Fazendas verticais – Produção de hortaliças 100% controlada

Folhosa recém colhida e produzida em fazenda vertical – Foto: Ítalo Guedes

Fazendas verticais e outros exemplos de agricultura em ambiente controlado podem possibilitar a produção de hortaliças de qualidade em locais que não tenham terra ou clima favorável ou água disponível

Um sistema de produção para diferentes espécies de hortaliças cultivadas em um ambiente contro­lado e fechado está sendo elaborado pela Embrapa Horta­liças em parceria com a 100% Livre, empresa do ramo de comércio varejista de hortifrutigranjeiros.

O coordenador do projeto Ítalo Guedes, pesquisador da área de nutrição de plantas e cultivo protegido e sem solo da Embrapa, explica que esse modelo “é o plantio de espécies vegetais em um local fechado, cultivadas sem utilização de solo ou substratos e com uso de iluminação artificial através de painéis de LED.

“Este sistema de produção também faz o controle de di­versas variáveis meteorológicas no interior da estrutura de ambiente, como temperatura e umidade relativa do ar, ra­diação líquida e global, concentração de CO2 (gás carbôni­co), entre outras”, ele ressalta.

Segundo Guedes, uma unidade produtiva desse sistema de agricultura indoor do tipo fazenda vertical e plant factory entrou em atividade em novembro, na cidade de São Paulo.

“Os experimentos, iniciados em abril deste ano, estão sendo realizados no Laboratório de Agricultura em Ambien­te Controlado da Embrapa Hortaliças, uma estrutura de 90 metros, composta por dois contêineres acoplados e modi­ficados, com paredes feitas com placas de termopainel para isolamento térmico e totalmente equipada com sensores para monitoramento das condições ambientais.

Mundialmente, esse modelo de agricultura indoor é co­nhecido como controlled environment agriculture ou pela sigla CEA”, explica o especialista da Embrapa.

Ítalo Guedes, pesquisador da Embrapa, na produção de folhosas da fazenda vertical – Foto: Juscimar da Silva / Embrapa

Hortaliças com alto valor agregado

O objetivo principal da pesquisa, de acordo com Ítalo Guedes, é definir sistemas de produção para hortaliças fo­lhosas, como alface e rúcula; hortaliças de fruto, como toma­te, morango e pimentão; hortaliças condimentares, como manjericão, coentro e salsa; e em uma segunda etapa, siste­ma para cultivo de brotos ou microgreens.

“Do ponto de vista do mercado, a escolha das espécies cultivadas é uma etapa importante da pesquisa científica, pois hortaliças com alto valor agregado e ciclo de produção mais curto, com várias safras ao ano, garantem a viabilidade econômica do empreendimento”, salienta.

“Nossa proposta é aplicar o conhecimento científico so­bre a fisiologia de cultivos hortícolas para modificar fatores do ambiente interno e maximizar a produção”, enfatiza o coordenador do projeto.

Desempenho produtivo

Guedes salienta que pesquisa vai considerar a produti­vidade em um único nível ou camada, no que se entende como plant factory, segundo ele, modelo mais adequado para cultivo de hortaliças de fruto. “E também a produtividade do cultivo em andares, conhecido como fazenda vertical, formato mais recomendado para folhosas e condimentares”.

Para avaliar o desempenho produti­vo dos sistemas de produção, a equipe de pesquisa faz o monitoramento pe­riódico das espécies cultivadas. “Assim, são acompanhados parâmetros como a altura das plantas, diâmetro de cau­le, produtividade total e produtividade comercial, produção por planta, peso médio dos frutos ou peso da massa fresca das folhas”, relata o especialista da Embrapa.

Guedes explica que a agricultura em ambiente controlado permite a reprodu­ção das condições climáticas ideais para o cultivo de cada espécie de hortaliça. “Um dos focos de nossa pesquisa é o au­mento da produtividade e, quanto a isso, a verticalização da produção é impor­tante para o aproveitamento máximo de cada metro quadrado”, sublinha.

Iluminação artificial através de painéis de LED – Foto: Ítalo Guedes

Produção otimizada

De acordo com o coordenador do projeto, os experimentos também es­tão avaliando qual é o melhor sistema de cultivo sem solo, a partir de duas possibilidades de manejo da nutrição e da irrigação (fertirrigação) das horta­liças: hidroponia e aeroponia.

“Ambas as técnicas utilizam a mes­ma solução nutritiva, com nutrientes minerais solúveis em água, mas há di­ferença na forma de aplicação. Na hi­droponia, a solução nutritiva percorre o fundo das calhas, enquanto na aero­ponia a solução nutritiva é injetada sob pressão com equipamentos tipo nebu­lizador que jogam a névoa da solução diretamente nas raízes das plantas”, esclarece.

A hidroponia já é uma técnica co­nhecida pela economia de água e nutrientes que, em relação ao cultivo em solo e campo aberto, pode reduzir em até 90% o uso de água e até 70% o de adubos. “No caso da aeroponia, quando comparada à hidroponia, a economia de água e nutrientes pode alcançar até 30%, dependendo do cul­tivo”, revela o pesquisador da Embrapa Hortaliças.

“Além disso, estamos fazendo a co­leta da evapotranspiração dentro do ambiente, utilizando desumidificado­res e, assim, conseguimos um reúso de quase 100% da água aplicada no siste­ma de produção. Só não é a totalidade porque parte da água é absorvida pela planta e passa a integrar a estrutura de seus tecidos”, ressalta Guedes.

Fazendas verticais possibilitam a produção de hortaliças de qualidade em locais que não tenham terra ou clima favorável ou água disponível – Foto Ítalo Guedes

Economia de insumos

Para o pesquisador, a economia de insumos nos modelos de agricultura indoor é uma importante vantagem, especialmente para os grandes centros urbanos localizados em regiões semi­-áridas e que enfrentam problemas de seca e escassez de água.

“Fazendas verticais e outros exem­plos de agricultura em ambiente con­trolado, podem possibilitar a produção de hortaliças de qualidade em locais que não tenham terra ou clima favorável ou água disponível”, destaca.

Desafio

Os testes preliminares feitos com morango e algumas hortaliças folho­sas foram promissores segundo Gue­des, mas o pesquisador enfatiza que formatar um sistema de produção para essas condições de agricultura em am­biente controlado é um grande desa­fio, mesmo com a experiência prévia da equipe com cultivo protegido em estufas e casas de vegetação.

“Em comparação com o cultivo em campo aberto, por exemplo, há diver­sos fatores novos que devem ser ava­liados como tipos de lâmpadas LED, diferenças no espectro eletromagnéti­co visível (frequências que vão da luz vermelha até a luz violeta), tempo de exposição das plantas à luz (fotoperío­do), quantidade de trocas do ar dentro da estrutura, homogeneidade da tem­peratura no ambiente, entre outros”, revela o especialista.

Ele acentua que, “em uma analogia com computadores, podemos dizer que os contêineres e sua infraestrutu­ra funcionam como o hardware, e que estamos na fase de desenvolver os softwares necessários para o funcio­namento de todo o sistema. Por isso, os experimentos buscam respostas para que tenhamos as instruções e as técnicas que resultem na produção otimizada de hortaliças em ambiente controlado”.

O pesquisador acrescenta: “Enga­na-se quem acha possível produzir sem essas instruções, pois a tecnologia dará resultados apenas se acompanhada de um sistema de produção compatível”.

Morangos colhidos após produção na fazenda vertical – Foto: Ítalo Guedes

Sucesso

Para o sucesso da produção de hor­taliças em ambiente controlado, é pre­ciso, de acordo com Guedes, sempre monitorar as plantas para que elas re­cebam a água e os nutrientes necessá­rios para seu pleno desenvolvimento. “Por exemplo, a checagem dos nutrien­tes da solução é feita a cada dois dias, assim como a análise da qualidade da água e do fluxo de injeção e drenagem da solução nutritiva”, afirma.

Nos primeiros meses de pesqui­sa, os agrônomos observaram que as plantas apresentam um desenvolvi­mento mais acelerado e precoce den­tro do contêiner, em um ambiente in­terno totalmente controlado.

“Estudos iniciais com hortaliças fo­lhosas, por exemplo, resultaram na di­minuição do ciclo de produção. Varie­dades de alface atingiram o ponto de colheita com 25 dias após o transplan­te das mudas, um período dez dias in­ferior ao do cultivo protegido em estu­fas”, aponta o coordenador do projeto.

Maximização da produção

O agrônomo Juscimar da Silva, pes­quisador da área de nutrição vegetal da Embrapa, constatou que a preco­cidade é desejável “porque impacta na otimização da produtividade dos cultivos. Contudo, o desenvolvimen­to mais acelerado das plantas no am­biente indoor resultou em sintomas de deficiência de nutrientes como cálcio e boro, que ocasionam queimaduras na borda das folhas”.

Segundo ele, o desafio agora é ajus­tar a oferta de nutrientes para a planta, seja aumentando a concentração na solução nutritiva ou reduzindo a perio­dicidade dos fluxos da fertirrigação. “É preciso alimentar as plantas no tempo exato e na quantidade correta para maximizar a produção”, orienta.

A equipe de pesquisadores tam­bém estima que o crescimento mais acelerado das plantas, quando com­parado ao cultivo em campo aberto, aconteça por causa da intensidade lu­minosa do ambiente controlado.

Cultivo em andares, conhecido como fazenda vertical, formato mais recomendado para folhosas e condimentares – Foto: Ítalo Guedes

“Nós observamos que é possível modular os espectros de luz para indu­ção de precocidade nas plantas, mas esse ajuste deve considerar que os nu­trientes e demais fatores de produção devem estar também em equilíbrio para que se tenha a máxima eficiência produtiva”, observa Silva.

Fotossíntese

Ítalo Guedes reforça que, “além da água, dos nutrientes e da luz, entre os ingredientes essenciais para o desen­volvimento das hortaliças está o gás carbônico (CO2), uma substância pri­mordial para a realização da fotossín­tese pelas plantas”.

Por isso, de acordo com o pesqui­sador, a modelagem de um sistema de produção para hortaliças em ambiente controlado deve considerar o forne­cimento e a concentração de CO2 na atmosfera interna e os pesquisadores estudam qual é a melhor maneira de aportar o gás carbônico para as plantas se desenvolverem bem.

“Em campo aberto é raro que o CO2 seja uma preocupa­ção, já que é um dos principais gases de efeito estufa e tem aumentado consistentemente nas últimas décadas. Em um ambiente fechado, em que a substituição do volume de ar é lenta ou parcial, os níveis de CO2 podem cair rapidamente e limitar a fotossíntese e a produção de alimentos”, pondera Guedes.

Alta qualidade e zero resíduo

Os sistemas de produção que estão sendo desenvolvidos pelos pesquisadores da Embrapa, em parceria com a equipe técnica da empresa 100% Livre, prevêem um modelo de co­mercialização B2C (business to consumer), ou seja, as hor­taliças serão vendidas diretamente ao cliente final prontas para o consumo, sem qualquer necessidade de sanitização. Por isso, fatores relacionados à segurança e à qualidade do alimento são muito importantes.

Modelo de comercialização B2C (business to consumer), ou seja, as hortaliças serão vendidas diretamente ao cliente final prontas para o consumo

Ítalo Guedes relata que “a cada três dias, por exemplo, é feita uma inspeção aleatória das folhas para detecção de pragas e, para evitar a ocorrência de doenças, a equipe cole­ta mensalmente amostras de plantas da área cultivada e, no caso de algum sintoma, elas são isoladas e encaminhadas para o laboratório para um diagnóstico preciso”.

Para ele, esse monitoramento periódico é fundamental porque os sistemas de produção propostos para o mode­lo de agricultura indoor, que está fisicamente isolado do mundo exterior, dispensam qualquer aplicação de agrotó­xicos, o que garante hortaliças livres de resíduos e seguras para o consumo.

Evitar contaminação

Além disso, a equipe pretende de­finir um protocolo de acesso e de fluxo das rotinas de trabalho para evitar a contaminação por quaisquer agentes externos ao contêiner. “O desenho da planta da fazenda vertical baseia-se em normas internacionais de qualida­de, como a ISO 22000, que estabelece padrões para produção de alimentos seguros”, revela o coordenador do pro­jeto.

A estrutura possui uma antecâmara para descontaminação de trabalhado­res e visitantes antes do ingresso nas áreas de produção para evitar a entra­da de insetos e microrganismos que possam ser nocivos às hortaliças.

“A produção terá que obedecer a aspectos de higiene e de manipulação para garantir a oferta de hortaliças lim­pas, livres de agrotóxicos e sem conta­minação biológica”, pondera Guedes, que também enumera os atributos de qualidade que serão analisados, como aparência, textura, sabor, aroma e valor nutritivo.

Ante câmera para controle de acesso na fazenda vertical – Foto: Ítalo Guedes

Fazendas sustentáveis: faça chuva ou faça sol!

A produção de hortaliças em cam­po aberto, de uma forma geral, de­pende muito de condições climáticas ideais para ser bem-sucedida.

“No Brasil, a predominância do cli­ma tropical é um fator impeditivo para o cultivo de várias espécies de hortali­ças originárias de regiões de clima mais ameno e temperado, muito embora o esforço das pesquisas na área de melho­ramento genético para obter cultivares mais adaptadas às condições brasileiras minimize esse problema”, destaca Ítalo Guedes.

Ele salienta que “com as projeções futuras de mudanças do clima, como aumento da temperatura média ou maior intensidade e frequência de chu­vas em algumas regiões do País, é con­senso que polos tradicionais de produ­ção de hortaliças – incluindo cinturões verdes – possam, no intervalo das pró­ximas décadas, encontrar dificuldades para manter seus níveis de produtivi­dade, sendo obrigados a migrar para áreas com condições ambientais mais favoráveis”.

Agricultura indoor

Entretanto, na agricultura indoor, há uma total independência da produção quanto às condições de temperatura, umidade do ar ou precipitação pluvio­métrica.

“Ao longo do tempo, a adoção de tecnologias vem mudando o perfil da agricultura brasileira e, diante do ris­co de desabastecimento dos centros urbanos pela distância entre polos de produção e locais de consumo, ga­nham força os modelos de cultivo em ambiente controlado, ainda mais para hortaliças, que são alimentos frágeis e muito perecíveis”, aponta o pesquisa­dor da Embrapa.

Ele ainda enfatiza que a agricultu­ra indoor é apenas mais uma forma de se cultivar hortaliças, um nicho de mercado que não pretende substituir a agricultura convencional e orgânica ou o cultivo protegido em estufas e casas de vegetação.

“Com a proposta de economizar insumos, aproveitar es­paços urbanos subutilizados e anular os gastos com logísti­ca (e combustíveis fósseis) para escoar a produção do local de plantio até o centro consumidor, a agricultura indoor em metrópoles também ganha pontos porque facilita o acesso ao alimento fresco e de qualidade”, acentua Guedes.

Na agricultura indoor, há uma total independência da produção quanto às condições de temperatura – Foto: Diego Gomes

Consumo rápido

As hortaliças produzidas em uma fazenda vertical po­dem ser consumidas poucas horas – ou mesmo minutos – após colhidas. “Isso acontece porque o próprio local de produção se torna o local de comercialização e, até mes­mo, de consumo”, sublinha o coordenador do projeto.

Outro benefício apontado por Guedes é que acaba a alta incidência de folhas e frutos danificados e as perdas pós-colheita que, para algumas hortaliças, podem alcan­çar até 50% do volume colhido.

“A proposta de um modelo de produção de hor­taliças frescas e nutritivas, ao alcance imediato dos consumidores e localizado em grandes centros urba­nos alinha-se, dessa forma, a alguns dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidades, entre eles o ODS nº 11, que versa sobre cidades e co­munidades mais resilientes e sustentáveis”, reforça o pesquisador.

E complementa: “Mas alinha-se principalmente ao ODS nº 12, que fala sobre padrões de produção e consumos sustentáveis, com metas referentes ao uso eficiente dos re­cursos naturais; à redução do desperdício de alimentos e das perdas ao longo das cadeias de produção e de abaste­cimento; e à redução do uso de produtos químicos prejudi­ciais ao meio ambiente e à saúde humana”.

Segundo o coordenador do projeto, o interesse agora não é apenas na quantidade e na qualidade do alimento, mas na forma como essa produção impacta o meio ambien­te, os recursos naturais e o futuro do planeta.

“A agricultura indoor é uma alternativa para tornar nos­sas cidades mais resilientes e sustentáveis, em resposta aos crescentes desafios de escassez de recurso, pressão popula­cional e mudanças climáticas”, frisa Guedes, ao afirmar que, em países desenvolvidos, a agricultura urbana responde por quase um quarto da produção de hortaliças e frutas.

Em sua opinião, em países de clima tropical, as experiên­cias com produção de hortaliças em ambiente controlado são bastante escassas, “por isso, a necessidade de a pesquisa científica desenvolver e aprimorar sistemas de produção de alimentos a partir de nossas especificidades, principalmente ao que se refere a adaptações para redução dos custos de produção que possibilitem a ampliação do acesso de horta­liças de qualidade para parcelas cada vez mais expressivas da população”.

Parceria para inovação

As pesquisas com produção de hortaliças em ambiente controlado foram viabilizadas por meio de uma parceria pú­blico-privada (PPP) entre a Embrapa Hortaliças e empresa 100% Livre, que já está construindo uma fazenda vertical na cidade de São Paulo. A previsão é que entre em funciona­mento até novembro deste ano.

“Nossa programação inicial é cultivar folhas e temperos, mas a cada ciclo de pesquisas na Embrapa, a proposta é am­pliar nossa atuação. No laboratório, os pesquisadores reali­zam testes do modelo de cultivo vertical em pequena escala em termos de viabilidade técnica e, conforme se obtêm re­sultados bem-sucedidos, nós conseguimos colocar em prá­tica em uma escala muito maior, em um patamar comercial”, afirma Diego Gomes, sócio-fundador da 100% Livre.

Na opinião do empresário, o maior ganho da parceria é com a complementariedade de visão, uma vez que as pes­quisas com foco nos aspectos agronômicos e os estudos de viabilidade econômica da produção fornecem embasamen­to para a atuação da empresa com o público consumidor.

“Nosso objetivo maior é entregar praticidade e conve­niência, com hortaliças de qualidade e nutritivas, livres de qualquer agrotóxico ou contaminação e prontas para o con­sumo”, ressalta Gomes, ao enfatizar que a fazenda vertical não se limita por clima, temperatura ou sazonalidade.

Pioneirismo

O empresário esclarece que a parceria público-privada para essa área de estudo é pioneira no País e até mesmo no mundo. No Japão, segundo ele, há diversas iniciativas de fa­zenda vertical funcionando comercialmente, principalmen­te por causa do incidente nuclear em Fukushima, que resul­tou na contaminação do solo e mananciais de água, muito embora os produtores sigam modelos empíricos, pois não há aproximação com universidades e empresas de pesquisa.

“É uma seara nova, com pouca literatura científica e co­nhecimento consolidado, por isso, cada avanço que temos realizado nos últimos meses é um passo em direção à inova­ção com selo da pesquisa pública brasileira”, celebra.

Outras empresas já demonstraram interesse em parcerias de pesquisa em agricultura em ambiente controlado como a israelense Juganu, que doou um conjunto de lâmpadas LED de alto desempenho para serem testadas na produção de hortaliças.

Projeto inicial é focado no cultivo de folhas e temperos – Foto: Diego Gomes

Parâmetro

Os resultados dos primeiros plantios em escala comer­cial em São Paulo funcionarão como parâmetro para os planos da empresa de expansão para outras metrópoles e capitais do País, como o Rio de Janeiro. “Estamos dando apenas o primeiro passo no modelo de produção contro­lada, mas somos muito otimistas e temos perspectiva, na visão de médio e longo prazo, de ampliação para outras frentes, como cultivo de espécies medicinais”, antecipa Gomes.

Conceitos da agricultura indoor

Agricultura em ambiente contro­lado (controlled environment agricul­ture): forma de cultivo em ambiente fechado em que se otimiza artificial­mente todos os fatores ambientais que afetam o crescimento e a produção ve­getal (nutrientes, água, temperatura, umidade relativa, iluminação, compo­sição do ar). Também conhecida como agricultura indoor.

Agricultura de teto (rooftop far­ming): cultivo, geralmente sem solo, realizado sobre o teto de edifícios como arranha-céus e shoppings, aproveitando a iluminação natural. O plantio pode ser a céu aberto ou pro­tegido.

Agricultura vertical (vertical far­ming): cultivo de plantas em camadas verticais com iluminação artificial em cada camada. Normalmente são usa­das lâmpadas de menor potência. A agricultura vertical pode ser realizada em edifícios com um só andar, como armazéns, ou em vários andares. O edifício é chamado de fazenda vertical (vertical farm).

Fábrica de plantas (plant factory): ambiente de agricultura em ambiente controlado em que o cultivo é feito em uma só camada com iluminação arti­ficial no teto. Utiliza-se normalmente lâmpadas de maior potência.

Fonte: Embrapa Hortaliças