植物工厂为啥迟迟难以得到普及?
植物工厂是一种利用人工光源和控制系统来模拟自然环境,实现植物全年连续生产的农业设施。它不受外界气候和季节的影响,可以在完全控制的条件下进行植物的种植和生产。
今天我们来聊一聊植物工厂普及的难点在哪里。
先上结论:
目前在使用LED光源技术模式下,通过我国现有电力生产结构推算,生产1斤蔬菜,约等于耗费同样重量的煤炭。植物工厂难的不是技术,而是如何降低成本。 |
植物工厂具有以下优点:
1、高度控制的环境:植物工厂可以精确控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等环境因素,为植物提供最佳的生长条件。
2、使用人工光源:由于植物工厂内部不依赖自然光,因此会使用人工光源,如LED灯、高压钠灯或荧光灯等,来提供植物所需的光照。
3、节省空间:植物工厂通常采用多层栽培架,可以垂直堆叠,从而大大节省空间,提高单位面积的产量。
4、节水和节肥:通过精准的水肥一体化系统,植物工厂可以大幅度提高水资源和肥料的利用效率。
5、减少农药使用:由于植物工厂的环境是封闭的,可以有效地控制病虫害的发生,因此可以减少农药的使用。
6、全年生产:植物工厂可以实现全年无休的生产,不受季节限制,可以稳定供应农产品。
7、高质量产品:在清洁的环境中生长的植物,没有土壤和重金属污染,产品更加安全、洁净。
8、可持续性:植物工厂减少了对自然资源的依赖,是一种可持续的生产方式,尤其适合在土地资源有限或气候条件不利的地区。
植物工厂当前面临的问题主要还是成本问题,它包括初始的建设投资成本,以及后续的能源消耗和运行成本。
20世纪50年代开始,欧美发达国家采用高压钠灯作为光源,但能耗过高,这些国家探索了一段时间后就停止了。到20世纪90年代后期,日本开始探索用荧光灯作为光源,但能耗仍然较高。此外,荧光灯、高压钠灯的光效比较低。高压钠灯的光效只有30%,荧光灯的光效约为55%。我国植物工厂大约从2002年开始起步,直接使用LED灯,LED灯是单色光,可以组合成植物需要的光谱,并比较节能。通过对植物光谱的吸收曲线研究,将LED发光定位在450纳米和660纳米两个最优吸收峰值附近,大大提高了光效。
但是即使如此,光源的能耗依然很高,在植物工厂的整个成本中,约有一半来自电能消耗,而电能消耗中约有60%来自光源,35%来自空调。
高压钠灯或荧光灯生产蔬菜,1公斤的叶菜要消耗31—42度电,通过使用LED灯,目前成本可以降到10度以下。按照北京居民用电一度电5毛计算,成本为5元,如果按照工商业用电计算,成本将为10元1公斤,这还只是光源用电,加上空调、劳动力等成本,我们保守计算乘以2,一公斤叶菜产出,成本将达10元到20元,而流通成本大概还要翻倍,最终销售价格需要定在20元到40元,按照市斤(500g)计算,一斤菜需要10元到20元才能回本。
我们来看看今天美团买菜一斤生菜的价格,约为5元左右。
而往后翻,同样的水培生菜,或者冠名有机生菜,每斤价格在20元左右,价格贵了4倍,我猜测这些叶菜有些很可能是植物工厂生产的。
所以植物工厂生产的蔬菜,因为成本问题很难普及。
接下来,我们抛去价格因素,从更宏观的角度来看待这个问题。
2023年,我国电力生产结构中,火电占66.3%、水能占13.6%、风能占9.4%,光伏占6.2%、核电占4.6%。其中火力发电仍然是最主要的发电来源。
1度电=3600千焦≈0.123kg标准煤
生产1斤(500g)蔬菜,约需要耗费5度电,5度电乘以火电占比,再乘以生产1度电需要的标准煤重量,简单计算如下:
5度*66.3%(火电占比)*0.123kg/度(生产1度电需要的标准煤重量)≈0.407745kg≈407g
也就是植物工厂生产1斤叶菜,约等于耗费同样重量的煤炭,在当前我国大力倡导节能减排的今天,这样的农业生产,您是不是已经高兴不起来了。
纵观世界农业发展,从传统大田农业到温室大棚,再到科技含量更高的植物工厂。植物工厂成为一种人们理想中的终极农业形态。植物工厂难的不是技术,而是如何降低建设成本和运营成本。