El futuro de la agricultura es vertical: la solución a cada vez menos tierras cultivables

Las cifras no podrían ser más claras a la hora de mostrar la realidad. De acuerdo con el Banco Mundial, la agricultura proporciona medios de vida a 2.500 millones de personas. En los países en desarrollo, la agricultura representa el 29% del PIB y el 65% de los empleos. De hecho, a nivel global, casi un tercio de la población en edad laboral se desempeña en el sector agrícola. Y, de acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), casi el 90% de la población mundial actual no podría mantenerse sin la agricultura.

Pero hay más. Un estudio publicado en «Nature» en 2021 analizó 57 proyecciones de seguridad alimentaria mundial y concluyó que se espera que la demanda mundial total de alimentos aumente entre un 35% y un 56% entre 2010 y 2050, mientras que se espera que la población en riesgo de padecer hambre aumente al menos un 10%. Todo ello si no tenemos en cuenta el cambio climático. En este caso las cifras aumentan hasta un 62% para la demanda y un 30% para la población con hambre.

«Para asegurarnos de que todos coman bien en nuestro mundo abarrotado, necesitamos innovar. Los sistemas de cultivo vertical, que cultivan plantas de forma intensiva en un entorno interior, podrían ser parte de la respuesta, pero para utilizarlos a gran escala necesitamos superar problemas clave, especialmente la gestión de la luz costosa y de alto consumo energético que las plantas necesitan para crecer». Así comienza un reciente estudio publicado en «Nature», que propone una solución al problema de la demanda agrícola: la agricultura vertical.

La producción en sistemas de cultivos vertical o VFS, por sus siglas en inglés, depende de entornos controlados: la luz (intensidad, espectro, perfil y duración del día); la concentración de dióxido de carbono (CO₂); la temperatura; la humedad del aire; el flujo de aire; la densidad de plantas, y la disponibilidad de agua y nutrientes se encuentran estrictamente regulados.

A cambio de esto, el rendimiento de los cultivos puede aumentar considerablemente, señalan los autores, liderados por Elias Kaiser, de la Universidad Wagening.

Por ejemplo, en experimentos y simulaciones se encontró que los rendimientos de trigo y arroz eran entre 10 y 60 veces mayores por unidad de área de producción en comparación con los rendimientos anuales promedio mundiales.

Sin embargo, este aumento de la productividad requiere insumos mucho mayores que otros sistemas de cultivo, especialmente en energía y electrónica. Dado que la producción de alimentos debe aumentar entre un 25 y un 70% para el año 2050, según la FAO, un problema exacerbado por el desarrollo global de megaciudades, la creciente incertidumbre climática y la inestabilidad geopolítica, se considera que los VSF contribuyen a lograr la seguridad alimentaria. «Además, se pueden cultivar alimentos de mayor calidad en estos sistemas –sostiene el estudio–, lo que potencialmente mejora el valor nutricional y la seguridad alimentaria, y reduce las pérdidas de rendimiento de las cosechas».

En un mundo más poblado, la producción en sistemas verticales se puede lograr con menos insumos de tierra, agua y nutrientes, y se beneficiará de los incrementos en la (esperada) producción de energía renovable. Sin embargo, hacer realidad esta visión es difícil actualmente debido a los altos costos de inversión, electricidad y operación, así como a la falta de conocimiento de las condiciones ambientales que mejoran tanto la producción como la calidad de las cosechas.

Más producción y calidad

«El mayor beneficio de los VFS es que se pueden cultivar alimentos saludables mucho más cerca de los consumidores en lugares donde esto es imposible de otra manera: en megaciudades, en desiertos y en lugares que son fríos y oscuros durante gran parte del año. El mayor desafío son los costes asociados con el uso de electricidad», afirma Kaiser.

Muchos sistemas de cultivo vertical se ejecutan utilizando condiciones ambientales constantes, que requieren mucha electricidad costosa para su mantenimiento. El análisis del equipo de Kaiser demuestra que estas condiciones son innecesarias: mediante el uso de un control ambiental dinámico, sugieren, podemos lograr una agricultura vertical que sea más rentable y que produzca plantas más sanas.

«Nos motivaron los ritmos que muestran las plantas tanto en escalas de tiempo diurnas como de desarrollo, que requieren que su entorno de crecimiento se ajuste periódicamente para dirigir su crecimiento a la perfección –añade Leo Marcelis, coautor del estudio–. Para ello describimos una estrategia que hace uso del conocimiento de la fisiología vegetal, nuevas técnicas de detección y modelado, y nuevas variedades creadas específicamente para sistemas de agricultura vertical».

Debido a que las funciones biológicas de las plantas están muy influenciadas por las condiciones ambientales como los cambios de temperatura, las longitudes de onda de la luz y la cantidad de CO₂ en la atmósfera, la manipulación del entorno permite que un sistema de agricultura vertical manipule el desarrollo de las plantas. En este apartado, la iluminación es una variable crítica; todas las plantas la necesitan para realizar la fotosíntesis, y las diferentes longitudes de onda de la luz tienen diferentes efectos en distintas plantas. Esta variable también es particularmente sensible al precio de la electricidad dependiendo de la hora del día.

«Las fluctuaciones en los precios de la electricidad pueden ser aprovechadas en beneficio de los sistemas de cultivo vertical, utilizando más electricidad cuando es más barata», explica Marcelis.

La respuesta a esto fue crear un modelo para probar la iluminación inteligente que tiene como objetivo mantener la capacidad de las plantas para realizar la fotosíntesis constante a lo largo de un día, al mismo tiempo que se reducen los costes de electricidad. Descubrieron que un algoritmo de optimización podría reducir el gasto de electricidad en un 12% sin comprometer la fijación de carbono de las plantas.

Luego probaron si la variación de la intensidad de la luz afectaba el crecimiento de plantas de hoja como las espinacas, que a menudo se cultivan en granjas verticales, y descubrieron que no había ningún efecto negativo. Esto se mantuvo así incluso cuando las plantas estaban sujetas a una intensidad de luz que cambiaba de forma irregular, en lugar de un patrón regular y predecible.

Pese a los buenos resultados, aún quedan otras cuestiones críticas por resolver ya que muchas de las soluciones propuestas no se han probado a gran escala. También hay que analizar otros factores que no tienen que ver con la luz, como el flujo de aire, la temperatura y el CO₂.

«Los agricultores necesitarán sensores y modelos adecuados para ayudarlos a monitorear y ajustar el entorno, así como nuevas áreas concebidas para la agricultura vertical. Se necesita más investigación para calibrar todas estas variables y lograr el equilibrio adecuado entre cultivos de alta calidad y alto rendimiento», concluye el estudio. Si se logra una reducción similar en los gastos energéticos vinculados a estas otras variables, el VFS podría ser una alternativa importante para combatir el cambio climático y la demanda de comida, y también disponer de cultivos alternativos en el mundo que está por venir.