تغذية المستقبل: نظرة عامة على تكنولوجيا الأغذية الزراعية

دخلت شركة John Deere ، وهي شركة معروفة على نطاق واسع بصناعة الجرارات ، في مجال الذكاء الاصطناعي. في عام 2017 ، اشترت John Deere Labs شركة Blue River Technology مقابل 305 ملايين دولار ، وهي شركة ناشئة تتمتع برؤية الكمبيوتر وتكنولوجيا التعلم الآلي التي يمكنها تحديد كل مصنع فردي في مزرعة. وهذا يعني أنه يمكن بسهولة تمييز الحشائش المقاومة لمبيدات الأعشاب عن النباتات الصحية. النتيجة الصافية؟ يمكن للمزارعين تقليل استخدام المواد الكيميائية بنحو 95٪ مع تحسين المحاصيل ، وفقًا لـ Blue River.

نظرًا لأن العوامل البيئية والاجتماعية والديموغرافية تضغط بشكل متزايد على تكنولوجيا إنتاج الأغذية الزراعية التقليدية ، يتجه المستثمرون ورجال الأعمال على حد سواء إلى الابتكار.

بعد أن مهدنا الطريق في تغذية المستقبل: نظرة عامة على صناعة الأغذية الزراعية ، سنخوض الآن في مزيد من التفاصيل حول التقنيات المبتكرة التي تحدث ثورة في أعمال إنتاج الأغذية. نحن نوضح بالتفصيل التقنيات الجديدة الواعدة في هذا المجال بالإضافة إلى الشركات الناشئة المثيرة للاهتمام التي تعمل على تشغيلها ، مثل الزراعة العمودية والبروتينات البديلة والزراعة الدقيقة والتكنولوجيا الحيوية الزراعية وغيرها من الاتجاهات المستقبلية المثيرة للاهتمام.

الزراعة العمودية من أجل الإنتاج القابل للتحكم والمستدام

الزراعة العمودية هي ممارسة زراعة المحاصيل في طبقات مكدسة رأسياً. أصبح هذا ممكنًا باستخدام أرفف متنامية معلقة على جدار أو سياج وتطبيق تقنيات الزراعة المائية لتغذية النباتات.

تتمتع هذه التقنية بإمكانيات كبيرة لأنها تضمن التحكم في العديد من متغيرات الإنتاج. فهو لا يقلل فقط من عدد المدخلات المستهلكة ولكنه يسمح أيضًا بالتحكم في مسببات الأمراض والحشرات الطفيلية. يسمح هذا بدورات المحاصيل والإنتاج على مدار العام أقصر بكثير ، مما يتيح إمكانية:

• التقليل من استخدامات الأراضي للزراعة
• الاستجابة الفعالة لاتجاهات التحضر ونقل المحصول داخل المدينة
• تقليل الحاجة إلى نقل الطعام بالشاحنات مئات الكيلومترات إلى السوق
• المحافظة على الإنتاج بغض النظر عن الموسم أو الطقس
• منع احتمالية حدوث أخطار متعلقة بتغير المناخ

هذا ، إلى جانب التوفير الكبير من حيث المياه والمدخلات ، سيكون محركًا رئيسيًا للنجاح في مواجهة الطلب المتزايد على الغذاء ونجاح صناعة الأغذية الزراعية.

ومع ذلك ، فإن توسيع نطاق الزراعة العمودية قد يسبب صعوبات ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الاستخدام العالي للطاقة الذي تتطلبه هذه التقنية ، والذي يؤثر حتماً على بصمتها الكربونية. المزارعون العموديون على استعداد لاستخدام الطاقة المتجددة لتشغيل عملياتهم ، ولكن لا يزال أمام الصناعة طريق طويل لنقطعه.

لقد فشلت معظم المزارع العمودية حيث فقدت التكاليف المرتفعة للمعدات الروبوتية والضوء الصناعي التكنولوجيا الأبسط المتمثلة في الأوساخ والصوبات الزجاجية والشمس. لكن المفهوم يجتذب الآن طفرة في استثمارات الشركات ، كما يتضح من شركات مثل Spread أو Plenty ، وهي شركة أمريكية ناشئة مدعومة بـ 200 مليون دولار من مستثمرين بما في ذلك ماسايوشي سون من SoftBank وجيف بيزوس من أمازون. وفقًا لـ MarketsandMarkets ، ينمو هذا الجزء الفرعي من سوق الأغذية الزراعية بمعدل نمو سنوي مركب 24.8٪ ، ومن المتوقع أن يصل إلى 5.8 مليار دولار في عام 2022.

الزراعة المائية والأيروبونيك هما التقنيتان الرئيسيتان المطبقتان في هذا المجال. يتضمن تنفيذ أحدهما توفيرًا كبيرًا في الموارد وتوازنًا جيدًا بين استخدام المياه والأسمدة / المغذيات الضرورية.

ستكون أجهزة التحكم في المناخ قطاع الأجهزة الأسرع نموًا في هذا السوق ، حيث تلعب دورًا مهمًا في زيادة العائد. لضمان بيئة نمو محمية ، يجب التحكم في العديد من العوامل التي تؤثر على المناخ على مستوى متقدم.

من المتوقع أن يكون لسوق الزراعة العمودية في آسيا والمحيط الهادئ الحصة الأكبر بحلول عام 2022 مقارنة بالمناطق الأخرى.

سوق الزراعة العمودية حسب المنطقة (مليون دولار)

هناك العديد من المزارع في اليابان وسنغافورة وتايوان وغيرها من البلدان المتقدمة تقنيًا والتي تقود السوق بالفعل في المنطقة. نمت الاستثمارات بشكل كبير من 60 مليون دولار في 2015 و 2016 إلى 414 مليون دولار في 2017 و 2018.

النفقات الرأسمالية عالية لهذه الشركات. يمكن أن تتطلب الأعمال الزراعية العمودية الصغيرة ذات التقنية المنخفضة حوالي 280 ألف دولار للبدء وما يصل إلى 15 مليون دولار لمصنع من الجيل الثاني. تشمل أكثر المصانع ابتكارًا إدارة البيانات وأتمتة إدارة المصانع وأتمتة الحصاد وأتمتة ما بعد الحصاد. في المتوسط ​​، ينتج هذا النوع من النباتات 55 مرة إنتاجًا لكل وحدة أكثر من المزارع التقليدية. علاوة على ذلك ، يجب أن يقلل الابتكار من نفقات التشغيل: على سبيل المثال ، زيادة كفاءة مصابيح LED المستخدمة في هذه التقنية.

اللاعبون الرئيسيون في هذا السوق هم شركة AeroFarms ، وهي شركة مقرها الولايات المتحدة تعمل في هذا المجال منذ 15 عامًا وجمعت 238 مليون دولار ، وشركة Plenty (الولايات المتحدة) التي جمعت 226 مليون دولار.

بالنسبة للبيئة الأوروبية ، إنفارم (ألمانيا) هي شركة مقرها برلين وقد جمعت بالفعل ما يقرب من 122 مليون دولار ، وقد جمعت أجريكول (فرنسا) 36 مليون دولار وتركيزها بشكل أساسي على إنتاج الفراولة ، وجمعت شركة Agrilution (ألمانيا) 4.6 مليون دولار ، و جمعت Sfera Agricola (إيطاليا) 7.5 مليون دولار وبلغت عائداتها 4.23 مليون دولار.

زيادة استخدام البروتينات البديلة

يبذل الباحثون والشركات الناشئة جهودهم في البروتينات البديلة ، حيث من المرجح أن يصبح إطعام السكان المتزايد بلحوم الماشية أمرًا صعبًا للغاية بسبب النمو المستمر في الطلب على اللحوم.

ونتيجة لذلك ، فإن 46٪ من إجمالي المنتجات الزراعية تُستخدم حاليًا لإطعام الماشية فقط. لقد تم تقريبًا استنفاد حلول زيادة كفاءة إنتاج اللحوم التقليدية ، ولن يتغلب السعي وراءها على التحديات الزراعية والغذائية العالمية.

وهكذا تتطور منتجات اللحوم الجديدة والجهات الفاعلة في السوق. بدلاً من تعزيز إنتاج اللحوم التقليدية ، تركز العديد من الشركات على ابتكار منتجات جديدة لتحل محل اللحوم التقليدية . بعض المناطق الواعدة هي اللحوم القائمة على الحشرات ، وبدائل اللحوم النباتية الجديدة ، واللحوم المستنبتة .

اللحوم القائمة على الحشرات مصنوعة من بروتين يأتي بشكل رئيسي من الصراصير وديدان الوجبة. هذا الاتجاه له بعض المزايا ، مثل التحويل الفائق للطاقة والبروتين مقارنة باللحوم التقليدية. تتمتع أغذية الحشرات بإمكانية أكبر لتغذية الماشية بدلاً من البشر بسبب مذاقها واختلافها التركيبي مقابل اللحوم التقليدية وتصور المستهلك السلبي للحشرات كغذاء في الغالبية العظمى من الدول الغربية.

توقعات سوق اللحوم العالمية

يمكن أن يكون الاتجاهان الأكثر إثارة للاهتمام هو استبدال اللحوم النباتية الجديدة واللحوم المستنبتة. الأول لا يتطلب مكونات حيوانية ، وتقترب صورته الحسية من اللحم أكثر من البديل النباتي / النباتي التقليدي. والسبب الرئيسي لذلك هو عملية الإنتاج المعقدة التي تستخدم الهيموجلوبين والمواد الرابطة المستخرجة عن طريق التخمير من النباتات. جمعت الشركات الناشئة في هذا المجال (مثل Impossible Foods و JUST و Beyond Meat ) أكثر من 900 مليون دولار من التمويل حتى عام 2018 ، والمنتجات متاحة بالفعل في كل من محلات السوبر ماركت والمطاعم.

تمثل اللحوم المستنبتة بديلاً عن اللحوم التي يتم إنشاؤها من خلال النمو المتسارع للخلايا في المفاعلات الحيوية. سيمثل استزراع اللحوم أكبر فرصة على الرغم من أنها في حالة تنمية سيئة بسبب التكلفة الكبيرة المرتبطة بها.

تبدأ العملية عندما يتم استخراج خلية من حيوان حي وتنمو في المختبر لتأسيس ثقافة بشكل دائم (تسمى خط الخلية). يمكن أن تأتي الخلايا من مجموعة من المصادر: خزعات من الحيوانات الحية ، أو قطع من اللحم الطازج ، أو بنوك الخلايا. يمكن أن تستند خطوط الخلايا إما على الخلايا الأولية أو على الخلايا الجذعية . بمجرد تحديد خط خلية جيد ، يتم إدخال عينة في مفاعل حيوي حيث تتكاثر الخلايا أضعافا مضاعفة ويمكن حصادها. والنتيجة هي لحوم لا يمكن تمييزها تقريبًا عن لحوم الحيوانات. لم يتم بيع أي منتجات تجارية حتى الآن ، حتى لو كانت هذه التقنية لديها القدرة على تعطيل صناعة اللحوم العالمية التي تقدر بمليارات الدولارات.

يمكن أن تكون أكثر الاتجاهات المدمرة المحتملة هي اللحوم النباتية والمستزرعة الجديدة ، والتي ستصل - على التوالي - إلى 25٪ و 35٪ من قيمة السوق العالمية في عام 2040 بفضل إمكاناتها التجارية العالية التي يحفزها تشابهها الكبير مع اللحوم الحقيقية. هذا يجعلها جذابة لرأس المال الاستثماري. على وجه الخصوص ، ستفوز اللحوم المستزرعة على المدى الطويل ، لكن بدائل اللحوم النباتية الجديدة ستكون ضرورية في المرحلة الانتقالية.

يقع مقر أكثر شركات استبدال اللحوم النباتية الجديدة تقدمًا في الولايات المتحدة. تعد Beyond Meat and Impossible Foods من أشهر الأطعمة وقد جمعت بالفعل عدة مئات الملايين من الدولارات.

جمعت شركة Impossible Foods 300 مليون دولار في السلسلة E في عام 2019 ، ليصل إجمالي قيمة حقوق الملكية إلى 700 مليون دولار. يشمل المستثمرون أسماء بارزة مثل Bill Gates و GV (Google Ventures سابقًا) و UBS و Sailing Capital. تم طرح شركة Beyond Meat للجمهور بالفعل.

المصدر: Crunchbase.

هذه الشركات هي الأقرب لتسويق منتجاتها. من المتوقع أن يصل سوق بدائل الأغذية والمشروبات النباتية إلى 80.43 مليار دولار بحلول عام 2024 ، بمعدل نمو سنوي مركب نسبته 13.82٪ خلال فترة التوقعات من 2019 إلى 2024.

تقع أكبر شركات اللحوم المستزرعة في الولايات المتحدة. جمعت شركة Memphis Meats ، ومقرها سان فرانسيسكو ، 161 مليون دولار لبناء مصنع تجريبي للحوم قائم على الخلايا. تزيد جولة الاستثمار هذه من إجمالي أموال شركة اللحوم القائمة على الخلايا في كاليفورنيا بأكثر من ثمانية أضعاف. يشمل المستثمرون تايسون فود وريتشارد برانسون وبيل جيتس.

استثمر المستثمرون أكثر من 16 مليار دولار في شركات اللحوم القائمة على النباتات والخلية في الولايات المتحدة في السنوات العشر الماضية - 13 مليار دولار فقط في عامي 2017 و 2018 ، وفقًا لتقريرين صادر عن معهد Good Food في عام 2019.

الزراعة الدقيقة تتحرك التيار الرئيسي

على مدى العقدين الماضيين ، نجحت الزراعة الدقيقة في التحول من كونها موضوع بحث أكاديمي إلى ممارسة مفيدة للغاية في مجال الزراعة. بحلول نهاية عام 2030 ، تستعد الزراعة الدقيقة لتصبح واحدة من أكثر الاتجاهات تأثيرًا في الزراعة.

سوق الزراعة الدقيقة - معدل النمو حسب المنطقة (2021-2024)

الزراعة الدقيقة هي مفهوم إدارة الزراعة يعتمد على المراقبة والقياس والاستجابة للتنوع داخل الحقول وداخلها في المحاصيل بهدف تحديد نظام دعم القرار (DSS) لتحسين عوائد المدخلات مع الحفاظ على الموارد.

بلغت الاستثمارات في الزراعة الدقيقة 661 مليون دولار عبر 96 صفقة في عام 2015 ، بزيادة قدرها 140٪ مقارنة بعام 2014 ، وفقًا لـ AgFunder. ومع ذلك ، شهدت الزراعة الدقيقة انخفاضًا قدره 405 ملايين دولار في عام 2016 ، ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض الإنفاق على الطائرات بدون طيار. من الممكن تحديد ثلاثة اتجاهات رئيسية للزراعة الدقيقة التي ستوجه مستقبل هذا القطاع: الصور وأجهزة الاستشعار ، والروبوتات والأتمتة ، والرقمنة والبيانات الضخمة .

تتعلق الصور وأجهزة الاستشعار بممارسات مراقبة الأداء الميداني ، ومراقبة التربة ، والكمبيوتر في الميدان أو التشغيل في الوقت الفعلي من خلال استخدام الأقمار الصناعية ، وصور الطائرات بدون طيار ، وأجهزة استشعار ظروف المحاصيل ، بهدف توفير نظام يساعد في مراقبة وأتمتة المدخلات.

تشير الروبوتات والأتمتة إلى تقنيات مثل الرؤية الآلية والاستشعار الجوي والذكاء الاصطناعي.

تستخدم الرقمنة والبيانات الضخمة الخرائط الميدانية والواقع المعزز ومنصات البيانات المفتوحة للوصول إلى التحليلات المتقدمة وتصميم الآلات الذكية نحو خدمات ذكاء الأعمال.

من المتوقع أن ينمو السوق بمعدل نمو سنوي مركب 12.8٪ ليصل إلى 5.5 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2021. حاليًا ، تهيمن منطقة أوروبا والشرق الأوسط وإفريقيا على السوق (41٪) ، تليها منطقة آسيا والمحيط الهادئ (32٪) والأمريكتين (27٪). أنشأت Bayer فريقًا من أكثر من 400 متخصص واستثمرت 1.25 مليار دولار لدفع تطوير العروض الرقمية للمزارعين.

الزراعة الدقيقة هي حقل مزدحم بسبب إمكاناته العالية. إن إطعام العالم وكسب عائد أثناء القيام بذلك أمر محفز للغاية للعديد من اللاعبين المختلفين. تركز شركات مثل John Deere و CNH و Kubota و Bosch و Trimble و Topcon أيضًا على هذا المجال ، بالإضافة إلى عدد كبير من الشركات الناشئة ، بما في ذلك:

تعمل التكنولوجيا الحيوية الزراعية على تغيير الأعمال الزراعية

مكان آخر سريع النمو يستخدم عددًا من الابتكارات التكنولوجية المتعلقة بالتكنولوجيا الحيوية الزراعية ، والتي تشمل جميع الأدوات والعمليات البيولوجية أو الكيميائية المستخدمة في المزرعة وأيضًا في عمليات ما بعد الزراعة. تتضمن هذه الفئة أنواعًا مختلفة من التكنولوجيا والعلوم ، بما في ذلك علم الوراثة والتربية وأبحاث الميكروبيوم والكيمياء التركيبية وصحة الحيوان .

يتضمن علم الوراثة عمليات تسمح بنقل الخصائص المفيدة من نبات إلى آخر من خلال التلاعب المباشر بالمواد الجينية للكائن الحي.

التكاثر هو علم تغيير سمات النبات لإنتاج الخصائص المرغوبة.

تتكون أبحاث الميكروبيوم من توليد رؤى قيمة في بيولوجيا المجتمعات الميكروبية وتأثيرها على محيطها ومضيفيها.

الكيمياء التركيبية هي مجال بحثي ناشئ يهدف إلى إنشاء أجزاء وأجهزة وأنظمة بيولوجية جديدة ، أو إعادة تصميم الأنظمة الموجودة بالفعل في الطبيعة.

تشمل صحة الحيوان التقنيات التي تعمل على تحسين جودة الأعلاف الحيوانية و / أو الأداء الحيواني و / أو صحة الحيوان ، بالإضافة إلى التقنيات التي تخلق علفًا حيوانيًا جديدًا يستخدم كمصدر غذائي أولي أو ثانوي.

من المتوقع أن يصل سوق التكنولوجيا الحيوية الزراعية العالمية إلى 33.8 مليار دولار بحلول عام 2024 ، بمعدل نمو سنوي مركب نسبته 10.9٪ (2019-2024). أمريكا الشمالية هي أكبر سوق للتقنيات الحيوية الزراعية نظرًا لقبولها الأعلى للكائنات المعدلة وراثيًا.

يعتبر سوق الهندسة الوراثية سوقًا سريع النمو ويمكن أن يكون له تأثيرات إيجابية على البيئة - تتطلب المحاصيل المعدلة وراثيًا مواد كيميائية وأراضيًا وآلات أقل ، مما يساعد على تقليل التلوث البيئي وانبعاثات غازات الدفيئة. علاوة على ذلك ، ينصب تركيز هذا العلم بشكل أساسي على إنشاء بذور ونباتات جديدة قادرة على مقاومة مبيدات الأعشاب والحشرات والفيروسات أثناء نموها - وتتحمل الضغوط البيئية (مثل الجفاف والفيضانات) ومع فوائد غذائية إضافية ومذاق محسن.

هناك أيضًا بعض سلبيات الهندسة الوراثية. بشكل عام ، يمكن لمسببات الأمراض التكيف مع الملامح الجينية الجديدة ، لذلك قد تكون هناك آثار جانبية سلبية غير متوقعة (على سبيل المثال ، يمكن أن تكون النباتات المقاومة للجفاف أقل تحملاً لأشعة الشمس المباشرة).

بالإضافة إلى ذلك ، يعد استخدام حقوق الطبع والنشر وبراءات الاختراع لحماية حقوق الملكية الفكرية (IPR) ميزة رئيسية في هذا المجال ، تتميز بتكلفة تقليد منخفضة.

بعض الشركات الناشئة والشركات الصغيرة والمتوسطة النشطة في مجال التكنولوجيا الحيوية الزراعية هي:

اتجاهات أخرى مثيرة للاهتمام للمستقبل

تاريخيا ، مرت الزراعة بسلسلة من الثورات التي دفعت الكفاءة والعائد والربحية إلى مستويات لم يكن من الممكن تصورها في السابق. تشير توقعات السوق للعقد القادم إلى ثورة رقمية من المحتمل أن تؤثر على كل جانب من جوانب السلسلة الغذائية الزراعية.

من منظور المناخ ، هناك حاجة متزايدة لمعرفة كيفية إنتاج أكبر قدر ممكن من الغذاء بنفس الكمية من الأراضي الزراعية (إن لم يكن أقل). ومع ذلك ، وكما تمت مناقشته من قبل ، فإن تغير المناخ ليس العامل الوحيد الذي يهدد تجارة الأغذية في السنوات القليلة المقبلة ؛ سيكون هناك أيضًا طلب متزايد على الحلول التكنولوجية المطبقة على الزراعة .

ناقشنا سابقًا الأهمية المستقبلية للحوم المستنبتة ، وتقنية CRISPR وتعديل الجينوم ، والزراعة الدقيقة ، والزراعة العمودية. لكن هذه ليست التقنيات الوحيدة المتاحة التي يدرسها الباحثون. يتم استكشاف مجموعة واسعة من الحلول من أجل مواجهة التحديات المتعلقة بالغذاء وتغير المناخ والتوسع في الطلب على الغذاء. تتضمن بعض الأمثلة ما يلي:

• استخدام مركبات تمنع الأسمدة من تحويل ميكروبات التربة إلى أكسيد النيتروز ، وهو أحد غازات الدفيئة شديدة الفعالية.
• تطوير أصناف من المحاصيل التي تمتص المزيد من النيتروجين .
• الحد من البصمة الكربونية للماشية عن طريق إطعامها بشكل مختلف - باستخدام الطحالب ، على سبيل المثال.
• اعتماد الزراعة الصحراوية وزراعة مياه البحر . بسبب النقص المتزايد في الموارد ، يجب على العالم تحويل الصحراء والبحر إلى منشآت لإنتاج الغذاء.
• تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد على إنتاج الغذاء . يعتقد الخبراء أن الطابعات التي تستخدم المواد الغروانية المائية يمكن استخدامها لاستبدال المكونات الأساسية للأطعمة بمصادر متجددة مثل الطحالب وعشب البط والعشب. الآن ، يقوم بعض العلماء بتجربة الطحالب كبديل للبروتين الحيواني.

لسوء الحظ ، فإن الكثير من تقنيات الأغذية الزراعية هذه لا تتلقى بعد عدد الاستثمارات التي تتطلبها للتنفيذ الفعال ؛ ومع ذلك ، فإن هذا المجال يرفع الوعي بسرعة كبيرة ، وبالتالي تنمو الاستثمارات .

اقرأ الجزء الأول من هذه السلسلة: تغذية المستقبل: نظرة عامة على صناعة الأغذية الزراعية.