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La agricultura integrada en edificios (BIA) utiliza predominantemente técnicas de cultivo sin suelo como hidroponía, acuapónica o aeroponía. Los beneficios de BIA incluyen la producción durante todo el año, mayores rendimientos, un mayor control de la inocuidad de los alimentos y la bioseguridad, y una reducción sustancial de los insumos con respecto al suministro de agua, pesticidas, herbicidas y fertilizantes, así como una mayor eficiencia energética de los edificios mediante la creación de relaciones simbióticas entre la granja y su edificio anfitrión. Los sistemas BIA se pueden aplicar en la envolvente del edificio, en la azotea o en las fachadas, para aprovechar la disponibilidad de luz natural, o en interiores con luz artificial, o en un edificio independiente (Figura 2), y se controlan todos los parámetros de crecimiento. Esto se conoce como Agricultura de Medio Ambiente Controlado, o CEA, que combina habilidades hortícolas e ingeniería con el fin de optimizar la producción de cultivos, la calidad de los cultivos y la eficiencia de la producción.

Invernaderos en la azotea

Entre las diversas formas existentes de BIA, la agricultura de invernadero en tejados es una de las más populares, ya que los tejados representan un área urbana no utilizada considerable, y los invernaderos hidropónicos ligeros no requieren ningún refuerzo estructural significativo del edificio anfitrión (Benis & Ferrão 2018). La azotea es un paisaje ideal para el cultivo de plantas en ciudades densas, ya que normalmente tiene una mayor exposición a la energía solar que el suelo de abajo. Mientras que los rendimientos de los invernaderos hidropónicos son más altos que los de las granjas de tejados al aire libre, la gama de verduras que se pueden cultivar es más pequeña y tiende a restringirse a verduras de hoja, microverdes, hierbas, tomates, pepinos, berenjenas, pimientos y fresas (Buehler & Junge 2016). A menudo, los invernaderos hidropónicos cuentan con sistemas de control climático, tales como ventiladores, calentadores, refrigeración por evaporación, pantallas térmicas y ventanas operables, con el fin de acondicionar el aire interior y lograr la temperatura óptima, la humedad relativa y los niveles de dióxido de carbono, independientemente de las condiciones exteriores. Se calientan con gas natural o electricidad, con potencial respaldo a través de paneles fotovoltaicos (PV). Las instalaciones de última generación capturan el calor residual del sistema HVAC del edificio, y pueden construirse con vidrio solar, que recoge longitudes de onda específicas de la luz solar para generar electricidad, mientras transmite y difunde otras longitudes de onda hacia el invernadero (Figura 3).

Varias empresas norteamericanas ya han demostrado que se pueden producir cantidades significativas de alimentos durante todo el año para los habitantes de las zonas urbanas en tejados no utilizados en entornos urbanos densos donde la tierra disponible y asequible es una mercancía rara. Lufa Farms construyó el primer invernadero comercial del mundo en una azotea en un edificio industrial en Montreal, Canadá, en 2011. El invernadero de 2880 m2 se utiliza para cultivar una variedad de verduras diferentes. Desde entonces han construido dos más, uno diseñado para maximizar la producción de tomate (3995 m2), y otro diseñado para el cultivo de hojas verdes (5853 m2). Cada uno de sus invernaderos, que albergan sistemas hidropónicos NFT, fue diseñado para ser no sólo más grande, sino más ligero, más barato y más eficiente. En los Estados Unidos Gotham Greens opera 16.000 metros cuadrados de invernaderos urbanos en la azotea en 4 instalaciones en Nueva York y Chicago, utilizando también hidroponía NFT. Su invernadero insignia, construido en la ciudad de Nueva York en 2011, fue el primer invernadero a escala comercial construido en los Estados Unidos. La instalación de 1394 m2 produce más de 45.000 kg de hojas verdes al año. Diseñadas y construidas con sostenibilidad a la vanguardia, las demandas eléctricas de las instalaciones se compensan con 60 kW de paneles fotovoltaicos solares en el lugar, y las características de diseño de alta eficiencia, incluyendo iluminación LED, acristalamiento avanzado, ventilación pasiva y cortinas térmicas, todo lo cual ayuda a reducir la demanda eléctrica y de calefacción. La integración en la azotea reduce aún más el consumo de energía mientras que también sirve para aislar el edificio de abajo. El segundo invernadero de Gotham Greens, construido en 2013, es el primer invernadero a escala comercial que se construye sobre un supermercado. Con una superficie de más de 1858 m2, produce más de 90.000 kg de hojas verdes, hierbas y tomates cada año. Su tercer y más grande invernadero de la ciudad de Nueva York abarca 5574 m2 y crece más de 5 millones de cabezas de hojas verdes cada año. Esto se ve empequeñecido por su invernadero de Chicago, que con más de 6968 m2 representa la granja en la azotea más grande y productiva del mundo, creciendo hasta 10 millones de cabezas de hojas verdes y hierbas.

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Figura 3: El intercambio potencial de los flujos de agua, energía y gas entre el invernadero de la azotea y el edificio anfitrión (después de Céron-Palma et al. 2012)

Nueva York alberga otros tres invernaderos hidropónicos en la azotea. Sky Vegetales cultiva hierbas y verduras, mientras que The Vinagre Factory cultiva tomates, fresas, hierbas y verduras. Recientemente se ha construido un invernadero en la azotea en Arbor House, un bloque de viviendas asequibles en la ciudad de Nueva York. Ubicada en un barrio con un número desproporcionadamente alto de personas de bajos ingresos con altas tasas de obesidad, diabetes y cardiopatías, la granja hidropónica de 929 m2 funcionará como un acuerdo de agricultura apoyada por la comunidad (CSA), en el que los residentes pueden comprar los productos a través de un caja de verduras esquema de suscripción. Alrededor del 40% de los productos se pondrán a disposición de la comunidad local a través de la extensión a escuelas, hospitales y mercados cercanos. Edenworks es una granja acuapónica de invernadero en la azotea, también en la ciudad de Nueva York, que cultiva microgreens.

En Europa, la start-up suiza UrbanFarmers albergó su granja acuapónica comercial piloto, UF001 LokDepot, en un invernadero en la azotea en Basilea. El espacio de cultivo de 260 m2 tuvo una capacidad de producción anual de 5000 kg de hortalizas, mientras que el sistema acuícola tuvo una capacidad de 800 kg de pescado.

La puesta en marcha con sede en Berlín ECF Farmsystems ha construido dos invernaderos acuapónicos en la azotea. Eco Jäger, que abrió sus puertas en Bad Ragaz, Suiza, en 2016, cultiva lechuga, hierbas y truchas para restaurantes, hoteles y empresas de restauración. BIGH abrió sus puertas en Bruselas en 2018, y produce lechuga, hierbas y lubina híbrida a rayas para restaurantes, el mercado minorista de alimentos y las ventas directas de granjas. El primer invernadero urbano en la azotea de Francia se inaugurará en 2019. Toit Tout Vert está situado en una zona residencial de París, y los productos de la zona de cultivo de 1400 m2 se venderán en tiendas locales.

Invernaderos independientes

Los lotes urbanos vacíos también ofrecen oportunidades para invernaderos independientes. Metropolitan Farms se encuentra en un antiguo aparcamiento en Chicago. El invernadero aquapónico produce lechuga, albahaca y tilapia que se vende a través de mercados de agricultores, cooperativas de alimentos locales y tiendas especializadas de comestibles. En Europa ECF Farmsystems opera un invernadero acuapónico en el corazón de Berlín. ECF Farm Berlin, que abrió sus puertas en 2015, tiene una huella de 1800 m2 y se utiliza para cultivar albahaca y perca destinados al mercado minorista de alimentos.

Granjas verticales y fábricas de plantas

El concepto de 'agricultura vertical' fue introducido en 2010 por Dickson Despommier en su libro The Vertical Farm: Feeding the World inthe XXI. Las explotaciones verticales pueden ubicarse en un invernadero o en el interior de un edificio, y utilizar diversas tecnologías para cultivar plantas en un plano vertical con el fin de maximizar el rendimiento en relación con la superficie de la unidad de producción (véase Capítulo 14 para obtener más detalles sobre estas tecnologías de sistemas de crecimiento vertical). En teoría, las granjas verticales también pueden colocarse en la fachada de un edificio en forma de Invernadero Vertical Integrado (VIG), que consiste en fachadas de construcción de doble piel combinadas con sistemas hidropónicos. Sin embargo, aunque los VIG se han desarrollado como un concepto y patentado, todavía no se ha construido ninguno. Las granjas verticales también podrían tener la forma de rascacielos construidos específicamente (a veces llamados «skyfarms»). Una vez más, esas visiones utópicas aún no han llegado a buen término. Esto se debe, en gran parte, al hecho de que esos proyectos no son económicamente viables.

Plantagon, con sede en Estocolmo, ha patentado varios diseños para Skyfarms. La construcción del World Food Building (Figura 4), una torre de oficinas de 60 metros de altura que funciona como granja vertical, comenzó en 2012 en la ciudad sueca de Linköping y estaba prevista para 2020. El edificio de $40 millones estaba destinado a demostrar el enfoque de la empresa hacia la arquitectura urbana, a la que denomina 'agropecuaria', una palabra portmanteau que combina los términos agricultura, tecnología y arquitectura. El lado norte del edificio contendría 17 pisos de espacios de oficinas, mientras que una fachada inclinada de vidrio cubriría el lado sur para permitir que la máxima cantidad de sol pase a las zonas agrícolas. Una planta cercana de incineración de residuos y biogás proporcionaría al edificio calefacción, así como combustible para la producción de alimentos, mientras que los residuos del invernadero se enviarían a la planta de biogás para compostaje, creando así un movimiento circular de energía. Sin embargo, la compañía se declaró en quiebra en 2019, lo que plantea dudas sobre si la construcción del World Food Building se completará alguna vez.

Es más probable que las granjas Skyfarms se materialicen primero en megalópolis asiáticas como Singapur y Shanghái. Como una pequeña isla de tan sólo 750 km2 y una población de más de cinco millones de habitantes, Singapur se enfrenta a posibles problemas de seguridad alimentaria. Con la tierra a una prima, sólo el 0,9% de la isla se dedica a la agricultura, lo que produce sólo el 7% de los alimentos que consume. Las necesidades restantes provienen de las importaciones de alimentos procedentes de todo el mundo. Sin embargo, los costos de transporte de los alimentos son cada vez más prohibitivos y, por estas razones, Singapur se ha tomado muy en serio la agricultura vertical. La primera granja de la ciudad, Sky Greens, comenzó la producción en 2012, y el número de granjas verticales aumentó de seis en 2016 a 26 en 2018 (Wei 2018).

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Figura 4: Representación del World Food Building en Linköping, Suecia www.plantagon.com

Shanghai es otra ciudad ideal para la agricultura vertical. Con casi 24 millones de habitantes que alimentar y una disminución de la disponibilidad y la calidad de las tierras agrícolas, los altos precios de la tierra hacen que la construcción hacia arriba sea más viable económicamente que la construcción hacia el exterior. Los planificadores urbanos Sasaki Associates han desarrollado un plan maestro para el [Distrito Agrícola Urbano de Sunqiao.] ( http://www.sasaki.com/project/417/sunqiao-urban-agricultural-district/) Situado entre el principal aeropuerto internacional y el centro de la ciudad, el distrito de 100 hectáreas contará con 66.611 m2 de viviendas, 12.820 m2 de espacio comercial, 69.956 m2 de fincas verticales y 79.525 m 2 del espacio público. Si bien responde principalmente a la creciente demanda agrícola en la región, la visión de Sasaki va más allá, utilizando la agricultura urbana como un laboratorio vivo dinámico para la innovación, la interacción y la educación, y despliega una gama de técnicas agrícolas favorables a las zonas urbanas, como granjas de algas, invernaderos flotantes, bibliotecas de semillas y granjas verticales hidropónicas y acuapónicas que se utilizarán para satisfacer la demanda de verduras de hoja verde en la dieta típica de Shanghainese (Figuras 5 y 6). La escala del plan aprobado por Sasaki indica el aumento del valor puesto en el sector agrícola de China. China es el mayor consumidor y exportador mundial de productos agrícolas, con la industria que proporciona el 22% del empleo del país y el 13% de su Producto Interno Bruto. Por lo tanto, el gobierno chino está dispuesto a preservar, modernizar y mostrar una industria que ha ayudado a reducir significativamente las tasas de pobreza. La construcción del distrito comenzó en 2018 y está previsto que concluya en 2038.

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Figura 5: Representación del distrito agrícola urbano de Sunqiao en Shanghái < http://www.sasaki.com/project/417/sunqiao-urban-agricultural-district/ >

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Figura 6: Representación del distrito agrícola urbano de Sunqiao en Shanghái < http://www.sasaki.com/project/417/sunqiao-urban-agricultural-district/ >

Si bien las granjas aéreas siguen siendo una visión para el futuro, las fábricas comerciales de plantas están en funcionamiento tanto en zonas rurales como urbanas de América del Norte, Europa, Asia Oriental y Oriente Medio. Las fábricas de plantas son un tipo de sistema cerrado de producción de plantas en el que la ventilación se mantiene al mínimo, y la luz artificial se utiliza como la única fuente de luz para el crecimiento de las plantas. El medio ambiente se puede controlar con la precisión deseada, independientemente del clima. Además de la solución nutritiva recirculante en un sistema hidropónico, el agua producida por las plantas puede condensarse y recogerse en el panel de enfriamiento de los acondicionadores de aire y luego reciclarse para riego. Normalmente, las fábricas de plantas constan de 6 componentes principales: una estructura opaca aislada térmicamente y casi hermética similar a un almacén; entre 4 y 20 niveles de lechos de cultivo hidropónico apilados verticalmente equipados con lámparas fluorescentes o LED; acondicionadores de aire (bombas de calor) utilizados para la refrigeración y deshumidificación para eliminar el calor generado por las lámparas y el vapor de agua que producen las plantas, y ventiladores para el aire circulante para mejorar la fotosíntesis y la transpiración, y lograr una distribución espacial uniforme del aire; una unidad de suministro de CO2 para mantener la concentración de CO2 en aproximadamente 1000 mmol/L durante el fotoperíodo para mejorar la fotosíntesis; una unidad de suministro de soluciones nutritivas con bombas de agua; y una unidad de control ambiental que incluye controladores de conductividad eléctrica (CE) y pH para la solución nutritiva. Mientras que las lámparas fluorescentes se han utilizado principalmente debido a su tamaño compacto, los LEDs se utilizan cada vez más debido a la baja temperatura de la lámpara, la alta eficiencia de uso de la luz y los amplios espectros de luz. Las fábricas más recientes están utilizando tecnologías robóticas avanzadas, como la teledetección, el procesamiento de imágenes, las manos inteligentes de robots, la computación en la nube, el análisis de big data y el modelado 3D (Kozai 2013).

Las plantas cultivadas en fábricas tienen que ser más cortas que alrededor de 30 cm de altura, ya que la distancia entre los niveles verticales es típicamente de alrededor de 40 cm, que es la altura óptima para maximizar el uso del espacio. Las plantas aptas para la producción comercial utilizando fábricas vegetales son aquellas que crecen bien a una intensidad luminosa relativamente baja, prosperan a una alta densidad de siembra, son de rápido crecimiento (cosechables 10-30 días después del trasplante), y para las cuales la mayoría de las partes (85% en peso fresco) son comestibles y vendibles a un alto precio. En Japón y otros países asiáticos, se utilizan fábricas de plantas para la producción comercial de hojas verdes, hierbas, plantas medicinales y trasplantes. Las pequeñas fábricas de plantas con un área de piso de solo 15-100 m² también se utilizan ampliamente para la producción comercial de plántulas en Japón, ya que las plántulas se pueden producir en poco tiempo a una alta densidad de siembra. Plántulas injertadas y no injertadas de tomate, pepino, berenjena, plántulas de espinaca y lechuga para cultivo hidropónico, y plántulas y esquejes de plantas ornamentales de alto valor se producen comercialmente en estas pequeñas fábricas de plantas (Kozai 2013; Kozai et al. 2016).

En Norteamérica Abundancia, Plantado, Oasis Biotech, FreshBox Farms y Nosotros las raíces operan fábricas de plantas urbanas en antiguos almacenes, mientras que AeroFarms se encuentra en una antigua fábrica de acero. Impacto fresco Granjas está dentro de un centro comercial suburbano, y Farm.One está en el sótano de un restaurante. En Europa, PlantLab en 's-Hertogenbosch, Países Bajos, es una fábrica de plantas e instalaciones de I+D de 20.000 m2 en una fábrica vacante y un espacio de almacén. La granja utiliza tecnología LED avanzada que calibra la composición y la intensidad de la luz según las necesidades precisas, y emplea un sistema automatizado que monitorea y controla más de 80 variables diferentes, incluyendo humedad, CO2, intensidad de luz, color de luz, velocidad del aire, riego, valor nutricional y temperatura del aire, con el fin de mejorar el rendimiento y la calidad de la planta. GrowX en Amsterdam cultiva microgreens, hierbas y lechuga en un almacén que se cosechan por encargo para restaurantes de élite. En Londres GrowUp Urban Farms operó una granja acuapónica comercial en un almacén, y Growing Underground crece microgreens en un refugio de ataque aéreo de la Segunda Guerra Mundial a 33 metros por debajo del nivel de la calle. La Caverne es una granja subterránea en un aparcamiento bajo París que cultiva setas, endivas y microgreens.

Las granjas verticales también pueden ser operadas en invernaderos, con el fin de aprovechar la luz natural; por lo tanto, el medio ambiente es sólo semi-controlado. Algunos ejemplos son Vertical Harvest en los Estados Unidos y Sky Verdes en Singapur. Inaugurado en 2019, Tour Maraichère en el suburbio parisino de Romainville es un invernadero construido específicamente con dos unidades, la más alta de las cuales es de 24 metros (Figura 7). Los 2060 m2 de espacio de cultivo producirán 12 toneladas al año de frutas, verduras, setas y flores comestibles, y el invernadero se utilizará para mostrar una cadena de producción de alimentos corta, para proporcionar a los residentes locales alimentos frescos con una huella ecológica baja, para reducir el uso del transporte por carretera, y para generar puestos de trabajo.

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Figura 7: Representación de Tour Maraichèchere, París < http://ilimelgo.com/fr/projets/tour-maraichere.html >

Granjas de contenedores

Otra tendencia emergente en el campo de la agricultura urbana son las granjas de contenedores, que también utilizan tecnologías agrícolas verticales. Equipadas con tecnología de control climático de última generación y torres hidropónicas de cultivo o canales NFT apilados, las granjas de contenedores permiten la producción durante todo el año y pueden instalarse en lotes vacíos o en tejados. Las ventajas de los contenedores de transporte incluyen su compacidad y modularidad, su gran disponibilidad y, si se utilizan otros reutilizados, su bajo costo. Dado que son modulares, se pueden apilar fácilmente, por lo que teóricamente es posible crear una granja de muy alta densidad y alto rendimiento, aunque esta oportunidad aún no ha sido aceptada. El sistema CropBox es un contenedor de transporte reutilizado que tiene una huella de 30 m2 y utiliza una serie de canales NFT horizontales; puede crecer 5445 kg de lechuga, 3175 kg de fresas o 84 toneladas de microverdes al año. El sistema Tiger Corner Farms también utiliza un contenedor de transporte reutilizado, pero se diferencia mediante el uso de tecnología aeropónica vertical para crecer entre 3800 y 7600 cultivos por ciclo de cultivo. Freight Farms originalmente usó contenedores reutilizados (Leafy Green Machine), pero ahora vende contenedores especialmente construidos (Greenery) con un aislamiento mejorado y un sistema de control climático más eficiente. Ambos sistemas utilizan torres de crecimiento vertical, y pueden albergar hasta 4500 plantas maduras. El Leafy Green Machine ha sido adoptado por varias granjas urbanas en América del Norte para cultivar hojas verdes y hierbas, incluyendo Raíces cuadradas, Corner Stalk Farm, Acre in a Box, Verdes muy locales, Verdes brillantes y Cultivos iluminados. Una tercera empresa estadounidense, GreenTech Agro, vende el Growtainer, un contenedor hecho a medida que viene en cuatro tamaños — 6, 12, 13,7 y 16 metros — y utiliza una pila de aluminio ligero patentada de camas de cultivo. Uno de estos sistemas se ha instalado en el Mercado Central de Dallas, donde se utiliza para cultivar hojas verdes y hierbas que luego se venden en el supermercado. Los contenedores se fabrican en los EE.UU. y en Rotterdam.

En Europa Agricool utiliza contenedores de envío para cultivar fresas en París. IKEA, el minorista de muebles más grande del mundo, ha comenzado a cultivar lechuga en contenedores fuera de sus tiendas en Suecia que luego se sirven en los restaurantes de las tiendas (Thomasson 2019), y El supermercado sueco ICA Maxi ha comenzado a vender hojas verdes y hierbas cultivadas en contenedores fuera de su tienda en Halmstad (Jachec 2019 ). La start-up belga Urban Crop Solutions ha desarrollado dos sistemas de granjas de contenedores: FarmFlex y FarmPro. FarmFlex es una granja de contenedores que requiere mano de obra manual, mientras que FarmPro está completamente robotizada y se parece más a una fábrica de plantas dentro de un contenedor de transporte.

UrbanFarmers desarrolló un sistema agrícola acuapónico urbano que consiste en un contenedor con un invernadero en la parte superior, llamado el [UF Box]. (https://www.flickr.com/photos/127263992%40N08/15300924381/in/photostream/) Este sistema ha sido emulado por la start-up británica GrowUp Urban Farms: la GrowUp Box puede producir 435 kg de verduras y 150 kg de pescado cada año. Gembloux Agro-Bio Tech de la Universidad de Lieja en Bélgica ha estado probando un sistema similar, el PAFF Box (caja de cultivo de plantas y peces) (Delaide et al. 2017). En Canadá Ripple Farms produce tilapia, greens y microgreens utilizando un contenedor de transporte y un sistema de invernadero en la azotea en Toronto.

*Copyright © Socios del Proyecto Aqu @teach. Aqu @teach es una asociación estratégica Erasmus+ en educación superior (2017-2020) dirigida por la Universidad de Greenwich, en colaboración con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zúrich (Suiza), la Universidad Técnica de Madrid (España), la Universidad de Liubliana y el Centro Biotécnico Naklo (Eslovenia) . *

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