Abstraktaĵo: En la lastaj jaroj, kun la kontinua esplorado de moderna agrikultura teknologio, la fabrikindustrio ankaŭ rapide disvolviĝis. Ĉi tiu artikolo prezentas la status quo, ekzistantajn problemojn kaj evoluajn kontraŭrimedojn de fabrikteknologio kaj industria disvolviĝo, kaj antaŭĝojas pri la evolua tendenco kaj perspektivo de fabrikfabrikoj en la estonteco.

1. Aktuala stato de teknologia disvolviĝo en fabrikoj en Ĉinio kaj eksterlande

1.1 La status quo de eksterlanda teknologia disvolviĝo

Ekde la 21-a jarcento, la esplorado pri plantfabrikoj ĉefe fokusiĝis al plibonigo de lum-efikeco, kreado de plurtavola tridimensia kultiva sistema ekipaĵo, kaj esplorado kaj disvolviĝo de inteligenta administrado kaj kontrolo. En la 21-a jarcento, la novigado de agrikulturaj LED-lumfontoj progresis, provizante gravan teknikan subtenon por la apliko de LED-energiŝparaj lumfontoj en plantfabrikoj. La Universitato de Chiba en Japanio faris kelkajn novigojn en alt-efikaj lumfontoj, energiŝpara media kontrolo kaj kultivaj teknikoj. La Universitato de Wageningen en Nederlando uzas kultivaĵ-median simuladon kaj dinamikan optimumigan teknologion por disvolvi inteligentan ekipaĵsistemon por plantfabrikoj, kiu multe reduktas funkciajn kostojn kaj signife plibonigas laborproduktivecon.

En la lastaj jaroj, plantfabrikoj iom post iom realigis la duonaŭtomatigon de produktadaj procezoj, de semado, plantidkultivado, transplantado kaj rikoltado. Japanio, Nederlando kaj Usono estas ĉe la avangardo, kun alta grado de mekanizado, aŭtomatigo kaj inteligenteco, kaj disvolviĝas en la direkto de vertikala agrikulturo kaj senhoma funkciigo.

1.2 Stato de teknologia disvolviĝo en Ĉinio

1.2.1 Specialigita LED-lumfonto kaj energiŝpara aplikaĵteknologia ekipaĵo por artefarita lumo en fabriko

Specialaj ruĝaj kaj bluaj LED-lumfontoj por la produktado de diversaj plantspecioj en plantfabrikoj estis evoluigitaj unu post la alia. La potenco varias de 30 ĝis 300 W, kaj la surradiada lumintenseco estas 80 ĝis 500 μmol/(m²•s), kio povas provizi lumintensecon kun taŭga sojla gamo, lumkvalitaj parametroj, por atingi la efikon de alt-efika energiŝparo kaj adaptiĝi al la bezonoj de plantkresko kaj lumigado. Rilate al varmodisradiada administrado de la lumfonto, oni enkondukis la aktivan varmodisradiadan dezajnon de la lumfonta ventolilo, kiu reduktas la lumkadukiĝon de la lumfonto kaj certigas la vivdaŭron de la lumfonto. Krome, oni proponas metodon por redukti la varmon de la LED-lumfonto per nutra solvaĵo aŭ akvocirkulado. Rilate al spacadministrado de la lumfonto, laŭ la evolua leĝo de plantgrandeco en la plantida stadio kaj pli posta stadio, per la vertikala spacmovada administrado de la LED-lumfonto, la plantkanopeo povas esti lumigita je proksima distanco kaj la energiŝpara celo estas atingita. Nuntempe, la energikonsumo de artefarita lumo en fabrikoj povas konsistigi 50% ĝis 60% de la totala funkcianta energikonsumo de la fabriko. Kvankam LED-oj povas ŝpari 50% da energio kompare kun fluoreskaj lampoj, ankoraŭ ekzistas la potencialo kaj neceso de esplorado pri energiŝparo kaj konsumredukto.

1.2.2 Plurtavola tridimensia kultivteknologio kaj ekipaĵo

La tavolinterspaco de la plurtavola tridimensia kultivado estas reduktita ĉar la LED anstataŭigas la fluoreskan lampon, kio plibonigas la tridimensian spacan utiligan efikecon de la plantkultivado. Ekzistas multaj studoj pri la dezajno de la fundo de la kultiva lito. La ŝvelintaj strioj estas desegnitaj por generi turbulan fluon, kiu povas helpi plantradikojn egale absorbi nutraĵojn en la nutra solvaĵo kaj pliigi la koncentriĝon de dissolvita oksigeno. Uzante la koloniigtabulon, ekzistas du koloniigmetodoj, tio estas, la plastaj koloniigtasoj de malsamaj grandecoj aŭ la sponga perimetra koloniigreĝimo. Glitiĝanta kultiva lita sistemo aperis, kaj la planttabulo kaj la plantoj sur ĝi povas esti mane puŝitaj de unu fino al la alia, realigante la produktadreĝimon de plantado ĉe unu fino de la kultiva lito kaj rikoltado ĉe la alia fino. Nuntempe, diversaj tridimensiaj plurtavolaj sengrundaj kultivteknologioj kaj ekipaĵoj bazitaj sur nutra likva filmteknologio kaj profunda likva fluoteknologio estis evoluigitaj, kaj la teknologio kaj ekipaĵo por substrata kultivado de fragoj, aerosola kultivado de foliaj legomoj kaj floroj ekestis. La menciita teknologio rapide evoluis.

1.2.3 Teknologio kaj ekipaĵo por cirkulado de nutra solvaĵo

Post kiam la nutra solvaĵo estis uzata dum iu tempodaŭro, necesas aldoni akvon kaj mineralajn elementojn. Ĝenerale, la kvanto de nove preparita nutra solvaĵo kaj la kvanto de acido-baza solvaĵo estas determinitaj per mezurado de EC kaj pH. Grandaj sedimenteroj aŭ radikdeskvamiĝo en la nutra solvaĵo devas esti forigitaj per filtrilo. Radikeksudaĵoj en la nutra solvaĵo povas esti forigitaj per fotokatalizaj metodoj por eviti kontinuajn kultivajn obstaklojn en hidroponiko, sed ekzistas certaj riskoj rilate al la havebleco de nutraĵoj.

1.2.4 Teknologio kaj ekipaĵo por media kontrolo

La aerpureco de la produktadspaco estas unu el la gravaj indikiloj pri la aerkvalito de la fabriko. La aerpureco (indikiloj de suspenditaj partikloj kaj sidantaj bakterioj) en la produktadspaco de la fabriko sub dinamikaj kondiĉoj devus esti kontrolita ĝis nivelo super 100 000. Enigo de materiala desinfektado, alvenanta aerduŝa traktado de personaro, kaj freŝaera cirkulada aerpuriga sistemo (aerfiltra sistemo) estas ĉiuj bazaj protektoj. La temperaturo kaj humideco, CO2-koncentriĝo kaj aerflua rapideco de la aero en la produktadspaco estas alia grava enhavo de aerkvalitkontrolo. Laŭ raportoj, la instalado de ekipaĵoj kiel aermiksaj kestoj, aerduktoj, aereniroj kaj aerelirejoj povas egale kontroli la temperaturon kaj humidecon, CO2-koncentriĝon kaj aerfluan rapidecon en la produktadspaco, por atingi altan spacan homogenecon kaj kontentigi la bezonojn de la fabriko en malsamaj spacaj lokoj. La temperaturo, humideco kaj CO2-koncentriĝa kontrolsistemo kaj la freŝaera sistemo estas organike integritaj en la cirkulantan aersistemon. La tri sistemoj devas dividi la aerdukton, aereniron kaj aerelirejon, kaj provizi potencon per la ventolilo por realigi la cirkuladon de aerfluo, filtradon kaj desinfektadon, kaj ĝisdatigon kaj homogenecon de aerkvalito. Ĝi certigas, ke la plantproduktado en la plantfabriko estas libera de damaĝbestoj kaj malsanoj, kaj neniu apliko de pesticidoj estas necesa. Samtempe, la homogeneco de la temperaturo, humideco, aerfluo kaj CO2-koncentriĝo de la kreskomediaj elementoj en la kanopeo estas garantiita por kontentigi la bezonojn de plantkreskado.

2. Evolua Stato de Fabrikindustrio

2.1 Status quo de fremda fabrikindustrio

En Japanio, la esplorado kaj disvolviĝo kaj industriigo de fabrikoj de artefarita lumo estas relative rapidaj, kaj ili estas je la ĉefa nivelo. En 2010, la japana registaro lanĉis 50 miliardojn da enoj por subteni teknologian esploradon kaj disvolviĝon kaj industrian demonstraĵon. Ok institucioj, inkluzive de la Universitato de Ĉiba kaj la Japana Asocio pri Esplorfabrikoj, partoprenis. La Japana Estonta Kompanio entreprenis kaj funkciigis la unuan industriigan demonstraĵan projekton de fabriko kun ĉiutaga produktado de 3 000 plantoj. En 2012, la produktokosto de la fabriko estis 700 enoj/kg. En 2014, moderna fabriko en la Kastelo Taga, Miyagi-prefektujo, estis kompletigita, fariĝante la unua LED-fabrika fabriko en la mondo kun ĉiutaga produktado de 10 000 plantoj. Ekde 2016, LED-fabrikaj fabrikoj eniris la rapidan vojon de industriigo en Japanio, kaj profitodonaj entreprenoj aperis unu post la alia. En 2018, grandskalaj plantfabrikoj kun ĉiutaga produktokapacito de 50 000 ĝis 100 000 plantoj aperis unu post la alia, kaj la tutmondaj plantfabrikoj disvolviĝis al grandskala, profesia kaj inteligenta disvolviĝo. Samtempe, Tokyo Electric Power, Okinawa Electric Power kaj aliaj kampoj komencis investi en plantfabrikojn. En 2020, la merkatparto de laktuko produktita de japanaj plantfabrikoj konsistigos ĉirkaŭ 10% de la tuta laktuka merkato. Inter la pli ol 250 artefaritaj lum-specaj plantfabrikoj nuntempe funkciantaj, 20% estas en perdo-fazo, 50% estas en la nivelo de kompensado, kaj 30% estas en profito-fazo, implikante kultivitajn plantospeciojn kiel laktuko, herboj kaj plantidoj.

Nederlando estas vera monda gvidanto en la kampo de kombinita aplika teknologio de suna lumo kaj artefarita lumo por fabrikoj, kun alta grado de mekanizado, aŭtomatigo, inteligenteco kaj senpilota uzo, kaj nun eksportas kompletan aron da teknologioj kaj ekipaĵoj kiel fortaj produktoj al la Mezoriento, Afriko, Ĉinio kaj aliaj landoj. La bieno American AeroFarms situas en Newark, Nov-Ĵerzejo, Usono, kun areo de 6500 m2. Ĝi ĉefe kultivas legomojn kaj spicojn, kaj la produktado estas ĉirkaŭ 900 tunoj/jare.

Vertikala terkultivado en AeroFarms

La fabriko de vertikala terkulturado de Plenty Company en Usono uzas LED-lumigon kaj vertikalan plantkadron kun alteco de 6 m. Plantoj kreskas de la flankoj de la plantujoj. Fidante je gravita akvumado, ĉi tiu metodo de plantado ne postulas aldonajn pumpilojn kaj estas pli akvo-efika ol konvencia terkulturado. Plenty asertas, ke lia bieno produktas 350-oble pli ol konvencia bieno, uzante nur 1% de la akvo.

Vertikala terkultivadplantfabriko, Plenty Company

2.2 Industrio de fabrikoj de statuso en Ĉinio

En 2009, la unua produktadfabriko en Ĉinio kun inteligenta kontrolo kiel kerno estis konstruita kaj ekfunkciigita en la Agrikultura Ekspozicia Parko de Ĉangĉuno. La konstruareo estas 200 m², kaj la mediaj faktoroj kiel temperaturo, humideco, lumo, CO2 kaj nutra solva koncentriĝo de la fabriko povas esti aŭtomate monitoritaj en reala tempo por realigi inteligentan administradon.

En 2010, la Fabriko Tongzhou estis konstruita en Pekino. La ĉefa strukturo uzas unu-tavolan malpezan ŝtalan strukturon kun totala konstruareo de 1289 m². Ĝi havas la formon de aviadilŝipo, simbolante la ĉinan agrikulturon gvidantan en la velado al la plej progresinta teknologio de moderna agrikulturo. La aŭtomata ekipaĵo por iuj operacioj de folilegomproduktado estis evoluigita, kio plibonigis la aŭtomatignivelon de produktado kaj produktadan efikecon de la fabriko. La fabriko uzas terfontan varmopumpilan sistemon kaj sunenergian generatorsistemon, kio pli bone solvas la problemon de altaj funkciaj kostoj por la fabriko.

Interna kaj ekstera vido de la fabriko Tongzhou

En 2013, multaj agrikulturaj teknologiaj kompanioj estis establitaj en la Agrikultura Altteknologia Demonstra Zono de Yangling, provinco Ŝanŝio. La plej multaj el la fabrikprojektoj sub konstruado kaj funkciigo situas en agrikulturaj altteknologiaj demonstraj parkoj, kiuj estas ĉefe uzataj por popularsciencaj demonstraĵoj kaj libertempaj turismumoj. Pro iliaj funkciaj limigoj, estas malfacile por ĉi tiuj popularsciencaj fabrikfabrikoj atingi la altan rendimenton kaj altan efikecon postulatajn de industriigo, kaj estos malfacile por ili fariĝi la ĉefa formo de industriigo en la estonteco.

En 2015, grava fabrikanto de LED-ĉipoj en Ĉinio kunlaboris kun la Instituto de Botaniko de la Ĉina Akademio de Sciencoj por komune iniciati la establon de plantfabrika kompanio. Ĝi transiris de la optoelektronika industrio al la "fotobiologia" industrio, kaj fariĝis precedenco por ĉinaj LED-fabrikistoj investi en la konstruadon de plantfabrikoj en industriigo. Ĝia Plantfabriko estas dediĉita al industriaj investoj en emerĝanta fotobiologio, kiu integras sciencan esploradon, produktadon, demonstradon, inkubacion kaj aliajn funkciojn, kun registrita kapitalo de 100 milionoj da juanoj. En junio 2016, ĉi tiu Plantfabriko kun 3-etaĝa konstruaĵo kovranta areon de 3 000 m² kaj kultivareo de pli ol 10 000 m² estis kompletigita kaj ekfunkciigita. Antaŭ majo 2017, la ĉiutaga produktadskalo estos 1 500 kg da foliaj legomoj, ekvivalente al 15 000 laktukoplantoj ĉiutage.

Vidpunktoj pri ĉi tiu kompanio

3. Problemoj kaj kontraŭrimedoj alfrontantaj la disvolviĝon de fabrikoj

3.1 Problemoj

3.1.1 Altaj konstrukostoj

Plantfabrikoj bezonas produkti kultivaĵojn en fermita medio. Tial necesas konstrui subtenajn projektojn kaj ekipaĵon, inkluzive de eksteraj prizorgaj strukturoj, klimatizaj sistemoj, artefaritaj lumfontoj, plurtavolaj kultivsistemoj, cirkulado de nutra solvaĵo kaj komputilaj kontrolsistemoj. La konstrukosto estas relative alta.

3.1.2 Altaj funkciigaj kostoj

Plej multaj lumfontoj bezonataj de plantfabrikoj devenas de LED-lampoj, kiuj konsumas multan elektron, samtempe provizante respondajn spektrojn por la kreskigo de diversaj kultivaĵoj. Ekipaĵoj kiel klimatizilo, ventolado kaj akvopumpiloj en la produktada procezo de plantfabrikoj ankaŭ konsumas elektron, do elektrokostoj estas grandega elspezo. Laŭ statistikoj, inter la produktokostoj de plantfabrikoj, elektrokostoj konsistigas 29%, laborkostoj 26%, amortizo de fiksaj aktivaĵoj 23%, pakado kaj transportado 12%, kaj produktadmaterialoj 10%.

Analizo de produktokostoj por fabriko

3.1.3 Malalta nivelo de aŭtomatigo

La nuntempe aplikata plantfabriko havas malaltan nivelon de aŭtomatigo, kaj procezoj kiel plantidoj, transplantado, kampa plantado kaj rikoltado ankoraŭ postulas manajn operaciojn, rezultante en altaj laborkostoj.

3.1.4 Limigitaj varioj de kultivaĵoj, kiujn oni povas kultivi

Nuntempe, la specoj de kultivaĵoj taŭgaj por plantfabrikoj estas tre limigitaj, ĉefe verdaj foliaj legomoj, kiuj kreskas rapide, facile akceptas artefaritajn lumfontojn, kaj havas malaltan kanopeon. Grandskala plantado ne eblas por kompleksaj plantadbezonoj (kiel ekzemple kultivaĵoj, kiuj bezonas esti polenitaj, ktp.).

3.2 Disvolviĝa Strategio

Konsiderante la problemojn, kiujn alfrontas la fabrikindustrio, necesas fari esploradon el diversaj aspektoj kiel teknologio kaj funkciigo. Responde al la nunaj problemoj, la kontraŭrimedoj estas jenaj.

(1) Fortigi la esploradon pri inteligenta teknologio de fabrikoj kaj plibonigi la nivelon de intensa kaj rafinita administrado. La disvolviĝo de inteligenta administra kaj kontrola sistemo helpas atingi intensan kaj rafinitan administradon de fabrikoj, kio povas multe redukti laborkostojn kaj ŝpari laboron.

(2) Evoluigi intensan kaj efikan teknikan ekipaĵon por fabrikoj por atingi ĉiujaran altkvalitan kaj altrendimentan rendimenton. La evoluigo de alt-efikaj kultivinstalaĵoj kaj ekipaĵoj, energiŝparaj lumigaj teknologioj kaj ekipaĵoj, ktp., por plibonigi la inteligentan nivelon de fabrikoj, favoras la realigon de ĉiujara alt-efika produktado.

(3) Fari esploradon pri industria kultivteknologio por altvaloraj plantoj kiel kuracherboj, sanplantoj kaj raraj legomoj, pliigi la specojn de kultivaĵoj kultivataj en plantfabrikoj, plilarĝigi profitkanalojn kaj plibonigi la deirpunkton de profito.

(4) Fari esploradon pri plantfabrikoj por hejma kaj komerca uzo, riĉigi la tipojn de plantfabrikoj, kaj atingi kontinuan profitecon per diversaj funkcioj.

4. Disvolviĝa Tendenco kaj Perspektivo de Fabrikfabriko

4.1 Tendenco de Teknologia Disvolviĝo

4.1.1 Plena-proceza intelektuigo

Surbaze de la maŝin-arta kunfandiĝo kaj perdo-preventado-mekanismo de la kultivaĵo-robota sistemo, oni kreu altrapidajn flekseblajn kaj nedetruajn plantadajn kaj rikoltajn finefektilojn, distribuitan multdimensia-spacan precizan poziciigadon kaj multmodalajn multmaŝinajn kunlaborajn stirmetodojn, kaj senhoman, efikan kaj nedetruan semadon en altaj fabrikoj - inteligentaj robotoj kaj subtenaj ekipaĵoj kiel plantado-rikolto-pakado devus esti kreitaj, tiel realigante la senhoman funkciadon de la tuta procezo.

4.1.2 Pli inteligenta produktokontrolo

Surbaze de la respondmekanismo de kultivaĵkresko kaj disvolviĝo al lumradiado, temperaturo, humideco, CO2-koncentriĝo, nutraĵkoncentriĝo de nutra solvaĵo, kaj elektra kondensado (EC), oni devus konstrui kvantan modelon de kultivaĵ-media retrosciigo. Oni devus establi strategian kerna modelon por dinamike analizi informojn pri foliaj legomoj kaj parametrojn de la produktada medio. Ankaŭ oni devus establi retan dinamikan identigan, diagnozan kaj procesregan sistemon de la medio. Oni devus krei plurmaŝinan kunlaboran artefaritinteligentecan decidsistemon por la tuta produktada procezo de altvolumena vertikala agrikultura fabriko.

4.1.3 Malaltkarbona produktado kaj energiŝparo

Establi energi-administradan sistemon, kiu utiligas renovigeblajn energifontojn kiel suna kaj venta energio por kompletigi potencotransdonon kaj kontroli energikonsumon por atingi optimumajn energi-administradajn celojn. Kapti kaj reuzi CO2-emisiojn por helpi kultivoproduktadon.

4.1.3 Alta valoro de altkvalitaj variaĵoj

Fareblaj strategioj devus esti prenitaj por bredi diversajn altvalor-aldonitajn variaĵojn por plantadeksperimentoj, konstrui datumbazon de kultivteknologiaj fakuloj, fari esploradon pri kultivteknologio, denseca selektado, stoplaranĝo, adaptiĝemo de variaĵoj kaj ekipaĵo, kaj formi normajn kultivteknikajn specifojn.

4.2 Perspektivoj por industria disvolviĝo

Fabrikfabrikoj povas seniĝi de la limigoj de resursoj kaj medio, realigi industriigitan produktadon de agrikulturo, kaj allogi novan generacion de laboristaro por okupiĝi pri agrikultura produktado. La ŝlosila teknologia novigado kaj industriigo de la ĉinaj fabrikaĵoj fariĝas monda gvidanto. Kun la akcelita apliko de LED-lumfontoj, ciferecigo, aŭtomatigo kaj inteligentaj teknologioj en la kampo de fabrikaĵoj, fabrikaĵoj altiros pli da kapitalinvestoj, talentkolektadon kaj uzon de pli da nova energio, novaj materialoj kaj novaj ekipaĵoj. Tiel, oni povas realigi profundan integriĝon de informa teknologio kaj instalaĵoj kaj ekipaĵoj, plibonigi la inteligentan kaj senhoman nivelon de instalaĵoj kaj ekipaĵoj, kontinua redukto de sistema energikonsumo kaj funkciigaj kostoj per kontinua novigado, kaj laŭgrada kultivado de specialigitaj merkatoj, inteligentaj fabrikaĵoj enkondukos la oran periodon de disvolviĝo.

Laŭ merkataj esplorraportoj, la tutmonda merkato por vertikala terkulturado en 2020 estas nur 2,9 miliardoj da usonaj dolaroj, kaj oni atendas, ke antaŭ 2025 ĝi atingos 30 miliardojn da usonaj dolaroj. Resumante, fabrikoj havas larĝajn aplikajn perspektivojn kaj disvolviĝan spacon.

Aŭtoro: Zengchan Zhou, Weidong, ktp

Informoj pri citaĵoj:Aktuala Situacio kaj Perspektivoj de la Disvolviĝo de Fabrikfabrikoj [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(1): 18-23.de Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, et al.