Может ли искусственное освещение полностью заменить солнечный свет? Но речь идет не об освещении вашего дома, а о свете, благодаря которому растут овощи, причем растут быстрее обычного. Оказывается, может. В экспериментальной нанотеплице, которая заработала в Нур-Султане в декабре прошлого года, благодаря искусственному освещению выращивают огурцы и помидоры.
Экспериментальный стартап
По сути, нанотеплица – это экспериментальный стартап, за которым стоят серьезные научные исследования в области агрофотоники – молодого, но очень перспективного направления, которое все активнее применяется в сельском хозяйстве. Амангельды Таукенов, генеральный директор компании и руководитель проекта, ранее никогда не занимался растениеводством, но основная его деятельность связана со светом, а именно с производством энергосберегающих светодиодов. Поэтому заняться экспериментальным бизнесом, где будут использоваться такие технологии, было очень выгодным решением.
На фото: Амангельды Таукенов.
«Фондом науки Казахстана был организован конкурс, мы подали туда заявку и выиграли грант в размере 299 миллионов тенге. Дополнительно мы добавили и свои деньги, то есть с нашей стороны было софинасирование. Как коммерческий проект - это выгодный бизнес, у которого большое будущее, так как спрос на свежие овощи у нас в стране и в столице всегда высокий», - говорит бизнесмен.
Почему нанотеплица?
Эта теплица - настоящая лаборатория и имеет несколько особенностей, которые и отличают ее от традиционных тепличных комплексов. Одна из особенностей – свет. Специальные светильники включаются тогда, когда растения особенно нуждаются в энергии. Светодиоды, которые встроены в приборы освещения покрыты наночастицами, когда солнечные лучи попадают на них, мы получаем полный спектр света. Как раз то, что нужно растениям. По сути, это позволяет управлять светом. И это идеальная имитация солнечного света, но без вредного воздействия ультрафиолета.
Конечно, искусственным светом здесь пользуются не всегда, в основном в холодное время года, когда солнечных лучей недостаточно, а также ночью. В остальное время овощи растут за счет энергии солнца.
«Мы живем в такой климатической зоне, что нам всегда не хватает света. Поэтому, например, зимой свет здесь горит до 18 часов в сутки. В традиционных теплицах тоже стоят светильники, но они большие и очень мощные, а наши экономичные и компактные. Спектр света здесь распределяется по-особенному, он светит так, чтобы растения использовали его максимально эффективно и соответственно росли быстрее», - рассказывает Амангельды Таукенов.
Как часы
Вторая особенность теплицы – программное обеспечение, а именно софт, посредством которого оператор управляет микроклиматом. Задача человека - следить за программой, которая контролирует такие параметры, как температура, влажность, pH уровень, углекислый газ, освещение и другое. Компьютер мониторит все процессы, происходящие в теплице, и при необходимости добавляет питание для растений, дает больше света или создает тень (автоматическое зашторивание), запускает углекислый газ, или пускает туман.
Несмотря на то, что за климатом следит компьютер, садоводы и агроном здесь по-прежнему нужны. Однако в самом начале стартап столкнулся с нехваткой таких специалистов.
«Мы долго искали подходящего агронома, с этими специалистами в Казахстане, оказывается, большая проблема, много агрономов, работающих на открытом грунте, но нам нужен был специалист по закрытому грунту. Много людей предлагали свои услуги из-за рубежа, но мы нашли магистранта нашего столичного Аграрного университета Рамазана Айбола, создали для него хорошие условия, и теперь он работает здесь. Помимо него, еще 6 выпускников этого вуза работают у нас. Все эти молодые люди через пять лет станут уникальными специалистами с бесценным опытом работы в теплицах».
Непростое стекло
Третья особенность – покрытие теплицы. Здесь используется специальное диффузное (или рассеивающее) стекло, благодаря которому свет в теплице распределяется равномерно, в результате чего плоды созревают тоже равномерно и не получают ожогов. К тому же свет попадает даже в труднодоступные нижние ярусы растений и корни. Такие условия улучшают фотосинтез, а, следовательно, плоды растут лучше и будущий продукт будет качественнее. Более того диффузное стекло сокращает расходы на отопление теплицы в холодное время года и не теряет своей пропускной способности даже при запотевании. Хотя и конденсат на таком стекле скапливается в два раза меньше чем на обычном.
«Это стекло установлено на верху теплицы, оно позволяет на протяжении всего дневного периода движения солнца от рассвета до заката использовать 92-94% всего солнечного света. Даже самые первые лучи на рассвете преломляются через него и попадают на растения. То есть оно энергоэффективно и по максимуму использует природный источник света».
В остальном принцип работы нанотеплицы не особо отличается от традиционных. Выращивание происходит на так называемом субстрате (обычно это различные смеси из нескольких компонентов-заменителей, удерживающих влагу, в основном кокосовая стружка – прим.авт).
Как на дрожжах
Опытно-экспериментальный участок раскинулся на площади в 6 тысяч квадратных метров, а это 10 тысяч кустов. Сперва в теплице высадили огурцы, они показали хорошие результаты и по скорости, и по качеству созревания, после посадили томаты и салаты. Сегодня здесь выращивают несколько видов огурцов и помидоров. Параллельно агрономы проводят исследования, чтобы выяснить, как растения реагируют на наносвет.
От посадки до сбора урожая огурцов уходит 100-120 дней, помидоров 150-170 дней. Овощи растят с нуля, начиная с посадки семян. Рассаду здесь не покупают, - все свое. Для этих нужд есть рассадное отделение, где в свободное время и выращивают салаты. Кстати салаты растут быстрее овощей, у них период вегетации - 30-35 дней.
На фото: отделение, засаженное салатами.
Чтобы понять, какова же производительность этого комплекса, нужно просто сравнить его урожайность с традиционными теплицами. Например, в обычной теплице с квадратного метра получают 45-70 килограммов огурцов, в нанотеплице этот показатель оставляет 89-95 килограммов. Помидоров традиционная теплица дает 55-70 килограммов, а у инновационной - урожайность свыше 95 килограммов с одного квадратного метра.
Практическую значимость такого производства нельзя переоценить, ведь свежих овощей жителям северных регионов всегда не хватает.
«На сегодняшний день потребление овощей у населения очень низкое, мы потребляем лишь 15% от необходимой нормы. Причина в том, что не хватает теплиц, традиционные теплицы малоэффективны в нашем резко континентальном климате с очень коротким летом. Поэтому необходим дополнительный свет и тепло, но они должны быть экономичными. В дальнейшем мы хотим коммерциализировать это направление, продавать свои светильники, и программное обеспечение другим тепличным хозяйствам».
Обычно из-за парникового эффекта в теплицах душно, но в этой свежо и комфортно, как в комнате. Амангельды Таукенов отмечает, что жара и высокая влажность совсем не нужны для нормального роста овощей в тепличных условиях, необходим лишь специальный режим. Более того, парниковый эффект создает условия для размножения вредителей.
Овощи на тест-продажах
Тепличная продукция также реализуется в тестовом режиме, отправляется в точки общественного питания, а некоторым детским учреждениям овощи поставляются бесплатно.
Примерно через пару месяцев, как только закончится процесс исследования, и теплица выйдет на полную мощность, овощи будут продаваться уже на рынках и в магазинах. Также после завершения эксперимента теплица будет расширена, дополнительно построят еще две, и тогда общая площадь комплекса составит полтора гектара. В день с этих теплиц можно будет поставлять на рынки города до 6 тонн свежих овощей.
«Расширение будет проходить за счет кредитных средств, мы уже приводили сюда банкиров, показали им, как все работает, они только «за»». Эти овощи мы давали попробовать как рестораторам, так и обычным потребителям, и все оценили положительно. Даже визуально выращенный здесь овощ отличается правильной формой, потому что здесь создаются идеальные условия для роста и созревания», - говорит Амангельды Таукенов.
Цели исследования
Главная цель исследования – узнать, как можно сделать тепличное хозяйство экономным, то есть энергосберегающим. Ведь сегодня в Казахстане традиционные теплицы потребляют электроэнергию в слишком больших количествах.
«В период с октября по апрель все теплицы освещаются искусственным светом, так как солнца не хватает. Каждый день по 16 часов большие светильники мощностью в 600-1000 ватт каждый светят на растения. Наши аналоги с нанонапылением потребляют 120-150 ватт, что уменьшает и себестоимость конечной продукции, и уменьшается нагрузка на электросети. Также эта работа позволила нам сделать научный задел, который мы начали ранее совместно с Иллинойсским университетом (США). Вместе с ученым этого вуза мы разработали наноматериал, который покрывает светодиод, и он начинает светить правильным спектром, похожим на солнечный луч. Такая технология в мире еще нигде не использовалась, более того, недавно в США мы получили патент на это изобретение», - поясняет Амангельды Таукенов.
На фото: система освещения.
Как известно, на растение влияют три основных фактора: тепло, свет и углекислый газ. Все это необходимо для нормального фотосинтеза (химический процесс внутри растения, преобразующий энергию солнца в органические питательные вещества – прим.авт). Все эти качества попытались соблюсти в экспериментальной теплице.
«Растения ведь живые, они также, как и люди питаются, отдыхают, и бодрствуют. С учеными мы выяснили, какой спектр света нужен для растений, какой уровень фотонов. Далее они определили эти параметры, под которые с помощью наночастиц мы создали идеальный уровень освещения. В результате под таким светом овощи растут быстрее. Можно сказать, что эти растения здесь как на курорте», - говорит предприниматель.
Пока что урожай собирают вручную, но у компании уже есть наработки, которые позволят автоматизировать и этот процесс. Совместная разработка с российскими коллегами –«Искусственный интеллект в теплице». Она подразумевает, что возле каждого куста будут установлены камеры и датчики, которые смогут определять зрелость плодов и давать сигнал на сбор урожая, ну а сбором будет заниматься робот. Главное - это не скажется на себестоимости продукта, - заверяет разработчик.
Не только овощи
На протяжении 9 лет компания Амангельды Таукенова занимается производством светодиодного освещения, в основе которого лежат полупроводники. Но в последние три года в светотехнике появилось новое направление – «агрофотоника», эта область знаний изучает влияние света на сельскохозяйственные растения. Кстати, такая система успешно применяется не только в растениеводстве, но и в животноводстве, птицеводстве, рыбном хозяйстве.
«На самом деле возможности теплиц гораздо шире, чем мы привыкли думать. У многих людей теплицы ассоциируются с овощами, но здесь можно выращивать и редкие лекарственные растения. С нашими коллегами из Белорусской Академии наук, мы проводили эксперимент: в специальном фитобоксе выращивали уникальное растение, которое произрастает только на Мадагаскаре. Это растение очень эффективно помогает в лечении раковых опухолей. Мы воссоздали такие условия, которые были приближены к климату на острове, и растение выросло. Вопрос лишь в том, содержит ли лечебные ферменты выращенное таким способом растение? Сейчас мы это выясняем. Это очень большая сфера, которая открывает безграничные возможности выращивания живых организмов под искусственным светом», - отмечает бизнесмен.
В будущем компания планирует продавать свои технологии. Если найдется хороший инвестор, Амангельды Таукенов готов помогать, консультировать, выступать в качестве эксперта.