Jordbruk med kontrollerad miljö kombinerar energieffektiva, transparenta solpaneler; kylning av torkmedel med låg energi; salttoleranta ätbara växter; och algbioteknik. Kredit:© 2020 KAUST; Ivan Gromicho
Effektiva växthuskomplex som kommer att odla grödor med hjälp av de resurser som finns på ökenkusten kan förbättra livsmedelssäkerheten för miljoner.
Framväxande teknologier kan utnyttjas för att använda styrkorna hos varma, fuktiga kustöknar i Mellanöstern och Nordafrika (MENA) för att odla mat och andra grödor.
KAUST-forskare efterlyser en ny generation av stora växthuskomplex, som stöds av nya solpaneler, luftkylningsteknologier och framsteg inom salttolerant jordbruk. Deras koncept skulle kunna kickstarta en hållbar jordbruksrevolution i kustnära ökenregioner över hela världen.
"Controlled Environment Agriculture (CEA) använder integrerade system för att underlätta hållbar, lokal växtodling i stor skala", säger Kyle Lauersen, syntetisk biolog. “Vår vision kombinerar flera tekniker som för närvarande utvecklas på KAUST:energieffektiva, transparenta solpaneler; kylning av torkmedel med låg energi; salttoleranta ätbara växter; och algbioteknik.”
Kustlägen i MENA-regionen har gott om tillgång till havsvatten och intensivt solljus året runt. CEA gör det möjligt att använda havsvatten för att odla salttoleranta grödor, såsom nyidentifierade sorter av tomater och gröna grönsaker. Blandbevattning innebär att CEA skulle ha en lägre påverkan på kommunal försörjning. För att få extra sötvatten planerar forskarna att skörda från fuktig luft.
"Vi är glada över utvecklingen inom kylteknik som utnyttjar flytande torkmedel", säger forskaren Ryan Lefers. "Torkmedel är högkoncentrerade ämnen som absorberar vatten från luften - tänk på de kiseldioxidförpackningar som finns i elektroniska förpackningar. När fuktig luft pumpas genom ett flytande torkmedelssystem använder den en mycket saltlösning för att absorbera fukten.”
Luften som släpps ut av systemet är torrare och svalare och kan cirkuleras i växthusen, samtidigt som det uppfångade sötvattnet återvinns. Uppbyggnaden av överdriven värme inuti växthus är ett stort problem i MENA-regionen. En lösning kommer från KAUST start-up iyris:som använder halvtransparenta solpaneler som fönster. Sådana paneler släpper igenom synligt ljus för växttillväxt, samtidigt som infraröd energi (värme) omvandlas till elektricitet.
Forskarna hoppas också kunna kombinera växt- och algtillväxt för att generera inte bara mat, utan också biomassaråvaror för vattenbruk, djurfoder, kemiska industriprodukter och bioplaster. Alger kan odlas i fotobioreaktorer i CEA, och denna samodling skulle öka systemets värdeproduktion.
"Vi ser en otrolig potential för regionalt inspirerade blandningar av salttoleranta och sötvattensarter i olika anläggningar, beroende på marknadens krav", säger Lauersen. "Det blir allt viktigare att producera mat och produkter i närmare närhet till samhällen som behöver det. CEA kommer också att ge livsmedelstrygghet, jobb och en ekonomisk bas för export året runt.”
"Det är här tvärvetenskaplig forskning kommer till sin rätt", säger växtforskaren Mark Tester. "Ett pilot-CEA-växthus är under uppbyggnad på KAUST som en del av vårt spin-off-företag Red Sea Farms, och vi kommer att samarbeta med kollegor över hela universitetet och utanför universitetet för att visa den spännande potentialen för CEA."
Referens:"Emerging Technologies to Enable Sustainable Controlled Environment Agriculture in the Extreme Environments of Middle East-North Africa Coastal Regions" av Ryan M. Lefers, Mark Tester och Kyle J. Lauersen, 2 juli 2020, Frontiers in Plant Science .
DOI:10.3389/fpls.2020.00801
