Alimentando el futuro: una visión general de la tecnología agroalimentaria

John Deere, una empresa más conocida por fabricar tractores, se está metiendo en el negocio de la inteligencia artificial. En 2017, John Deere Labs compró Blue River Technology por $305 millones, una empresa emergente con tecnología de aprendizaje automático y visión por computadora que puede identificar cada planta individual en una granja. Esto significa que las malas hierbas resistentes a los herbicidas se pueden distinguir fácilmente de las plantas sanas. ¿El resultado neto? Los agricultores pueden reducir el uso de productos químicos en aproximadamente un 95% mientras mejoran los rendimientos, según Blue River.

A medida que los factores ambientales, sociales y demográficos ejercen una presión cada vez mayor sobre la tecnología de producción agroalimentaria tradicional, tanto los inversores como los empresarios recurren a la innovación.

Habiendo preparado el escenario en Feeding the Future: An Overview of the Agrifood Industry, ahora entraremos en más detalles sobre las tecnologías innovadoras que están revolucionando el negocio de la producción de alimentos. Detallamos nuevas tecnologías prometedoras en el campo, así como nuevas empresas interesantes que las ponen a trabajar, como agricultura vertical, proteínas alternativas, agricultura de precisión, biotecnología agrícola y otras tendencias futuras interesantes.

Agricultura vertical para una producción controlable y sostenible

La agricultura vertical es la práctica de cultivar cultivos en capas apiladas verticalmente. Esto es posible mediante el uso de estantes de cultivo suspendidos en una pared o cerca y la implementación de técnicas hidropónicas para nutrir las plantas.

Esta técnica tiene un gran potencial, ya que asegura el control de muchas variables de producción. No solo reduce la cantidad de insumos consumidos, sino que también permite controlar los patógenos de los cultivos y los insectos parásitos. Esto permite ciclos de cultivo significativamente más cortos y producción durante todo el año , brindando la posibilidad de:

• Reducir el uso de la tierra para la agricultura
• Respondiendo eficazmente a las tendencias de urbanización, trasladando el cultivo al interior de la ciudad
• Reducción de la necesidad de transportar alimentos en camiones cientos de kilómetros al mercado
• Mantener la producción independientemente de la temporada o el clima
• Prevenir la eventualidad de peligros relacionados con el cambio climático

Esto, combinado con el importante ahorro en términos de agua e insumos, será un factor clave para el éxito frente a la creciente demanda de alimentos y para el éxito de la industria agroalimentaria.

Sin embargo, la ampliación de la agricultura vertical podría causar dificultades, principalmente debido al alto uso de energía que requiere esta técnica, lo que inevitablemente tiene un impacto en su huella de carbono. Los agricultores verticales están dispuestos a utilizar energía renovable para impulsar sus operaciones, pero la industria aún tiene un largo camino por recorrer.

La mayoría de las granjas verticales han fracasado debido a que los altos costos de los equipos robóticos y la luz artificial se perdieron frente a la tecnología más simple de tierra, invernaderos y el sol. Pero el concepto ahora está atrayendo un aumento en la inversión corporativa, ilustrado por compañías como Spread or Plenty, una startup estadounidense respaldada por $ 200 millones de inversionistas que incluyen a Masayoshi Son de SoftBank y Jeff Bezos de Amazon. Según MarketsandMarkets, este subsector del mercado agroalimentario está creciendo con una CAGR del 24,8 %, y se espera que alcance los 5.800 millones de dólares en 2022.

La hidroponía y la aeroponía son las dos principales tecnologías aplicadas en este campo. La implementación de uno de los dos implica un importante ahorro de recursos y un buen equilibrio entre el uso de agua y los fertilizantes/nutrientes necesarios.

Los dispositivos de control climático serán el segmento de hardware de más rápido crecimiento en este mercado y jugarán un papel crucial en el aumento del rendimiento. Para garantizar un entorno de crecimiento protegido, es necesario controlar a un nivel avanzado varios factores que influyen en el clima.

Se espera que el mercado de agricultura vertical en Asia-Pacífico tenga la mayor participación para 2022 en comparación con las otras regiones.

Mercado de agricultura vertical por región ($ millones)

Hay numerosas granjas en Japón, Singapur, Taiwán y otros países tecnológicamente avanzados que ya están impulsando el mercado en la región. Las inversiones crecieron significativamente de $60 millones en 2015 y 2016 a $414 millones en 2017 y 2018.

El CapEx es alto para estas empresas. Un negocio agrícola vertical de baja tecnología y pequeña escala puede requerir alrededor de $280,000 para comenzar y hasta $15 millones para una planta de segunda generación. Las plantas más innovadoras incluyen la gestión de datos, la automatización de la gestión de plantas, la automatización de la cosecha y la automatización posterior a la cosecha. En promedio, este tipo de planta produce 55 veces más productos por unidad que las granjas tradicionales. Además, la innovación debería reducir los gastos operativos: por ejemplo, aumentando la eficiencia de las luces LED utilizadas en esta técnica.

Los principales actores en este mercado son AeroFarms, una firma estadounidense que lleva 15 años en el negocio y ha recaudado $238 millones, y Plenty (EE.UU.), que ha recaudado $226 millones.

Para el entorno europeo, Infarm (Alemania) es una empresa con sede en Berlín que ya ha recaudado aproximadamente $122 millones, Agricool (Francia) ha recaudado $36 millones y su foco está principalmente en la producción de fresas, Agrilution (Alemania) ha recaudado $4,6 millones, y Sfera Agricola (Italia) ha recaudado $7,5 millones y tiene ingresos de $4,23 millones.

Aumento del uso de proteínas alternativas

Los investigadores y las nuevas empresas están poniendo sus esfuerzos en proteínas alternativas, ya que alimentar a la creciente población con carne de ganado probablemente será bastante difícil debido al continuo crecimiento de la demanda de carne.

Como resultado, el 46% del total de productos agrícolas se utiliza actualmente solo para alimentar al ganado. Las soluciones para aumentar la eficiencia de la producción de carne convencional casi se han agotado, y buscarlas no superará los desafíos agrícolas y alimentarios mundiales.

Por lo tanto, están evolucionando nuevos productos cárnicos y actores del mercado. En lugar de mejorar la producción de carne convencional, varias empresas se están enfocando en inventar nuevos productos para reemplazar la carne convencional . Algunas de las áreas más prometedoras son la carne a base de insectos, los nuevos sustitutos veganos de la carne y la carne cultivada .

La carne a base de insectos está hecha de proteínas que provienen principalmente de grillos y gusanos de la harina. Esta tendencia tiene algunas ventajas, como la conversión superior de energía y proteína en comparación con la carne tradicional. Los alimentos para insectos tienen un mayor potencial para alimentar al ganado en lugar de a los humanos debido a sus diferencias de sabor y textura frente a la carne tradicional y la percepción negativa del consumidor de los insectos como alimento en la gran mayoría de los países occidentales.

Pronóstico del mercado mundial de la carne

Las dos tendencias más interesantes podrían ser el nuevo reemplazo de carne vegana y la carne cultivada. El primero no requiere ingredientes animales, y su perfil sensorial se acerca mucho más a la carne que al reemplazo vegano/vegetariano tradicional. La razón principal de esto es un proceso de producción sofisticado que utiliza hemoglobina y aglutinantes extraídos mediante fermentación de las plantas. Startups en este campo (por ejemplo, Impossible Foods , JUST , Beyond Meat ) recaudaron más de $900 millones en financiamiento hasta 2018, y los productos ya están disponibles tanto en supermercados como en restaurantes.

La carne cultivada representa una alternativa a la carne que se crea a través del crecimiento celular exponencial en biorreactores. El cultivo de carne representará la mayor oportunidad a pesar de que se encuentra en un mal estado de desarrollo debido al importante costo asociado al mismo.

El proceso comienza cuando se extrae una célula de un animal vivo y se cultiva en un laboratorio para establecer permanentemente un cultivo (llamado línea celular). Las células pueden provenir de una variedad de fuentes: biopsias de animales vivos, trozos de carne fresca o bancos de células. Las líneas celulares pueden basarse en células primarias o en células madre . Una vez que se ha seleccionado una buena línea celular, se introduce una muestra en un biorreactor donde las células proliferan exponencialmente y se pueden recolectar. El resultado es una carne que es casi indistinguible de la carne animal. Todavía no se venden productos comerciales , incluso si esta técnica tiene el potencial de interrumpir la industria cárnica mundial multimillonaria.

Las tendencias potencialmente más disruptivas podrían ser las novedosas carnes veganas y cultivadas, que alcanzarán, respectivamente, el 25 % y el 35 % del valor del mercado mundial en 2040 gracias a su alto potencial comercial motivado por su gran similitud con la carne real. Esto los hace atractivos para el capital de riesgo. En particular, la carne cultivada ganará a largo plazo, pero los nuevos sustitutos de la carne vegana serán esenciales en la fase de transición.

Las empresas de reemplazo de carne vegana novedosas más avanzadas tienen su sede en los EE. UU. Beyond Meat e Impossible Foods se encuentran entre los más famosos y ya han recaudado varios cientos de millones de dólares.

Impossible Foods recaudó $ 300 millones en la serie E en 2019, lo que elevó el valor total de las acciones a $ 700 millones. Los inversores incluyen nombres tan destacados como Bill Gates, GV (anteriormente Google Ventures), UBS y Sailing Capital. Beyond Meat ya se ha hecho público.

Fuente: Crunchbase.

Estas empresas son las que más se acercan a comercializar sus productos. Se espera que el mercado de alternativas de alimentos y bebidas a base de plantas alcance los $ 80,430 millones para 2024, creciendo a una tasa compuesta anual del 13,82 % durante el período de pronóstico de 2019 a 2024.

Las empresas de carne cultivada más grandes se encuentran en los EE. UU. Memphis Meats, con sede en San Francisco, recaudó $161 millones para construir una planta piloto de carne basada en células. Esta ronda de inversión aumenta más de ocho veces los fondos totales de la empresa cárnica basada en células de California. Los inversores incluyen Tyson Food, Richard Branson y Bill Gates.

Los inversores han invertido más de $ 16 mil millones en empresas de carne de origen vegetal y celular de EE. UU. en los últimos 10 años: $ 13 mil millones solo en 2017 y 2018, según dos informes publicados por The Good Food Institute en 2019.

La corriente principal en movimiento de la agricultura de precisión

En las últimas dos décadas, la agricultura de precisión ha pasado con éxito de ser un tema de investigación académica a una práctica muy beneficiosa en el campo de la agricultura. Para fines de 2030, la agricultura de precisión está a punto de convertirse en una de las tendencias más influyentes en la agricultura.

Mercado de agricultura de precisión: tasa de crecimiento por región (2021-2024)

La agricultura de precisión es un concepto de gestión agrícola basado en la observación, la medición y la respuesta a la variabilidad inter e intracampo en los cultivos con el objetivo de definir un sistema de apoyo a la toma de decisiones (DSS) para optimizar la rentabilidad de los insumos y preservar los recursos.

Las inversiones en agricultura de precisión alcanzaron los 661 millones de dólares en 96 acuerdos en 2015, un aumento del 140 % en comparación con 2014, según AgFunder. Sin embargo, la agricultura de precisión experimentó una disminución de 405 millones de dólares en 2016, principalmente debido a un menor gasto en drones. Es posible identificar tres direcciones principales de la agricultura de precisión que guiarán el futuro de este sector: imágenes y sensores , robótica y automatización , y digitalización y big data .

Las imágenes y los sensores se refieren a las prácticas de monitoreo del rendimiento del campo, monitoreo del suelo y computadora en el campo o operación en tiempo real mediante el empleo de imágenes satelitales, drones y sensores de condiciones de cultivo, con el objetivo de proporcionar un sistema que ayude a monitorear y automatizar las entradas.

La robótica y la automatización se refieren a tecnologías como la visión artificial, la detección aérea y la inteligencia artificial.

La digitalización y los grandes datos emplean mapas de campo, realidad aumentada y plataformas de datos abiertos para llegar a análisis avanzados y diseño de maquinaria inteligente hacia los servicios de inteligencia comercial.

Se espera que el mercado crezca a una CAGR del 12,8 % para alcanzar los 5500 millones de USD en 2021. Actualmente, el área de EMEA domina el mercado (41 %), seguida de APAC (32 %) y América (27 %). Bayer ha formado un equipo de más de 400 profesionales e invertido 1250 millones de dólares para impulsar el desarrollo de ofertas digitales para los agricultores.

La agricultura de precisión es un campo muy concurrido debido a su alto potencial. Alimentar al mundo y obtener ganancias al hacerlo es muy motivador para muchos jugadores diferentes. Empresas como John Deere, CNH, Kubota, Bosch, Trimble y Topcon también se están enfocando en este campo, así como una gran cantidad de nuevas empresas, que incluyen:

La biotecnología agrícola está transformando el negocio agrícola

Otro nicho de rápido crecimiento que emplea un número relevante de innovaciones tecnológicas es el de la Biotecnología Agrícola, que incluye todas las herramientas y procesos biológicos o químicos utilizados en la granja y también en los procesos posteriores a la agricultura. Esta categoría involucra diferentes tipos de tecnología y ciencia, incluida la genética , la reproducción , la investigación del microbioma , la química sintética y la salud animal .

La genética implica procesos que permiten la transferencia de características útiles de una planta a otra a través de la manipulación directa del material genético de un organismo.

El mejoramiento es la ciencia de cambiar los rasgos de las plantas para producir las características deseadas.

La investigación del microbioma consiste en generar información valiosa sobre la biología de las comunidades microbianas y su impacto en su entorno y sus huéspedes.

La química sintética es un área emergente de investigación dirigida a la creación de nuevas partes, dispositivos y sistemas biológicos, o al rediseño de sistemas que ya se encuentran en la naturaleza.

La salud animal comprende tecnologías que mejoran la calidad de los alimentos para animales, el rendimiento de los animales y/o la salud de los animales, así como tecnologías que crean nuevos alimentos para animales que sirven como fuente de alimento primaria o secundaria.

Se espera que el mercado global de biotecnología agrícola sea de $ 33.8 mil millones para 2024, con un crecimiento de 10.9% CAGR (2019-2024). América del Norte es el mercado de biotecnología agrícola más grande debido a la mayor aceptación de los OGM.

El mercado de la ingeniería genética es de rápido crecimiento y puede tener impactos positivos en el medio ambiente: los cultivos transgénicos requieren menos productos químicos, tierra y maquinaria, lo que ayuda a disminuir la contaminación ambiental y las emisiones de GEI. Además, el enfoque de esta ciencia es principalmente crear nuevas semillas y plantas capaces de resistir herbicidas, insectos y virus mientras crecen, tolerantes al estrés ambiental (p. ej., sequía, inundaciones) y con beneficios nutricionales adicionales y sabor mejorado.

También hay algunas desventajas de la ingeniería genética. Generalmente, los patógenos son capaces de adaptarse a nuevos perfiles genéticos, por lo tanto, puede haber efectos secundarios negativos inesperados (p. ej., las plantas resistentes a la sequía pueden ser menos tolerantes a la luz solar directa).

Además, el uso de derechos de autor y patentes para proteger los Derechos de Propiedad Intelectual (DPI) es una gran ventaja en este campo, caracterizado por un bajo costo de imitación.

Algunas de las nuevas empresas y pymes activas en biotecnología agrícola son:

Tendencias interesantes adicionales para el futuro

Históricamente, la agricultura ha pasado por una serie de revoluciones que han llevado la eficiencia, el rendimiento y la rentabilidad a niveles antes inimaginables. Las previsiones del mercado para la próxima década sugieren una revolución digital que probablemente afectará a todos los aspectos de la cadena alimentaria agrícola.

Desde una perspectiva climática, existe una creciente necesidad de descubrir cómo producir la mayor cantidad de alimentos posible con la misma cantidad de tierra de cultivo (si no menos). Sin embargo, como se discutió anteriormente, el cambio climático no es el único factor que amenaza el negocio de alimentos en los próximos años; también habrá una creciente demanda de soluciones tecnológicas aplicadas a la agricultura .

Anteriormente, discutimos la importancia futura de la carne cultivada, CRISPR y la edición del genoma, la agricultura de precisión y la agricultura vertical. Pero estas no son las únicas tecnologías disponibles que están siendo estudiadas por los investigadores. Se está explorando una amplia gama de soluciones para hacer frente tanto a los desafíos relacionados con los alimentos del cambio climático como a la expansión de la demanda de alimentos. Algunos ejemplos incluyen:

• Usar compuestos que evitan que los fertilizantes conviertan los microbios del suelo en óxido nitroso , un gas de efecto invernadero muy potente.
• Desarrollar variedades de cultivos que absorban más nitrógeno .
• Reducir la huella de carbono del ganado alimentándolo de manera diferente, usando algas, por ejemplo.
• Adoptar la agricultura del desierto y la agricultura de agua de mar . Debido a la creciente escasez de recursos, el mundo debe convertir el desierto y el mar en instalaciones de producción de alimentos.
• Aplicación de la impresión 3D a la producción de alimentos . Los expertos creen que las impresoras que usan hidrocoloides podrían usarse para reemplazar los ingredientes básicos de los alimentos con energías renovables como las algas, la lenteja de agua y la hierba. Ahora, algunos científicos están experimentando con algas como reemplazo de la proteína animal.

Desafortunadamente, muchas de estas tecnologías agroalimentarias aún no reciben la cantidad de inversiones que requieren para implementarse de manera efectiva; sin embargo, este campo está tomando conciencia muy rápidamente y, en consecuencia, las inversiones están creciendo.

Lea la Parte I de esta serie: Alimentando el Futuro: Una Visión General de la Industria Agroalimentaria.