pastadas por ovejas. La financiación para la investigación sobre una variedad de sistemas AV con producción agrícola y/o ganadera especializada continúa aumentando.

AV está diseñado para proporcionar los beneficios de mitigación del cambio climático de los desarrollos solares tradicionales a gran escala y al mismo tiempo reducir la competencia por el uso de la tierra con la producción agrícola. Aunque estos sistemas enfrentan desafíos tecnológicos y económicos, son parte de una larga historia de avance tecnológico en el sector agrícola de EE. UU. Si bien es poco probable que los sistemas desplacen la producción más convencional y a mayor escala en el futuro cercano, pueden aumentar el suministro de alimentos cultivados localmente para algunas comunidades y generar beneficios para el cambio climático, incluida la energía renovable.

Los invernaderos tradicionales son un sistema de producción establecido. Sin embargo, las innovaciones en la forma de producir cultivos, incluida la hidroponía y la agricultura vertical, han llevado a un crecimiento de la producción y la inversión en los sectores público y privado. Los sistemas AV son una tecnología emergente sin una presencia comercial bien establecida, pero hay una creciente inversión pública y privada en investigación y desarrollo. Como parte del análisis de las inversiones recientes y de las tendencias a lo argo del tiempo se ha encontrado que:

La cantidad de producción de cultivos especiales con sistemas CEA es pequeña en comparación con la producción al aire libre, pero el número de operaciones CEA individuales se duplicó con creces a casi 3,000 entre 2009 y 2019.

El valor agregado de las ventas de los cultivos de la CEA aumentó de 296 millones de dólares en 1998 a 769 millones de dólares en 2014 (en términos ajustados a la inflación), pero disminuyó a 626 millones de dólares en 2019 debido a la disminución del valor de las ventas de los cultivos dominantes de la CEA (en particular, los tomates). Es probable que esta cifra se deba en parte a una mayor competencia de las importaciones, lo que ejerce una presión a la baja sobre el valor de las ventas por unidad.

Además, se utilizaron nuevas tecnologías para producir una gran parte de la producción total de CEA: más del 60 por ciento de los tomates, pepinos y lechugas se cultivaron mediante hidroponía en 2019.

El financiamiento reciente del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA) para apoyar la investigación y comercialización de sistemas CEA ha aumentado sustancialmente, incluida la adjudicación de contratos y subsidios que superan los $50 millones de dólares desde 2022 a través de la Oficina de Agricultura Urbana e Innovadora, el Servicio de Investigación Agrícola y el Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del USDA.

A partir de 2021, la mayoría de los aproximadamente 300 sitios AV eran granjas solares plantadas con una cubierta vegetal amigable para los polinizadores. Aproximadamente 35 sitios combinaron paneles solares con vegetación en la que pastaban ovejas, y algunos se ubicaron junto con la producción de cultivos especializados, incluidos los arándanos.

Se han establecido sitios de investigación que evalúan una variedad de otros sistemas AV con producción agrícola y/o ganadera especializada, incluidos varios proyectos financiados por el gobierno.

Agricultura en ambiente controlado: investigación y crecimiento futuro

Como cualquier industria en una etapa emergente, la agricultura de interior (particularmente los sistemas completamente cerrados sin iluminación natural) enfrenta muchos desafíos que deben abordarse para convertirse en un contribuyente viable y creciente a largo plazo al sector agrícola global. Esta sección considera aquellos desafíos (y oportunidades) que son ampliamente aplicables a la CEA en general, pero con un enfoque en sistemas más nuevos y tecnológicamente más avanzados, como la hidroponía y la agricultura vertical.

La CEA, en general, puede permitir más cosechas por año (particularmente con iluminación LED optimizada), reducir las pérdidas debido al clima y las plagas, y ver menos deterioro debido a estar más cerca de la base de clientes. En particular, uno de los beneficios promovidos por la CEA es aumentar la producción y al mismo tiempo disminuir el uso de algunos insumos por unidad de producción o área. Los rendimientos promedio de las fresas (por unidad de área) son aproximadamente un 40 por ciento más altos cuando se cultivan bajo protección que cuando se cultivan en campos abiertos. El aumento de los rendimientos de otros cultivos cuando se cultivan bajo protección es aún mayor, desde un 400 por ciento más en el caso de los tomates hasta más de un 2,100 por ciento más en el caso de los pepinos.

La evidencia científica demuestra principalmente que los sistemas CEA mejoran los rendimientos debido a factores ambientales que son favorables para la producción (incluyendo luz, temperatura, humedad, pH, concentraciones de nutrientes y mayor disponibilidad de nutrientes y agua). Por ejemplo, existen diferencias notables en la duración del cultivo de lechuga (tiempo desde la siembra hasta la cosecha) entre los sistemas de cultivo convencionales y los sistemas hidropónicos debido a la absorción de nutrientes. En el sistema basado en suelo, se necesitaron 48 días para alcanzar la madurez y 107 días para el ciclo de crecimiento total, mientras que los días hasta la madurez y los días totales de crecimiento fueron 40 días y 92 días.

Otro beneficio de los CEA permite a los agricultores producir durante una temporada extendida o durante todo el año en una variedad de entornos. Estos sistemas de iluminación suplementarios contribuyeron a una mayor concentración de absorción de nutrientes. La extensión de la temporada o la producción durante todo el año por sí sola aumenta considerablemente el potencial de producción. Las temporadas de producción extendidas y la maximización del espacio de cultivo en sistemas verticales se combinan para mejorar en gran medida los rendimientos por unidad de espacio de cultivo horizontal. Por ejemplo, el rendimiento de lechuga por unidad de suelo de cultivo ocupado por área puede ser aproximadamente 14 veces mayor en los sistemas hidropónicos verticales que en los sistemas hidropónicos horizontales, cuando la densidad de siembra es 20 veces mayor.

Agrivoltaica: perspectivas

A medida que aumenta la demanda de energía renovable, los sistemas AV brindan la oportunidad de ampliar la capacidad renovable y al mismo tiempo brindan beneficios agroambientales locales.

El costo de estos sistemas varía mucho y el futuro de la agrovoltaica sigue sin estar claro. Con pocas excepciones, los sistemas comerciales en los Estados Unidos son instalaciones solares a gran escala que han sido plantadas con vegetación nativa o amigable para los polinizadores y, en algunos casos, incluyen el pastoreo de ovejas. Si bien la polinización sustenta una parte importante de la producción agrícola, la contribución de los polinizadores asociados con los hábitats de los polinizadores AV a la producción agrícola próxima no ha sido bien establecida, aunque se están realizando investigaciones.

Los sitios AV con producción de cultivos incluyen en gran medida aquellos sitios con una variedad de cultivos especiales que se pueden cosechar a mano. En estos sistemas, los investigadores han encontrado beneficios para los cultivos tolerantes a la sombra, particularmente en regiones áridas, debido a los beneficios del aumento de la humedad del suelo debajo de los paneles y el efecto refrescante de las plantas sobre los paneles solares. Debido a que la industria es tan nueva, aún no se ha establecido la viabilidad comercial de los sistemas AV con la producción de cultivos. Las investigaciones recientes y en curso proporcionarán información crítica sobre la viabilidad agrícola y económica de los sistemas de cultivos AV en los Estados Unidos.

Conclusiones

Este informe proporciona un análisis amplio de dos sistemas tecnológicos que están incorporando enfoques novedosos para la producción agrícola. Aunque la agricultura en ambiente controlado (CEA) tiene una larga tradición en la producción en invernaderos, las nuevas innovaciones, incluida la hidroponía y los sistemas completamente cerrados, están ampliando los límites de cómo y dónde se produce cultivos de especialidad. La agrovoltaica (AV), aunque actualmente se implementa en gran medida en hábitats nativos y amigables con los polinizadores, puede brindar oportunidades para la producción agrícola o ganadera debajo y junto a los paneles solares. Cada uno de estos sistemas tiene beneficios, pero los hallazgos de este documento sugieren que estos sistemas, en diversos grados, enfrentan desafíos técnicos y económicos.

En 2021, la industria agrivoltaica en Estados Unidos se encontraba en su etapa inicial de expansión comercial. La mayoría de los sitios AV que proporcionaron generación solar a clientes externos fueron desarrollos solares a escala de servicios públicos plantado con vegetación nativa y/o apta para polinizadores. Se estaban llevando a cabo proyectos de investigación para examinar la viabilidad técnica y económica de diferentes esquemas. Estos tipos de sistemas incluyen aquellos con vegetación nativa y/o amigable para los polinizadores, producción de cultivos especializados y básicos, y pastoreo de ganado con una variedad de configuraciones solares.

Entre los numerosos desafíos que enfrentan los sistemas CEA se encuentran los altos costos de construcción, la creciente competencia de otros países que exportan productos CEA a los Estados Unidos, los altos y potencialmente volátiles costos de insumos para artículos como mano de obra y energía, y la percepción del consumidor de cultivos especiales que podrían necesitar ser vendido en con un premio en relación con los cultivos convencionales cultivados en el campo. Sin embargo, parece que los sistemas de producción agrícola bajo techo se están generalizando, son más sofisticados y, en algunos casos, más viables comercialmente (pero sólo para un número limitado de cultivos y sistemas de producción). Los cultivos producidos con estos sistemas incluyen principalmente tomates, pepinos, verduras de hojas verdes, microverduras y algunas bayas.

Fuente: https://www.ers.usda.gov/webdocs/publications/108221/eib-264.pdf?v=6749.4