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台湾LED植物工厂发展的现状与挑战(一)

导读: 近年,完全人工光控制型植物工厂在台湾正逐步形成半导体产业的新显学,结合了台湾在传统农业的技术优势、半导体产业的照明与自动化技术,加上网络信息的深厚产业基础,一时之间植物工厂似乎成为台湾半导体产业发展的重要应用与发展方向。

  近年,完全人工光控制型植物工厂在台湾正逐步形成半导体产业的新显学,结合了台湾在传统农业的技术优势、半导体产业的照明与自动化技术,加上网络信息的深厚产业基础,一时之间植物工厂似乎成为台湾半导体产业发展的重要应用与发展方向。

  光合作用是植物生长的要素,因此植物照明与控制被认为是蔬菜与药用植物种植流程自动化的重要手段,因为在环控的种植环境下,需要植物灯来提供全年无休的作物生产的光源,这种新型的作物生产模式产量相较传统农业栽种模式要至少高十倍以上。从自动化技术的发展角度,植物工厂也被视为自动化流程的技术应用,植物工厂这种全年不间断、可以排程栽培、本地生产的特性对人类的农业文明来说确实是个巨大突破,使得人类得以自由地选择在厂房、家中或任何特定商业空间中高效地进行粮食生产,当然也为半导体厂家创造新的营收。

  从农业发展的角度来看,现代农业发展由于化肥与农药的使用,得以迅速提升产量以供应激增的人口所产生的巨大粮食需求,对解决全球粮食与贫穷问题居功伟。但传统农业纯属靠天吃饭,不仅作物栽培受到气候与季节限制,无法完全按计划生产,即使作物丰收都受到量多价跌的影响;再加上农民为了确保收成,大量使用农药来防治病虫害,因而造成食品安全的疑虑,又为了提高产能,过度使用化肥,不仅增加成本、更污染农田、河川、湖泊与海洋,更可能造成硝酸盐含量过高,伤害消费者。

  所以植物工厂这种高度自动化,可以像工厂一样全年无休排程种植,在地生产新鲜、卫生蔬果的科技农业,并且不会对环境造成污染的优点,自然引起政府与学研单位的高度重视,加上采用植物工厂的生产模式所节省的运输成本,植物工厂就有机会变成一个传统作物生产模式的真正替代选项,这也是风投与私募基金关注植物工厂的原因。

  人口膨胀与水资源乏是全球性的大问题,全球人口目前为70亿,未来四十年有可能增加到92亿,以目前仍有将近10亿的饥饿人口来算,40年内需要提升将近58%的粮食产能;但现有耕地已经使用了80%,加上气候异常、可耕地面积减少,以及青壮人口离农趋势等不利因素,前景堪虑。此外,传统农业用去了全球大约87%的淡水资源,所以单位面积生产力的大幅提升与节水技术的建立都是刻不容缓的研究课题(如图1)。

  本文除了介绍目前台湾LED植物工厂产业的发展,包括学研单位与工商企业界的推动现况,以及未来前景的展望外,也针对产业化面临的挑战,提供一些探索的心得供大家参考,但LED植物灯的照明与控制技术非本文探讨重点。文中所指的植物工厂是允许全年稳态量产短期野菜、香料作物与具特殊风味的高单价作物的环控设施,不包括组织培养苗、菇类、芽菜与花卉等作物的栽培设施。

台湾LED植物工厂发展的现状与挑战(一)

图1 农业单位面积生产力的大幅提升与节水技术的建立是刻不容缓的研究课题

台湾LED植物工厂发展的现状与挑战(一)

图2 垂直型农业摩天楼示意图

  一、植物工厂的缘起

  植物工厂不仅来自于生产效率的提升,同时也关乎人类发展与自然环境关系的省思,尤其是欧美国家“立体农业”(Vertical Farming)的概念,就是企图在满足全球人口膨胀引发的粮食供应缺口的同时,也希望创造可持续发展的生态城市,利用城市产生的热能与污水处理系统,以及人工植物照明与先进灌溉技术,将立体垂直摩天大楼变成能源自给自足的农场,创造高效的农业生产模式,避免农药与化肥的污染,进而可以将传统农业占用的土地复育成为森林。在某些气候恶劣的地区与国家,例如中东沙漠地区、南北极地地区,乃至人类太空探索的旅程,都可借助精密的植物工厂生产作物,以满足人类营养所需的作物与蔬菜(如图2)。

  自然光型植物工厂的运作始于1960年代初期奥地利Rusuna公司的立体式植物工厂,“立体农业”的名词也始自于此。荷兰的设施园艺大型化、自动化、信息化则是自1970年代至今稳定发展,至1990年代之后,与“自然光型植物工厂”名称相符的植物工厂生产系统开始大规模地运作,至今荷兰已成为目前全球综合型植物工厂(即自然光为主,人工光源为辅,并于半封闭型温室进行植物生产的模式)技术最领先的国家。

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