Фермы-небоскребы
Площадь земель, снабжающих все 6,8 млрд жителей нашей планеты сельскохозяйственной продукцией, равна площади Южной Америки. По прогнозам демографов, мировое народонаселение к 2050 г. Возрастет до 9,5 млрд. Производительности сельского хозяйства человечеству придется освоить еще 0,85 млрд га (площадь Бразилии). Но такого количества земли для нового освоения просто не существует. Как тут не вспомнить слова великого Марка Твена: «Покупайте землю, ее больше не делают»?
В сельском хозяйстве на ирригацию идет 70% мировых запасов пресной воды, которая после загрязнения удобрениями, пестицидами, гербицидами и илом становится непригодной для питья. При современных тенденциях развития невозможно сохранить чистоту питьевой воды в отдельных густонаселенных регионах. В сельском хозяйстве также используется огромное количество топлива: в США, например, — 20% от всего потребляемого бензина и дизельного топлива. Безусловно, в первую очередь нас беспокоит парниковый эффект. Учтем, что в цену на пищевые продукты входит и цена на топливо. Ввиду этого за 2005 – 2008 гг. стоимость продуктов питания возросла в большинстве мест по всему миру примерно вдвое.
Некоторые агрономы уверяют, что решение проблемы лежит в области интенсификации производства, которое уже сегодня ведется высоко механизированными сельскохозяйственными объединениями. Число их постоянно снижается, но они получают большие урожаи за счет применения достижений генной инженерии и все более сильных агрохимикатов. Даже если претворить упомянутое решение в жизнь, то это может дать в лучшем случае лишь краткосрочный результат, т.к. быстрые климатические изменения влекут за собой перестройку сельскохозяйственных угодий, расстраивая самые изощренные планы. Вскоре после вступления в должность президента Барака Обамы министр энергетики Стивен Чу (Steven Chu) заявил о климатических изменениях, которые могут стереть с лица земли поля Калифорнии к концу этого столетия.
Более того, если мы продолжим массовые вырубки леса под новые сельскохозяйственные угодья, глобальное потепление усилится с катастрофической скоростью. А увеличенный сток с полей и животноводческих ферм может привести к образованию «мертвых водных зон», когда большинство эстуариев и даже часть океана превратятся в бесплодные отравленные акватории.
Все это пока не вызывало тревоги, но болезни, связанные с употреблением испорченной пищи, унесли изрядное число жизней по всему миру. Виной тому стали сальмонеллез, холера, кишечные инфекции, вызванные Escherichia coli, дизентерия. И этот список далеко не полон. Паразитарные инфекции — малярия и шистосомоз — усугубляют проблему, угрожая жизни людей. Более того, применение в качестве удобрений человеческих фекалий, широко практикуемое в большей части Юго-Восточной Азии, во многих регионах Африки, Центральной и Южной Америки, где химические удобрения слишком дороги, способствует распространению глистных инвазий, от которых страдает 2,5 млрд чел.
Очевидно, что нужны радикальные перемены. Почти со всеми перечисленными проблемами мог бы покончить один стратегический сдвиг — выращивание сельскохозяйственных культур под строгим контролем в закрытом грунте в вертикально обустроенных хозяйствах. Растения, выращенные в высотных зданиях, воздвигаемых ныне на свободных городских землях, и главным образом в многоярусных теплицах, размещенных на крышах, могли бы давать пропитание круглый год, потребляя значительно меньше воды, производя небольшое количество отходов, с меньшим риском инфекционных заболеваний. При этом не требуется работающей на ископаемом топливе техники или транспортных средств для перевозки продукции с отдаленных ферм. Вертикальные хозяйства могли бы совершить революцию в нашем образе питания и послужить для будущего растущего населения. Продукты, выращенные на местах, могли бы стать даже вкуснее.
Рабочий план, который я собираюсь изложить, может показаться на первый взгляд неправдоподобным. Но инженеры, градостроители, агрономы, тщательно исследовавшие необходимые технологии, убеждены, что вертикальные хозяйства не просто возможны, но необходимы.
➡ Не навреди
Выращивание пищи на земле, которая когда-то была покрыта девственными лесами и степями, убивает нашу планету, запуская процесс нашего вымирания. Людям следует выполнять хотя бы минимальное требование, которое на языке медиков звучит: «Не навреди». В данном случае мы говорим о том, что не следует наносить дальнейшего ущерба земле. Человечество возникло, чтобы отвоевать себе невероятные преимущества. Со времен Чарлза Дарвина — середины 1800-х гг. и далее — после предостережений Томаса Мальтуса о конце мира из-за неконтролируемого роста населения был осуществлен целый ряд спасительных технологических прорывов. Всевозможные сельскохозяйственные машины, улучшенные удобрения и пестициды, искусственно выведенные растения, обладающие большей продуктивностью и устойчивостью к болезням, плюс вакцины и лекарства от общих заболеваний животных привели к избытку пищи, в котором увеличивающееся население планеты порой не испытывало нужды.
Все это продолжалось до 80-х гг. прошлого столетия, когда стало очевидным, что во многих местах нагрузка сельского хозяйства на землю чрезмерно превысила ее возможность поддерживать жизнеспособность культивируемых растений. Сельскохозяйственные химикаты нарушили естественный кругооборот питательных веществ, благодаря которому существуют природные экосистемы. Мы должны перейти к более экологичным агротехническим методам, способствующим устойчивости экосистем.
Известный эколог Говард Одум (Howard Odum) сказал: «У природы есть ответы на все вопросы. Какой хотите задать вы?» Мой вопрос таков: «Как нам всем жить хорошо, одновременно с этим возобновляя мировые экосистемы?» Многие климатологи, от должностных лиц Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) до специалиста по устойчивому развитию и лауреата Нобелевской премии 2004 г. Вангари Маатхаи (Wangari Maathai), согласны, что дать возможность обрабатываемым землям вернуться к их естественному состоянию, покрыться травой или лесом, — это самый легкий и прямой путь к замедлению климатических изменений. Природные экосистемы естественным способом поглощают из окружающего воздуха углекислый газ, столь сильно способствующий парниковому эффекту. Надо оставить биосферу в покое и дать ей возможность вылечить нашу планету.
Здесь можно привести множество примеров. Зона демилитаризации между Южной и Северной Кореей, созданная после Корейской войны 1950–1953 гг., представляла собой полосу сильно изрытой войной земли шириной более 4 км, однако сегодня она целиком восстановилась, покрыта пышной растительностью и полна жизни. Когда-то превращенный в голую землю рубеж, разделявший бывшие Западную и Восточную Германию, сегодня радует зеленью. Район пыльных бурь США, в 30-х гг. прошлого столетия лишенный растительности из-за засух и чрезмерного сельскохозяйственного использования, сегодня снова стал высокопродуктивной житницей страны. А в Новой Англии, с 1700-х гг. пострадавшей от сплошной вырубки деревьев по крайней мере три раза, сегодня имеются обширные участки лиственных и хвойных лесов.
➡ Взгляд в будущее
По ряду причин все увеличивающееся население мира нуждается в альтернативных методах ведения сельского хозяйства. Неужели городские небоскребы — верный выбор?
Отчасти, поскольку выращивание урожая в закрытом грунте становится повсеместным. Во всем мире успешно используются три вида агроприемов: капельное орошение, аэропоника и гидропоника. При капельном орошении растения укореняются в лотках из легких инертных материалов длительного пользования, таких как вермикулит, а тонкие трубки, протянутые от растения к растению, подведены точно к основанию каждого стебля, куда по каплям поступает питательный раствор. Таким образом отпадает необходимость в большом количестве воды, напрасно расходуемой при традиционных способах орошения. При выращивании методом аэропоники, разработанном в 1982 г. К.Т. Хубиком (K.T. Hubick), а затем усовершенствованной учеными NASA, растения находятся в подвешенном состоянии в воздухе, насыщенном водным паром и питательными веществами, вследствие чего исключается необходимость и в почве.
Агроному Уильяму Джерику (William F. Gericke) приписывается разработка в 1929 г. Современной гидропоники. Корни растений помещаются в желобах без почвы, по которым циркулирует питательный раствор. Во время Второй мировой войны на южных островах Тихого океана с помощью гидропоники было получено около 4 тыс. т овощей для армий союзных держав. Сегодня теплицы, применяющие гидропонику, служат подтверждением основных правил растениеводства закрытого грунта: культуры должны давать урожай круглый год; разрушительные засухи и наводнения не мешают урожаю; ввиду идеальных условий для роста и созревания культур достигаются максимальные урожаи; патогенное влияние человека — минимально.
Самое важное то, что гидропоника позволяет выбрать место произрастания урожая безотносительно природных условий, т.е. характеристик почвы, осадков, температуры воздуха. Закрытые хозяйства могут быть размещены везде, где есть соответствующее снабжение водой и энергией. Теплицы больших размеров с применением гидропоники работают в Великобритании, Нидерландах, Дании, Германии, Новой Зеландии и других странах. Один из выдающихся примеров — хозяйства Eurofresh Farms в пустыне штата Аризона, занимающие площадь в 128,79 га, где круглый год производится большое количество высококачественных помидоров, огурцов и перца.
Большинство теплиц расположены на границе сельской местности и городских земель, где можно найти участки по умеренным ценам. Перевозка на большие расстояния повышает стоимость продуктов, требует расхода топлива, сопровождается выбросами двуокиси углерода и значительно вредит природе. Перенесение тепличного хозяйства в более высокие постройки в черте города поможет устранить и эти проблемы. Я представляю себе здания, возможно, в 30 этажей, занимающие целый квартал. При таких масштабах вертикальные хозяйства обещают стать примером действительно устойчивой городской жизни: коммунальные сточные воды преобразуются в оросительные, при этом твердые отходы вместе с несъедобными частями растений сжигаются, а образующийся пар вращает турбины, генерирующие электроэнергию, которая поступает в теплицы. С использованием современных технологий в закрытом грунте может быть выращен большой ассортимент съедобных растений (илл. на стр. 57). По соседству в аквацентрах можно будет также разводить рыбу, креветок и млллюсков.
Субсидии на начальные исследования и финансируемые государством научно-исследовательские центры — один из путей, чтобы положить начало вертикальным хозяйствам. Совместная работа университетов и таких компаний, как, например, Cargil, Monsanto, Archer Daniels Midland и IBM, также могла бы быть хорошим начинанием. Для реализации любого из упомянутых подходов потребуется огромный научный потенциал сельскохозяйственных, технических, архитектурных и учебных учреждений, а также опытные хозяйства, возможно, высотностью в пять этажей и площадью 0,5 га. На таких площадках выпускники вузов, научные сотрудники и конструкторы смогут проводить первоначальные испытания перед тем, как появятся полноценные действующие хозяйства. Можно было бы опробовать и более скромные площадки на крышах жилых домов, больниц и учебных заведений. Научно-исследовательские установки уже действуют в Калифорнийском университете в Дэвисе, Государственном университете Пенсильвании, Университете Рутгерса, Государственном университете Мичигана, а также в ряде учебных заведений Европы и Азии. Один из самых известных экспериментальных полигонов — Сельскохозяйственный центр под руководством Джина Джакомелли (Gene Giacomelli) при Университете Аризоны.
Интеграция пищевого производства в городскую жизнь — это гигантский шаг на пути устойчивого развития городов. Станут развиваться новые отрасли производства, а также появятся совершенно новые для города профессии — служащие питомников, растениеводы, сборщики урожая. И природа сможет снова ожить, а обычные фермеры будут рады выращивать траву и деревья, внося свою лепту в обуздание выбросов CO2. В завершение картины выборочные лесозаготовки станут нормой для деревообрабатывающей промышленности, по крайней мере в восточной части США.
➡ Страстная мечта
Прошло пять лет с того момента, как я впервые опубликовал некоторые свои мысли и предварительные эскизы вертикальных ферм на своем сайте (www.verticalfarm.com). С тех пор архитекторы, инженеры, конструкторы и ведущие организации стали все больше обращать внимание на данный проект. Сегодня на его сторону встали многие инвесторы, мэры и градостроители, выразив недвусмысленное желание строить высотные фермы. Ко мне уже обращались планировщики из Нью-Йорка, Портленда, Орегона, Лос-Анджелеса, Лас-Вегаса, Сиэтла, Суррея, Британской Колумбии, Торонто, Парижа, Бангалора, Дубаи, Абу-Даби, Инчхона, Шанхая и Пекина. Иллинойсский технологический институт в настоящее время занят проработкой подробного плана для Чикаго.
Все эти люди сознают, что мы должны приступить к действию, чтобы обеспечить будущее поколение продуктами питания. Они ставят трудные вопросы по поводу стоимости, прибыли от инвестированного капитала, использования воды и электроэнергии, возможных урожаев. Их беспокоят будущее состояние балок конструкций, которые с течением времени подвергнутся коррозии во влажном воздухе, мощности, необходимые для закачки воды и воздуха в различные места этих сооружений, экономия, обусловленная ростом масштабов производства. Чтобы дать подробные ответы, потребуется немалая работа инженеров, архитекторов, агрономов, специалистов по закрытому грунту и деловых людей. Вероятно, подающие надежды инженеры и экономисты хотели бы, чтобы уже начались соответствующие расчеты.
Благодаря сайту инициатива по обустройству вертикальных ферм оказалась в руках общественности. И ее успех или провал зависит как от тех, кто возьмется построить опытную ферму, так и от того, сколько времени и усилий это потребует. Печально известный проект замкнутой экосистемы «Биосфера-2», стартовавший в 1991 г. и представлявший собой сеть герметичных зданий близ Тусона, штат Аризона, в которых в течение двух лет проживали восемь поселенцев, — яркий пример того, как не надо делать. В плане была заложена слишком громоздкая конструкция, и он не был экспериментально обоснован. У Университета Аризоны сейчас есть все права пересмотреть данный проект.
Чтобы сооружение вертикальных ферм прошло успешно, планировщики должны избежать ошибок данного и других ненаучных предприятий. Есть обнадеживающая новость. По словам Питера Хеда (Peter Head), одного из ведущих специалистов по экологическим проектам, руководящего глобальным планированием в международной проектно-конструкторской фирме Arup, базирующейся в Лондоне, для сооружения большого эффективного вертикального хозяйства в городе не требуется применения новых технологий. Многие энтузиасты спросят: «Тогда чего мы ждем?» У меня нет однозначного ответа на этот вопрос.
Диксон Д. «В мире науки» № 1, 2010. Стр. 53-59. Перевод В.И. Сидоровой.
