Agricultura vertical

Por Jeff Birkby, Especialista en Crecimiento Inteligente de NCAT, y Gabriella Soto-Vélez, Especialista en Agricultura de NCAT

Introducción: ¿Qué es la agricultura vertical?

Las tierras agrícolas de primera calidad pueden ser escasas y caras. Con el crecimiento de la población mundial, la demanda de más alimentos y más tierra para cultivar alimentos es cada vez mayor. Pero algunos empresarios y agricultores están empezando a buscar espacio para cultivar más alimentos hacia arriba, no hacia afuera.

Una solución a nuestra necesidad de más espacio podría encontrarse en los almacenes abandonados de nuestras ciudades, en los nuevos edificios construidos en terrenos dañados por el medio ambiente e incluso en los contenedores de transporte marítimo usados. Esta solución, llamada agricultura vertical, consiste en cultivar cultivos en ambientes interiores controlados, con luz, nutrientes y temperaturas precisas. En la agricultura vertical, las plantas en crecimiento se apilan en capas que pueden alcanzar varios pisos de altura (Despommier, 2011).

El inicio del concepto contemporáneo de agricultura vertical se remonta a la idea visionaria propuesta por el profesor de la Universidad de Columbia Dickinson Despommier. En colaboración con un grupo de estudiantes, su equipo conceptualizó una innovadora granja de rascacielos diseñada para producir de manera sostenible suficientes alimentos para alimentar a 50.000 personas. Desde esta iniciativa pionera, la industria de la agricultura vertical ha experimentado un crecimiento exponencial y se espera alcanzar los 18.900 millones de dólares en Estados Unidos en 2028 (Martínez, 2023).

Para 2022, el panorama se había transformado, presenciando la aparición de aproximadamente 2,000 granjas verticales en los Estados Unidos. Entre los líderes de la industria que encabezan la carga de la agricultura vertical mecanizada en interiores se encuentran entidades notables como Plenty, Bowery Farms y AeroFarms. Estos emprendimientos innovadores representan un cambio de paradigma en las prácticas agrícolas, aprovechando tecnologías avanzadas para maximizar la eficiencia y la sostenibilidad en la producción de alimentos (Rogers, 2024).

Tipos de Granjas Verticales

Las granjas verticales vienen en diferentes formas y tamaños, desde simples sistemas de dos niveles o montados en la pared hasta grandes almacenes de varios pisos de altura. Pero todas las granjas verticales utilizan uno de los tres sistemas sin suelo para proporcionar nutrientes a las plantas: hidropónico, aeropónico o acuapónico. La siguiente información describe estos tres sistemas de cultivo:

1. Hidroponía. El método de cultivo predominante empleado en las granjas verticales es la hidroponía, una técnica sin suelo que implica cultivar plantas en soluciones de nutrientes. En este sistema, las raíces de las plantas se sumergen en una solución de nutrientes cuidadosamente monitoreada, lo que garantiza una composición química precisa. Los diferentes tipos de sistemas hidropónicos incluyen flujo y reflujo, donde la solución de nutrientes inunda y drena periódicamente la zona de la raíz, y la técnica de película de nutrientes (NFT), donde una película delgada de solución de nutrientes fluye continuamente sobre las raíces. Para mejorar la estabilidad y mitigar el posible mal funcionamiento del sistema, las plantas también pueden incrustarse en un medio de crecimiento, como la fibra de coco, manteniendo la humedad de las raíces y facilitando el acceso a los nutrientes (Rajaseger et al., 2023).

2. Aeroponía. La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) es la encargada de desarrollar esta innovadora técnica de cultivo en interiores. En la década de 1990, la NASA se interesó en encontrar formas eficientes de cultivar plantas en el espacio y acuñó el término aeroponía, definido como “cultivar plantas en un entorno de aire/niebla sin suelo y con muy poca agua”.

Los sistemas aeropónicos, que alguna vez fueron una anomalía en el mundo de la agricultura vertical, ahora están ganando una tracción significativa. Empresas como AeroFarms están liderando el camino, demostrando la eficiencia y escalabilidad de los sistemas aeropónicos. Estos sistemas se encuentran entre los más eficientes para las granjas verticales, ya que utilizan hasta un 95% menos de agua que incluso los sistemas hidropónicos más eficientes. Además, se ha demostrado que las plantas cultivadas en sistemas aeropónicos absorben más minerales y vitaminas, lo que las hace más saludables y potencialmente más nutritivas, lo que atrae un mayor interés e inversión en el sector (Gurley, 2020)

3. Acuaponía. Un sistema acuapónico lleva el sistema hidropónico un paso más allá, combinando plantas y peces en el mismo ecosistema. Los peces se cultivan en estanques interiores, produciendo residuos ricos en nutrientes que se utilizan como fuente de alimento para las plantas de las granjas verticales. Las plantas, a su vez, filtran y purifican las aguas residuales, que se reciclan de nuevo en los estanques de peces (Khandacker y Kotzen, 2018).

La granja acuapónica más grande de los Estados Unidos, Superior Fresh, con sede en Wisconsin, utiliza 1,1 toneladas de alimento para peces para producir 1 tonelada de pescado y 10 toneladas de verduras de hoja verde y verduras en un invernadero de 3 acres (Fletcher, 2019).

Los sistemas de agricultura vertical se pueden clasificar a su vez por el tipo de estructura que alberga el sistema.

Las granjas verticales basadas en edificios a menudo se encuentran en edificios abandonados en las ciudades, como la granja vertical Area 2, con sede en Virgina, una antigua fábrica de papel donde cultivan tubérculos, verduras de hoja verde y hierbas para la comunidad circundante.

Las granjas verticales de contenedores de envío son una opción cada vez más popular. Estas granjas verticales utilizan contenedores de envío de 40 pies, normalmente en servicio para transportar mercancías por todo el mundo. Varias empresas están reacondicionando los contenedores de envío para convertirlos en granjas verticales autónomas, con luces LED, sistemas de riego por goteo y estantes apilados verticalmente para iniciar y cultivar una variedad de plantas. Estas unidades autónomas tienen sistemas de gestión de crecimiento controlados por computadora que permiten a los usuarios monitorear todos los sistemas de forma remota desde un teléfono inteligente o una computadora. Tres de las principales empresas productoras de granjas verticales de contenedores de envío son Freight Farms, CropBox y Growtainers.

Pros y contras de las granjas verticales

Dickson Despommier, en su libro The Vertical Farm: Feeding the World in the 21st Century, enumeró una serie de beneficios ambientales y sociales de la agricultura vertical. La siguiente es una adaptación de los puntos principales de Despommier:

• Producción continua de cultivos. La tecnología de agricultura vertical puede garantizar la producción de cultivos durante todo el año en regiones no tropicales. La producción es mucho más eficiente que la agricultura terrestre. Según Despommier, un solo acre de interior de una granja vertical puede producir un rendimiento equivalente a más de 30 acres de tierra de cultivo, cuando se considera el número de cultivos producidos por temporada.
• Eliminación de herbicidas y plaguicidas. Las condiciones controladas de crecimiento en una granja vertical permiten una reducción o abandono total del uso de plaguicidas químicos. Algunas operaciones de agricultura vertical utilizan mariquitas y otros controles biológicos cuando es necesario para hacer frente a las infestaciones de plagas.
• Protección contra las variaciones relacionadas con el clima en la producción de cultivos. Debido a que los cultivos en una granja vertical se cultivan en un entorno controlado, están a salvo de eventos climáticos extremos como sequías, granizo, inundaciones e incluso huracanes.
• Conservación y reciclaje del agua. Las técnicas de cultivo hidropónico utilizadas en las granjas verticales utilizan entre un 70% y un 95% menos de agua que la agricultura normal.
• Respetuoso con el clima. El cultivo en interiores reduce o elimina el uso de tractores y otros equipos agrícolas grandes que se usan comúnmente en granjas al aire libre, reduciendo así la quema de combustible fósil. Según Despommier, el despliegue de granjas verticales a gran escala podría resultar en una reducción significativa de la contaminación del aire y de las emisiones de CO2. Además, las emisiones de carbono podrían reducirse porque los cultivos de una granja vertical generalmente se envían a solo unas cuadras de la instalación de producción, en lugar de ser transportados en camiones o enviados cientos o miles de millas desde una granja convencional a un mercado.
• Gente amable. La agricultura convencional es una de las ocupaciones más peligrosas en los Estados Unidos. Algunos riesgos laborales comunes que se evitan en la agricultura vertical son los accidentes al operar equipos agrícolas grandes y peligrosos y la exposición a productos químicos venenosos (Despommier, 2011).

A pesar de estas ventajas percibidas de las granjas verticales, algunos expertos en agricultura se muestran escépticos de que los costos y beneficios se calculen. Algunos piensan que los bienes raíces urbanos caros en muchas ciudades pueden descartar las granjas verticales (aunque el uso de almacenes abandonados o sitios contaminados ambientalmente puede ayudar a la economía). Y el alto uso de electricidad para hacer funcionar la iluminación y la calefacción/refrigeración en una granja vertical afecta la economía. A continuación se presenta un resumen de las desventajas percibidas de la agricultura vertical:

• Costos de terreno y construcción. Las ubicaciones urbanas para granjas verticales pueden ser bastante caras. Algunas granjas verticales existentes se basan en almacenes abandonados, áreas abandonadas o sitios Superfund, que pueden ser más económicos para la construcción.
• Uso de energía. Aunque los costos de transporte pueden ser significativamente menores que en la agricultura convencional, el consumo de energía para la iluminación artificial y el control del clima en una granja vertical puede aumentar significativamente los costos de las operaciones. Un informe de 2021 del Censo Mundial de la CEA destaca que, mientras que los invernaderos utilizan aproximadamente 5,4 kWh por kilogramo de producto producido, la agricultura vertical de interior utiliza 38,8 kWh por kilogramo de producto producido. Si bien se están desarrollando LED que pueden reducir el consumo de energía y en climas más soleados se puede utilizar la energía solar, aún está en curso el debate sobre el verdadero impacto ecológico de la agricultura vertical en comparación con la agricultura tradicional (Tahir, 2024).
• Número limitado de especies de cultivos. En los sistemas hidropónicos, las verduras de hoja verde como la lechuga, la espinaca y la col rizada son los cultivos más populares debido a sus cortos ciclos de vida y sus necesidades de nutrientes relativamente bajas. Estas características los hacen muy adecuados para el entorno controlado de la agricultura hidropónica, lo que permite cosechas más rápidas y un uso eficiente de los recursos. Por el contrario, los cultivos con ciclos de vida más largos y necesidades de nutrientes más complejas, como los tomates y los pepinos, son menos preferidos, ya que exigen un manejo y unos recursos más intensivos. Esto hace que las verduras de hoja verde sean la opción óptima para maximizar la productividad y la rentabilidad en sistemas hidropónicos (Stanghellini y Katzin, 2024).
• Necesidades de polinización. Los cultivos que requieren polinización por insectos están en desventaja en una granja vertical, ya que los insectos generalmente se excluyen del entorno de crecimiento. Las plantas que requieren polinización pueden necesitar ser polinizadas a mano, lo que requiere tiempo y mano de obra del personal. Sin embargo, en 2017, la startup italiana BuzzUp desarrolló un sistema de polinización de precisión monitoreado por IA y algoritmos utilizando abejas melíferas y abejorros para lograr una polinización óptima dentro de la agricultura de interior, lo que puede ayudar a diversificar las especies de cultivo cultivadas y ha demostrado lograr rendimientos un 20% más altos que los de los polinizadores no monitoreados (Despommier, 2013).

¿Qué pasa con los costos de iluminación?

En la mayoría de las granjas verticales se utilizan diodos emisores de luz (LED) de alta eficiencia, con bombillas especiales que utilizan solo los espectros de luz roja y azul, los más beneficiosos para optimizar el crecimiento de las plantas. Eliminar la producción de otras ondas de luz ayuda a reducir los costos de energía hasta en un 15%. Sin embargo, la factura total de electricidad (y la huella de carbono) de un invernadero vertical autónomo puede seguir siendo sustancial. Los avances recientes incluyen LED sintonizables, que ajustan los espectros de luz en función de la etapa de crecimiento de la planta, lo que mejora aún más la eficiencia y reduce los costos. La investigación y el desarrollo continuos de LED aún más eficientes ayudarán a reducir los costos y la contribución a la contaminación por carbono de la iluminación LED en las operaciones de agricultura vertical (Katzin et al., 2021).

Grandes bancos de lámparas fluorescentes proporcionan el espectro de luz que mantiene vivos los lechos flotantes de plantas durante todo el año en The Plant Chicago, una instalación de agricultura vertical. Fuente: Peter Gray/Harvest Public Media

¿Se pueden certificar las granjas verticales como ecológicas?

Los agricultores valoran la etiqueta de Orgánico Certificado del USDA, y los consumidores a menudo pagan una prima por los productos orgánicos certificados. El Programa Orgánico Nacional (NOP) del USDA, bajo 7 CFR Parte 205, establece estándares nacionales con la orientación de la Junta Nacional de Normas Orgánicas (OSB). En 2017, las regulaciones de NOP se actualizaron para permitir que los sistemas hidropónicos se certifiquen como orgánicos si utilizan insumos orgánicos, como semillas orgánicas, fuentes de nutrientes naturales y sustancias aprobadas para el control de plagas, y cumplen con los criterios para mantener los recursos naturales y el equilibrio ecológico. En 2022, el Tribunal de Apelaciones del Noveno Circuito confirmó una sentencia que permitía que los productos hidropónicos se vendieran como orgánicos, continuando el debate sobre la aplicación de la Ley de Producción de Alimentos Orgánicos (OFPA) a la hidroponía. Para obtener más información, visite el sitio web de NOP o comuníquese con los agentes certificadores acreditados enumerados por el USDA.

Aunque la certificación orgánica para los sistemas hidropónicos y acuapónicos ahora está permitida por las regulaciones del NOP, siempre que cumplan con los criterios para usar insumos orgánicos y mantener el equilibrio ecológico, el debate sigue siendo intenso. Los críticos argumentan que la verdadera agricultura orgánica requiere suelo y actividad biológica, argumentando que los sistemas sin suelo no pueden encarnar los principios holísticos de la agricultura orgánica. Esta controversia ha llevado a esfuerzos continuos por parte de algunos grupos para revertir la aprobación de la certificación orgánica para la hidroponía, destacando la división persistente dentro de la comunidad de agricultura orgánica (NOSB, 2010).

Financiación para granjas verticales

Obtener financiación inicial para cualquier empresa agrícola es difícil. Esto es especialmente cierto para los agricultores y empresarios que establecen operaciones comerciales de agricultura vertical. Sin embargo, tanto las fuentes de financiación públicas como las privadas han financiado las granjas verticales en los últimos años y, a medida que la tecnología madure, es probable que se invierta más en este sector. Es esencial tener a mano un plan de negocios bien redactado, que incluya los costos de capital, los enfoques de marketing, la dotación de personal y la base de clientes, antes de buscar financiación.

Los programas de préstamos y subvenciones federales y estatales, generalmente disponibles para proyectos de agricultura tradicional y sostenible, también se pueden aprovechar para proyectos de granjas verticales. El USDA enumera varias subvenciones y oportunidades de financiación que podrían ser adecuadas para la agricultura vertical de interior:

• Servicio de Comercialización Agrícola (AMS) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA, por sus siglas en inglés). La AMS administra programas que apoyan los sistemas alimentarios locales y regionales, que podrían incluir iniciativas de agricultura vertical. Subvenciones como el Programa de Promoción de Mercados Agrícolas (FMPP) y el Programa de Promoción de Alimentos Locales (LFPP) tienen como objetivo fortalecer las oportunidades de mercado para los productores locales.
• Programas de Desarrollo Rural del USDA. El Departamento de Desarrollo Rural del USDA ofrece varios programas de subvenciones y préstamos para apoyar el desarrollo económico en las zonas rurales. Los proyectos de agricultura vertical en regiones rurales pueden ser elegibles para recibir asistencia a través de programas como la Subvención para Productores de Valor Agregado (VAPG) o el Programa de Energía Rural para América (REAP).
• Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura (NIFA, por sus siglas en inglés) del USDA. NIFA apoya las actividades de investigación, educación y extensión en la agricultura. Las oportunidades de financiamiento pueden estar disponibles a través de los diversos programas de subvenciones de NIFA, como el programa de Investigación y Educación en Agricultura Sostenible (SARE), que promueve las prácticas agrícolas sostenibles.
• Agricultura Urbana y Producción Innovadora (UAIP) del USDA. Las subvenciones competitivas de la UAIP inician o amplían los esfuerzos de los agricultores, jardineros, ciudadanos, funcionarios gubernamentales, escuelas y otras partes interesadas en las zonas urbanas y los suburbios. Los proyectos pueden centrarse en áreas de acceso a alimentos, educación, negocios y costos iniciales para nuevos agricultores, y desarrollo de políticas relacionadas con la zonificación y otras necesidades de la producción urbana.
• Programa de Subvenciones en Bloque para Cultivos Especiales del USDA. Las granjas verticales que se especializan en cultivos de alto valor como hierbas, microvegetales o verduras especiales pueden encontrar apoyo a través del Programa de Subvenciones en Bloque para Cultivos Especializados, que tiene como objetivo mejorar la competitividad de los cultivos especializados en el mercado.
• Iniciativa de Investigación, Educación y Extensión de la Producción Agrícola Urbana, de Interiores y de Otros Sectores Emergentes (IUE). El IUE es un programa de subvenciones competitivas de NIFA implementado en 2022 para apoyar actividades de investigación, educación y extensión que faciliten el desarrollo de sistemas de producción agrícola urbanos, de interior y otros sistemas de producción agrícola emergentes.

Conclusión

La evolución de la agricultura vertical de un concepto novedoso a un fenómeno próspero es evidente en el creciente número de granjas verticales en los Estados Unidos y más allá. A diferencia de su enfoque inicial en ensaladas verdes, las granjas verticales contemporáneas ahora diversifican sus ofertas de cultivos, atendiendo a las comunidades locales y a las tiendas de alimentos especializados de alta gama. Este movimiento global resulta particularmente beneficioso en regiones propensas a huracanes y que luchan contra la escasez de agua, debido a sus ventajas inherentes de eficiencia espacial y reducción del uso de agua.

De cara al futuro, se prevé que las granjas verticales den prioridad a los cultivos de alto rendimiento y de corta rotación, en consonancia con las preferencias de los consumidores por los productos frescos de origen local. La participación activa de las comunidades locales y las tiendas especializadas en alimentos desempeña un papel crucial en el mantenimiento de estos sistemas agrícolas innovadores, contribuyendo a su viabilidad económica. A pesar de los desafíos en el consumo de electricidad, la agricultura vertical ha respondido con soluciones innovadoras, como la adopción de sistemas de iluminación LED altamente eficientes y prácticas holísticas de gestión de la energía.

En particular, la industria ha invertido en estrategias como el aislamiento de edificios, sistemas avanzados de climatización y la integración de energía solar para mitigar los costos de electricidad, reduciendo tanto la huella ecológica como la mejora de la viabilidad económica. El futuro de la agricultura vertical parece prometedor, caracterizado por un compromiso con la sostenibilidad, la eficiencia económica y la resiliencia frente a los desafíos ambientales. Los planificadores urbanos y los defensores de la agricultura sostenible siguen de cerca estos avances, reconociendo el potencial de la industria para inspirar la transformación agrícola mundial hacia un futuro más sostenible y productivo.

Granjas verticales en los Estados Unidos

A partir de diciembre de 2023, hay cientos de granjas verticales en los Estados Unidos. A continuación, se muestra una lista adaptable de algunas de las granjas enumeradas en este artículo, así como otras granjas verticales notables de EE. UU.

Granjas Aéreas
Newark, Nueva Jersey
Sistema de cultivo vertical basado en aeroponía. Desarrollo de la granja vertical más grande del mundo (69,000 pies cuadrados).

Granjas Bowery Inc.
Nueva York, Nueva York
Empresa de agricultura vertical y agricultura digital con granjas operativas en Nueva Jersey, Maryland y Pensilvania. Nos especializamos en el cultivo y entrega de lechuga, verduras de hoja verde y hierbas sin pesticidas.

Cosecha de
ensueñoHouston, Texas
Granja vertical de interior que cultiva una variedad de verduras de hoja verde.

Mucho
Compton, California
Actualmente, Plenty está construyendo la granja vertical de interior más avanzada del mundo, que proporciona a los supermercados de alta gama verduras sin pesticidas durante todo el año.

Granjas
del Área 2Arlington, Virginia
Una granja vertical que ha reutilizado una antigua fábrica y almacén de procesamiento de papel para cultivar verduras y otras verduras utilizando técnicas avanzadas de agricultura de precisión.

Cosecha vertical
Jackson Hole, Wyoming
Una granja vertical de carrusel giratorio de tres pisos adjunta a un estacionamiento.

Alimentos FarmBox
Castle Rock, Colorado
Una granja vertical de contenedores de envío que cultiva verduras de hoja verde. En 2020, lanzaron una granja de contenedores de hongos gourmet especializados.

Referencias

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Esta publicación es producida por el Centro Nacional de Tecnología Apropiada a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, con acuerdo de cooperación con la agencia de Desarrollo Rural del USDA. Esta publicación también fue posible en parte gracias a la financiación de la Subvención de Investigación en Agricultura y Alimentos #2012-68006-30177 del USDA NIFA. ATTRA.NCAT.ORG.