Zautomatyzowane rozwiązania dla rolnictwa: Farmy wertykalne i algorytmy uprawowe od Hydropolis

Uprawa roślin pozwalająca na oszczędność wody i przestrzeni uprawowej, a jednocześnie przyspieszająca ich wzrost oraz zapewniająca wysoką jakość plonów? To jak najbardziej możliwe dzięki prowadzeniu upraw wertykalnych. Krakowski startup Hydropolis dostarcza technologię, oprogramowanie sterujące, automatykę oraz niezbędne know-how do całorocznej produkcji roślin w kontrolowanych warunkach. Firma jest jednym z tegorocznych finalistów konkursu Start-up Challenge.

Na czym polegają uprawy wertykalne dostarczane przez firmę Hydropolis? „Farmy wertykalne to alternatywny sposób uprawy roślin, który realizowany jest w systemie kontrolowanych warunków z regulowanym klimatem, oświetleniem i systemem odżywiania. Rośliny umieszczone są pionowo – jedna nad drugą, tak jak książki w bibliotece. Niezależnie “od piętra”, wszystkie, bez wyjątku, otrzymują niezbędne elementy do prawidłowego wzrostu” – tłumaczy Anna Drwięga, COO Hydropolis.

Rozwiązanie “pod klucz” dostarczane przez firmę Hydropolis pozwala na stworzenie i utrzymanie idealnych warunków do wzrostu roślin każdego dnia, niezależnie od sezonu i pory roku. Każda z upraw jest ściśle monitorowana i nadzorowana dzięki autorskiemu oprogramowaniu GROW WIZARD, który powstał przy współpracy z firmą BinarApps.

Uprawy tego typu są odpowiedzią na wyzwania, z którymi zmaga się współczesne rolnictwo. Z jednej strony, dotyczą one uwarunkowań lokalnych związanych z regionem, klimatem czy z rodzajem upraw. Z drugiej, mają jednak związek z aspektami globalnymi, do których zaliczyć można m.in. ogromne zużycie wody czy wysokie koszty i emisję CO2, wynikającą z logistyki, transportu i pełnych łańcuchów dostaw.

„Naszym celem jest dołożenie cegiełki do budowy zrównoważonego systemu żywnościowego. Rolnictwo zajmuje około 40% powierzchni wszystkich lądów i jest odpowiedzialne za 70-90% wylesiania na całym świecie. W Polsce zużywa rocznie około 51,4 mld3 słodkiej wody. To aż 88% całkowitych zasobów wodnych w kraju. Dzięki rozwojowi nowoczesnych technologii i budowie farm wertykalnych możemy znacząco zmniejszyć zapotrzebowanie powierzchniowe oraz zużycie wody do uprawy” – mówi Anna Drwięga.

W trakcie jednego cyklu uprawowego, na takiej farmie, zużywa się do 95% mniej wody i do 65% mniej nawozów.  Na uprawach wertykalnych nie ma potrzeby stosowania żadnych środków ochrony roślin, w tym pestycydów, herbicydów ani fungicydów, ponieważ są to uprawy prowadzone w ściśle kontrolowanych warunkach, izolowane od środowiska zewnętrznego. Pozwala to na wyeliminowanie zagrożeń, takich jak grzyby, choroby, bakterie czy szkodniki.

Nowoczesne technologie pozwalają na uprawę roślin niezależnie od miejsca i klimatu oraz ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko. Służą one również do zrównoważonego wykorzystania zasobów tzn. stworzenia optymalnych warunków do rozwoju roślin przy minimalnym zużyciu wody (minimalizacja śladu wodnego) i nawozów. Przykładem firmy, która wykorzystała je do tych celów jest właśnie Hydropolis.

„Hydropolis współpracuje z 25-osobowym zespołem specjalistów z różnych branż, w tym od zarządzania, sprzedaży, rozwoju technologii, automatyki i nauki. We własnym centrum B+R stale rozwijamy algorytmy uprawowe, które służą do opracowywania autorskich przepisów uprawowych. Stale poszukujemy partnerów do współpracy” – dodaje Anna Drwięga.

Dwa systemy – SMART CROP i Plantainer

Technologia krakowskiego startupu, który na początku 2022 roku uzyskał od inwestorów kwotę 2,1 mln zł na jej rozwój, dostarczana jest w dwóch systemach: SMART CROP oraz Plantainer. Niezależnie od wybranego modelu produkcji jest on dostosowywany pod dostępną powierzchnię, zapotrzebowanie oraz gatunek uprawianej rośliny.

• SMART CROP – to skalowany system produkcji realizowany w pomieszczeniach do 5000 m2 typu hala lub magazyn. Rośliny rosną na dedykowanych konstrukcjach nośnych dobieranych w zależności od wysokości kubatury budynku.
• Plantainer – jest z kolei uprawą w kontenerze morskim. Może ona zostać uruchomiona praktycznie na każdej płaskiej powierzchni. Istnieje możliwość zmiany lokalizacji uprawy (jest to mobilne rozwiązanie). Typowy wymiar kontenera to 12x3m.

Niezależnie od wybranego systemu Hydropolis dostarcza technologię, oprogramowanie oraz know how do prowadzenia farmy wertykalnej. Kluczowym elementem technologii są opracowywane algorytmy uprawowe, które pozwalają przyśpieszyć pracę oraz ograniczyć czynnik ludzki. Odpowiadają one za utrzymanie idealnych warunków do wzrostu roślin na uprawie wertykalnej: pozwalających na produkcję wysokiej jakości plonów, przy równoczesnym efektywnym wykorzystaniu zasobów.

Algorytmy uprawowe tworzone są na różnych warstwach. Podstawowa i pierwsza warstwa to zebranie danych o fizjologii roślin, jej wymogach odżywczych, środowiskowych i energetycznych. Kolejnym krokiem jest określenie, jak rośliny reagują na różne warunki, w tym na dostępność składników odżywczych zarówno z wody, jak i z powietrza. Te informacje pomagają w Hydropolis stworzyć model wzrostu roślin.

„Łączymy powyższe warstwy w algorytm – matematyczny i logiczny proces uprawy, który obejmuje także analizę bieżących pomiarów z sond monitorujących atmosferę oraz pożywkę.  Efektem jest bieżące zarządzanie procesem poprzez polecenia wydawane poprzez automatykę na konkretne elementy systemu, między innymi – pompy nawadniające, pompy dozujące, mieszalniki, natleniacze, lampy, wentylatory, zawory, filtry. W przyszłości do całego procesu planujemy wprowadzić elementy AI, jak i roboty, które mogą być pomocne w przyśpieszeniu wybranych etapów uprawy” – mówi Wojciech Krajewski, CEO Hydropolis.

Wraz z tym procesem, wiąże się nie tylko dostarczanie wartości logicznych, ale także infrastruktury, w tym:

• lamp o konkretnych, indywidualnie dobranych – widmach i intensywnościach światła,
• systemów dozowania i rozprowadzenia wody ze składnikami odżywczymi,
• systemów hydraulicznych i wentylacyjnych zapewniających odpowiednie warunki dla wzrostu roślin i zdolność dowolnego sterowania tymi warunkami w zadanych zakresach.

„Nasz proces jest elastyczny i dostosowywany do różnych gatunków roślin, co pozwala na precyzyjne planowanie i produkcję roślin o określonej ilości i jakości w określonym czasie. Nasz zespół B+R zajmuje się pracami nad konkretnymi algorytmami” – dodaje Anna Drwięga, COO Hydropolis.

Na uprawie wertykalnej Hydropolis zautomatyzowane są następujące czynności:

• System nawadniania – na farmach wertykalnych Hydropolis rośliny uprawiane są w systemie hydroponicznym. To bezglebowa metoda uprawy, w których korzenie roślin mają stały dostęp do niezbędnych mikro- i makro elementów rozpuszczonych w wodzie (pożywka). Na podstawie algorytmu automatyka samodzielnie dozuje wskazaną ilość pożywki oraz czuwa nad tym, aby zachować odpowiedni stan nawodnienia.
• Kontrola oświetlenia – automatyka czuwa też nad uruchomieniem i wyłączeniem światła o wyznaczonym czasie. Pozostałe zautomatyzowane procesy to sterowanie czasem naświetlenia oraz zapewnienie odpowiedniego DLI dla rośliny (ilości światła jaka dociera do roślin w ciągu doby). Warto dodać, że ilość światła docierającego w określonym czasie oraz jego spektrum, różni się w zależności od gatunku rośliny.
• Kontrola atmosfery – system kontrolowanej atmosfery zapewnia roślinom odpowiednią temperaturę, wilgotność, koncentrację CO2 oraz cyrkulację powietrza, a także pozwala na powtarzalną produkcję zdrowych roślin z wysoką zawartością karetonoidów i niskim stężeniem azotanów, bez użycia środków ochrony roślin.

Oprogramowanie GROW WIZARD

Nad wszystkim czuwa oprogramowanie GROW WIZARD – opracowane przez Hydropolis przy współpracy z BinarApps – które nadaje odpowiedni algorytm uprawowy dla określonej rośliny. Dzięki niemu wszystkie odczyty z czujników i informacje o stanie uprawy można sprawdzić online, bez fizycznej obecności na miejscu uprawy. Software GROW WIZARD pozwala więc na bieżąco monitorować stan uprawy, zbierać odczyty związane z atmosferą czy pożywką oraz sterować nimi i dostosowywać je do aktualnych potrzeb. Wszystkie dane i aktywności są archiwizowane. Użytkownik ma możliwość generowania raportów, np. dotyczących warunków w określonym czasie czy ilości zebranych plonów, ale też wiele innych funkcjonalności pomagających w planowaniu i prowadzeniu uprawy.

Zaimplementowana automatyka pomaga też ograniczyć błędy ludzkie. Zainstalowany system wczesnego reagowania pozwala uniknąć uszkodzeń i awarii. Właściciel uprawy ma wgląd do warunków panujących na linii produkcyjnej z poziomu jednego urządzenia. GROW WIZARD ułatwia również podejmowanie decyzji na temat skalowania produkcji i rozwoju biznesu.

Kto może korzystać z tej technologii?

Głównymi odbiorcami rozwiązania krakowskiego startupu są szeroko pojęci rolnicy, których zarobki są ściśle powiązane z osiągniętymi plonami, a ich powodzenie nie jest pewne w warunkach naturalnych. Drugą grupę stanowią hurtownie spożywcze oraz inwestorzy indywidualni, którzy są gotowi rozpocząć działalność na rynku spożywczym. Systemy mogą mieć również zastosowanie wśród restauracji czy stołówek, a nawet odbiorców prywatnych, którym zależy na ekologicznych i świeżych produktach. Hydropolis realizuje zamówienia metodą „zaprojektuj i wybuduj”, czyli dla każdego klienta tworzony jest osobny system w zależności od infrastruktury i rodzaju uprawy.

„Główną zaletą naszej technologii jest możliwość jej dostosowania do posiadanej przestrzeni. Uprawy Hydropolis mogą być prowadzone w halach, magazynach lub innych obiektach znajdujący się np. w terenach mocno zurbanizowanych. Zmniejszenie odległości od producenta do konsumenta pozwala na znaczne ograniczenie kosztów oraz emisji CO2, wynikającej z działań logistycznych. Głównym kosztem operacyjnym przy tego typu uprawach jest energia elektryczna potrzebna do oświetlenia, której zużycie jest zależne od typu uprawianych roślin. W uprawach projektowanych przez Hydropolis zapotrzebowanie na energię jest zmniejszane poprzez wykorzystanie OZE” – komentuje Marcin Łasak, CIO w Hydropolis.

Rodzaj uprawianej rośliny zależy od wybranego systemu uprawy. I tak SMART CROP dostosowany jest do wzrostu sałat, ziół oraz niskich kwiatów. Z kolei w Plantainerze najlepiej uprawiać sałaty (również cięższe – typu sałata lodowa) ale także zioła i kwiaty. Ponadto istnieje możliwość dostosowania zabudowy Plantainera pod uprawę hydroponiczną traw, niskiego zboża (np. jęczmienia), mikroziół/mikroliści. Oba systemy dostępne są w sprzedaży od kwietnia 2022 roku.

Plany na przyszłość

Obecnie Hydropolis jest w trakcie budowy komercyjnej uprawy dla klienta w centralnej Polsce oraz równolegle pozyskuje zarówno nowe kontakty handlowe, jak i środki na rozwój. Planowana jest rozbudowa centrum B+R zlokalizowanego w Krakowie, w którym nieustannie trwają badania nad wprowadzeniem upraw dla kolejnych gatunków roślin, m.in. ziół, ale także roślin owocujących, np. truskawek. Również w niedalekiej przyszłości badany będzie wzrost roślin wysokobiałkowych w warunkach kontrolowanych. Jednym z celów na najbliższe dwa lata jest również wyjście na rynki zagraniczne – w tym na Bliski Wschód. Równolegle zespół BinarApps, na zlecenie Hydropolis, kontynuuje prace nad rozbudową aplikacji GROW WIZARD o dodatkowe funkcjonalności.

Dodajmy, że Hydropolis trafił w tym roku do programu mentoringowego InCredible Sebastiana Kulczyka, jako jeden ze zwycięzców konkursu Start-up Challenge podczas tegorocznej, 15. edycji Europejskiego Kongresu Gospodarczego w Katowicach. Spółka została też jednym z pięciu laureatów Rankingu Zielonych Inicjatyw 2023 – przeglądu najciekawszych, pomysłowych i efektywnych inwestycji służących ograniczeniu wpływu działalności gospodarczej na środowisko i klimat.