随着联合国预测,2030年全球人口数将达到90亿,届时更将爆发粮食危机,各国都在积极寻求方法解决粮食生产不够的问题。「植物工厂」成为重要的解决方案。
植物工厂将江栽培技术科技化,且对于天然灾害的抵抗力强,解决农民以往总是靠天吃饭的状况;在不受地点、天气等外在因素的限制后,不仅土地生产力提高、农民生活也获得改善,并创造「绿色农金」的庞大商机。
各国技术发展特色化
在CTimes举办的「绿色农金之植物工厂」技术研讨会中,台湾植物工厂产业发展协会秘书长刘家铭提到,植物工厂是以一种环境所能承受并且安全的方式,在经过规划后,提供全年无休量产作物的场所。
图一 : 台湾植物工厂产业发展协会秘书长刘家铭表示,低耗能、高生产率的植物工厂市场需求将剧增。 |
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植物工厂整合了资通、光电、农业领域,是一种高度跨领域的产业。根据各个国家需求不同,所发展出来的模式也不尽相同。以荷兰为例,荷兰将工业技术植入农业生产之中,以集约化、规模化、专业化的生产,将大部分的蔬菜、花卉都集中在温室里栽培。荷兰温室面积约占全世界玻璃温室面积的四分之一。
日本则是以粮食安全为主旨,推动植物工厂的普及化。由政府率先开发相关基盘技术,并支持与导入示范植物工厂、培养人才,最后推广到市场面。
台湾,由于生产面积小,且作物不是和国际市场,且地处亚热带及热带交界,气候潮湿,导致各种病虫害容易产生,加上夏季台风侵袭,各种因素不利于作物生产。因此,发展植物工厂势在必行。
不过植物工厂牵涉产业层面广大,而台湾目前正处于产业萌芽期阶段,尚未有良好的产业体系,且关键技术也还未取得或整合,植物工厂面临建置成本和生产成本双高的挑战。刘家铭指出,台湾必须建立技术与设备的标准化,才能使业者成本降低。
世界「粮疮」→粮仓
中国是全世界最大规模温室使用国,在十二五规划中,政府将农业科技创新列为首要工作,推动太阳光伏农棚。太阳光伏农棚可吸收阳光最丰富的可见光区(380-760nm),转换为电能,配合照明系统、灌溉系统等形成一个自给自足的工厂。
在阳光充足的地区,无须人工光源补光,可达到农作和光伏效益双收。由于效率高且安全的特性,在未来需求将会大增。中国近几年在农业上的努力也已见成效,从2007年起脱离缺粮国家之列。富阳光电副总经理郭明村说到,中国已从世界粮「疮」转变为世界粮仓。
不过中国目前也面临几项挑战,包括成本过高,太阳光伏农棚前期导入成本造价约为一般塑料大棚的35倍,业者大多望之却步;太阳光能发电及农作物生产整合技术不成熟,整体成果不如预期。且在政府的示范工程后,与农业生产未紧密结合,最后仅为概念性展示用,农业大棚沦为蚊子大棚。
图二 : 富阳光电副总经理郭明村提到,中国农业大棚需求日增,使用披覆膜财需求也日益增加,成为太阳能温室发展应用市场的助力。 |
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LED刺激作物成长
然而,不可否认的是,尽管成本太高,太阳能仍是一项很好的能量来源。由太阳能电板输出的直流电能够直接驱动同样为直流电的LED,而LED又是温室中较适合作物的灯源,两者的结合将更能提高整体效率。
在植物工厂中,常会利用人工光源来补足日照不足的限制。因此,灯光为一项极重要的因素。光源不足没办法提供作物充分的日照,光源太强也可能对作物造成伤害。通常人们会以为眼睛所看到的强光能够提供作物最充足的光源,然而,欧司朗(OSRAM)台湾区应用工程师李俊叡指出,适合人类光源的频谱不一定适合农作物。
目前植物工厂以荧光灯、高压钠灯及LED灯为主。其中LED虽然效率不高,但是相较于以往常用的高压钠灯或荧光灯,LED灯源拥有较适合作物所需的频谱,且寿命高、温度低、低电流、可快速调变光源亮度的优势,都适合使用在植物工厂内。随着LED成本逐渐降低后,将有可能逐渐取代其他光源。