Memberi Makan Masa Depan: Tinjauan Teknologi Pangan Pertanian

John Deere, sebuah perusahaan yang paling dikenal untuk membuat traktor, masuk ke bisnis kecerdasan buatan. Pada tahun 2017, John Deere Labs membeli Blue River Technology seharga $305 juta, sebuah perusahaan rintisan dengan visi komputer dan teknologi pembelajaran mesin yang dapat mengidentifikasi setiap tanaman di pertanian. Artinya, gulma tahan herbisida dapat dengan mudah dibedakan dari tanaman sehat. Hasil bersih? Petani dapat mengurangi penggunaan bahan kimia sekitar 95% sambil meningkatkan hasil panen, menurut Blue River.

Karena faktor lingkungan, sosial, dan demografi semakin menekan teknologi produksi pangan pertanian tradisional, investor dan pengusaha sama-sama beralih ke inovasi.

Setelah menyiapkan panggung dalam Memberi Makan Masa Depan: Tinjauan Umum Industri Pangan Pertanian, sekarang kita akan membahas lebih jauh tentang teknologi inovatif yang merevolusi bisnis produksi pangan. Kami merinci teknologi baru yang menjanjikan di lapangan serta startup menarik yang menerapkannya, seperti pertanian vertikal, protein alternatif, pertanian presisi, bioteknologi pertanian, dan tren masa depan menarik lainnya.

Pertanian Vertikal untuk Produksi yang Terkendali dan Berkelanjutan

Pertanian vertikal adalah praktik menanam tanaman dalam lapisan yang ditumpuk secara vertikal. Hal ini dimungkinkan dengan menggunakan rak tumbuh yang digantung di dinding atau pagar dan menerapkan teknik hidroponik untuk menyuburkan tanaman.

Teknik ini memiliki potensi besar, karena memastikan kontrol atas banyak variabel produksi. Ini tidak hanya mengurangi jumlah input yang dikonsumsi tetapi juga memungkinkan untuk mengontrol patogen tanaman dan serangga parasit. Ini memungkinkan siklus panen dan produksi sepanjang tahun secara signifikan lebih pendek, memberikan kemungkinan:

• Mengurangi penggunaan lahan untuk pertanian
• Menanggapi secara efektif tren urbanisasi, memindahkan hasil panen di dalam kota
• Mengurangi kebutuhan untuk mengangkut makanan ratusan kilometer ke pasar
• Mempertahankan produksi terlepas dari musim atau cuaca
• Mencegah kemungkinan bahaya terkait perubahan iklim

Hal ini, dikombinasikan dengan penghematan yang signifikan dalam hal air dan input, akan menjadi pendorong utama keberhasilan dalam menghadapi peningkatan permintaan pangan dan keberhasilan industri pangan pertanian.

Namun, meningkatkan pertanian vertikal dapat menyebabkan kesulitan, terutama karena penggunaan energi yang tinggi yang dibutuhkan teknik ini, yang pasti berdampak pada jejak karbonnya. Petani vertikal bersedia menggunakan energi terbarukan untuk menjalankan operasi mereka, tetapi perjalanan industri masih panjang.

Sebagian besar pertanian vertikal telah gagal karena tingginya biaya peralatan robot dan cahaya buatan kalah dari teknologi yang lebih sederhana dari tanah, rumah kaca, dan matahari. Tetapi konsep tersebut sekarang menarik lonjakan investasi perusahaan, diilustrasikan oleh perusahaan seperti Spread or Plenty, perusahaan rintisan AS yang didukung oleh $200 juta dari investor termasuk Masayoshi Son dari SoftBank dan Jeff Bezos dari Amazon. Menurut MarketsandMarkets, subsektor pasar pangan pertanian ini tumbuh dengan CAGR 24,8%, dan diperkirakan akan mencapai $5,8 miliar pada tahun 2022.

Hidroponik dan aeroponik adalah dua teknologi utama yang diterapkan di bidang ini. Penerapan salah satu dari keduanya melibatkan penghematan sumber daya yang signifikan dan keseimbangan yang baik antara penggunaan air dan pupuk/nutrisi yang diperlukan.

Perangkat pengontrol iklim akan menjadi segmen perangkat keras yang tumbuh paling cepat di pasar ini, memainkan peran penting dalam meningkatkan hasil. Untuk memastikan lingkungan pertumbuhan yang terlindungi, beberapa faktor yang mempengaruhi iklim perlu dikendalikan pada tingkat lanjut.

Pasar pertanian vertikal di Asia-Pasifik diperkirakan akan memiliki pangsa terbesar pada tahun 2022 dibandingkan dengan kawasan lain.

Pasar Pertanian Vertikal berdasarkan Wilayah ($ Juta)

Ada banyak peternakan di Jepang, Singapura, Taiwan, dan negara-negara berteknologi maju lainnya yang telah menggerakkan pasar di wilayah tersebut. Investasi tumbuh secara signifikan dari $60 juta pada tahun 2015 dan 2016 menjadi $414 juta pada tahun 2017 dan 2018.

CapEx tinggi untuk perusahaan-perusahaan ini. Bisnis pertanian vertikal skala kecil berteknologi rendah dapat membutuhkan sekitar $280.000 untuk memulai dan sebanyak $15 juta untuk pabrik generasi kedua. Pabrik paling inovatif termasuk manajemen data, otomatisasi manajemen pabrik, otomatisasi panen, dan otomatisasi pasca panen. Rata-rata, jenis tanaman ini menghasilkan 55 kali lebih banyak produksi per unit daripada pertanian tradisional. Selanjutnya, inovasi harus mengurangi biaya operasional: misalnya, meningkatkan efisiensi lampu LED yang digunakan dalam teknik ini.

Pemain utama di pasar ini adalah AeroFarms, sebuah perusahaan yang berbasis di AS yang telah berkecimpung dalam bisnis ini selama 15 tahun dan telah mengumpulkan $238 juta, dan Plenty (AS), yang telah mengumpulkan $226 juta.

Untuk lingkungan Eropa, Infarm (Jerman) adalah perusahaan yang berbasis di Berlin yang telah mengumpulkan sekitar $ 122 juta, Agricool (Prancis) telah mengumpulkan $ 36 juta dan fokusnya terutama pada produksi stroberi, Agrilution (Jerman) telah mengumpulkan $ 4,6 juta, dan Sfera Agricola (Italia) telah mengumpulkan $7,5 juta dan memiliki pendapatan sebesar $4,23 juta.

Meningkatkan Penggunaan Protein Alternatif

Para peneliti dan perusahaan rintisan berusaha keras untuk mencari protein alternatif, karena memberi makan populasi yang terus bertambah dengan daging dari ternak kemungkinan besar akan menjadi sangat sulit karena pertumbuhan permintaan daging yang terus-menerus.

Akibatnya, 46% dari total produk pertanian saat ini digunakan hanya untuk pakan ternak. Solusi untuk meningkatkan efisiensi produksi daging konvensional hampir habis, dan mengejarnya tidak akan mengatasi tantangan pertanian dan pangan global.

Dengan demikian, produk daging dan pemain pasar baru berkembang. Alih-alih meningkatkan produksi daging konvensional, beberapa perusahaan berfokus pada penemuan produk baru untuk menggantikan daging konvensional . Beberapa area yang paling menjanjikan adalah daging berbasis serangga, pengganti daging vegan baru, dan daging budidaya .

Daging berbasis serangga terbuat dari protein yang terutama berasal dari jangkrik dan ulat. Tren ini memiliki beberapa keunggulan, seperti konversi energi dan protein yang lebih unggul dibandingkan dengan daging tradisional. Makanan serangga memiliki potensi yang lebih besar untuk memberi makan ternak daripada manusia karena perbedaan rasa dan teksturnya dibandingkan daging tradisional dan persepsi konsumen yang negatif tentang serangga sebagai makanan di sebagian besar negara-negara Barat.

Prakiraan Pasar Daging Global

Dua tren yang paling menarik adalah penggantian daging vegan baru dan daging budidaya. Yang pertama tidak memerlukan bahan-bahan hewani, dan profil sensoriknya lebih mendekati daging daripada pengganti vegan/vegetarian tradisional. Alasan utamanya adalah proses produksi yang canggih yang menggunakan hemoglobin dan pengikat yang diekstraksi melalui fermentasi dari tanaman. Startup di bidang ini (misalnya, Impossible Foods , JUST , Beyond Meat ) mengumpulkan lebih dari $900 juta dalam pembiayaan hingga 2018, dan produk sudah tersedia baik di supermarket maupun restoran.

Daging budidaya merupakan alternatif untuk daging yang dibuat melalui pertumbuhan sel eksponensial dalam bioreaktor. Budidaya daging akan mewakili peluang terbesar meskipun dalam kondisi perkembangan yang buruk karena biaya yang signifikan terkait dengannya.

Prosesnya dimulai ketika sel diekstraksi dari hewan hidup dan ditumbuhkan di laboratorium untuk membentuk kultur secara permanen (disebut garis sel). Sel dapat berasal dari berbagai sumber: biopsi hewan hidup, potongan daging segar, atau bank sel. Garis sel dapat didasarkan pada sel primer atau sel induk . Setelah garis sel yang baik telah dipilih, sampel dimasukkan ke dalam bioreaktor di mana sel berkembang biak secara eksponensial dan dapat dipanen. Hasilnya adalah daging yang hampir tidak bisa dibedakan dengan daging hewan. Belum ada produk komersial yang dijual , meskipun teknik ini berpotensi mengganggu industri daging global yang bernilai miliaran.

Tren yang paling berpotensi mengganggu dapat berupa daging vegan dan budidaya baru, yang akan mencapai—masing-masing—25% dan 35% dari nilai pasar global pada tahun 2040 berkat potensi komersialnya yang tinggi yang dimotivasi oleh kemiripannya yang tinggi dengan daging asli. Hal ini membuat mereka menarik untuk modal ventura. Secara khusus, daging budidaya akan menang dalam jangka panjang, tetapi penggantian daging vegan yang baru akan sangat penting dalam fase transisi.

Bisnis pengganti daging vegan baru yang paling maju berbasis di AS. Beyond Meat and Impossible Foods adalah salah satu yang paling terkenal dan telah menghasilkan beberapa ratus juta dolar.

Impossible Foods mengumpulkan $300 juta dalam seri E pada tahun 2019, sehingga total nilai ekuitas menjadi $700 juta. Investor termasuk nama-nama terkemuka seperti Bill Gates, GV (sebelumnya Google Ventures), UBS, dan Sailing Capital. Beyond Meat sudah go public.

Sumber: Crunchbase.

Perusahaan-perusahaan ini paling dekat dengan komersialisasi produk mereka. Pasar alternatif makanan dan minuman nabati diperkirakan akan mencapai $80,43 miliar pada tahun 2024, tumbuh pada CAGR 13,82% selama periode perkiraan dari 2019 hingga 2024.

Bisnis daging budidaya terbesar berlokasi di AS. Memphis Meats, yang berbasis di San Francisco, mengumpulkan $ 161 juta untuk membangun pabrik daging berbasis sel percontohan. Putaran investasi ini meningkatkan total dana perusahaan daging berbasis sel California lebih dari delapan kali lipat. Investor termasuk Tyson Food, Richard Branson, dan Bill Gates.

Investor telah memasukkan lebih dari $16 miliar ke perusahaan daging nabati dan berbasis sel AS dalam 10 tahun terakhir—$13 miliar saja pada 2017 dan 2018, menurut dua laporan yang dirilis dari The Good Food Institute pada 2019.

Pertanian Presisi Bergerak Arus Utama

Selama dua dekade terakhir, pertanian presisi telah berhasil melakukan transisi dari topik penelitian akademis menjadi praktik yang sangat bermanfaat di bidang pertanian. Pada akhir tahun 2030, pertanian presisi siap menjadi salah satu tren paling berpengaruh di bidang pertanian.

Pasar Pertanian Presisi - Tingkat Pertumbuhan Berdasarkan Wilayah (2021-2024)

Pertanian presisi adalah konsep manajemen pertanian yang didasarkan pada pengamatan, pengukuran, dan respons terhadap variabilitas antar dan intra-lapangan pada tanaman dengan tujuan untuk menentukan sistem pendukung keputusan (decision support system/DSS) untuk mengoptimalkan pengembalian input sambil melestarikan sumber daya.

Investasi dalam pertanian presisi mencapai $661 juta di 96 kesepakatan pada tahun 2015, meningkat 140% dibandingkan 2014, menurut AgFunder. Namun, pertanian presisi mengalami penurunan $405 juta pada tahun 2016, terutama karena pengeluaran yang lebih rendah untuk drone. Ada kemungkinan untuk mengidentifikasi tiga arah utama pertanian presisi yang akan memandu masa depan sektor ini: citra dan sensor , robotika dan otomatisasi , serta digitalisasi dan data besar .

Citra dan sensor berkaitan dengan praktik pemantauan kinerja lapangan, pemantauan tanah, dan komputer di lapangan atau operasi waktu nyata melalui penggunaan satelit, citra drone, dan sensor kondisi tanaman, yang bertujuan untuk menyediakan sistem yang membantu memantau dan mengotomatiskan input.

Robotika dan otomatisasi mengacu pada teknologi seperti visi mesin, penginderaan udara, dan kecerdasan buatan.

Digitalisasi dan data besar menggunakan peta lapangan, augmented reality, dan platform data terbuka untuk mencapai analitik canggih dan desain mesin cerdas menuju layanan intelijen bisnis.

Pasar diperkirakan akan tumbuh pada CAGR 12,8% hingga mencapai $5,5 miliar pada tahun 2021. Saat ini, wilayah EMEA mendominasi pasar (41%), diikuti oleh APAC (32%) dan Amerika (27%). Bayer telah membentuk tim yang terdiri lebih dari 400 profesional dan menginvestasikan $1,25 miliar untuk mendorong pengembangan penawaran digital bagi petani.

Pertanian presisi adalah bidang yang ramai karena potensinya yang tinggi. Memberi makan dunia dan mendapatkan keuntungan saat melakukannya sangat memotivasi banyak pemain yang berbeda. Perusahaan seperti John Deere, CNH, Kubota, Bosch, Trimble, dan Topcon juga berfokus pada bidang ini, serta sejumlah besar startup, termasuk:

Bioteknologi Pertanian Mengubah Bisnis Pertanian

Ceruk lain yang tumbuh cepat yang menggunakan sejumlah inovasi teknologi yang relevan menyangkut Biotek Pertanian, yang mencakup semua alat dan proses biologis atau kimia yang digunakan di pertanian dan juga dalam proses pasca-pertanian. Kategori ini melibatkan berbagai jenis teknologi dan sains, termasuk genetika , pemuliaan , penelitian mikrobioma , kimia sintetik , dan kesehatan hewan .

Genetika melibatkan proses yang memungkinkan transfer karakteristik yang berguna dari satu tanaman ke tanaman lain melalui manipulasi langsung materi genetik suatu organisme.

Pemuliaan adalah ilmu mengubah sifat-sifat tanaman untuk menghasilkan karakteristik yang diinginkan.

Penelitian mikrobioma terdiri dari menghasilkan wawasan berharga tentang biologi komunitas mikroba dan dampaknya terhadap lingkungan dan inangnya.

Kimia sintetik adalah bidang penelitian yang muncul yang bertujuan untuk menciptakan bagian, perangkat, dan sistem biologis baru, atau mendesain ulang sistem yang sudah ditemukan di alam.

Kesehatan hewan terdiri dari teknologi yang meningkatkan kualitas pakan ternak, kinerja hewan, dan/atau kesehatan hewan, serta teknologi yang menciptakan pakan hewan baru yang berfungsi sebagai sumber makanan primer atau sekunder.

Pasar biotek pertanian global diharapkan menjadi $33,8 miliar pada tahun 2024, tumbuh pada CAGR 10,9% (2019-2024). Amerika Utara adalah pasar bioteknologi pertanian terbesar karena penerimaan transgenik tertinggi.

Pasar rekayasa genetika adalah pasar yang tumbuh cepat dan dapat memiliki dampak positif terhadap lingkungan—tanaman transgenik membutuhkan lebih sedikit bahan kimia, tanah, dan mesin, yang membantu mengurangi pencemaran lingkungan dan emisi GRK. Selanjutnya, fokus ilmu ini terutama menciptakan benih dan tanaman baru yang mampu melawan herbisida, serangga, dan virus saat mereka tumbuh - toleran terhadap tekanan lingkungan (misalnya, kekeringan, banjir) dan dengan manfaat nutrisi tambahan dan rasa yang lebih baik.

Ada juga beberapa kontra dari rekayasa genetika. Umumnya, patogen mampu beradaptasi dengan profil genetik baru, oleh karena itu, mungkin ada efek samping negatif yang tidak terduga (misalnya, tanaman tahan kekeringan bisa kurang toleran terhadap sinar matahari langsung).

Selain itu, penggunaan hak cipta dan paten untuk melindungi Hak Kekayaan Intelektual (HAKI) merupakan keunggulan utama dalam bidang ini, ditandai dengan biaya peniruan yang rendah.

Beberapa startup dan UKM yang aktif di bidang biotek pertanian adalah:

Tren Menarik Tambahan untuk Masa Depan

Secara historis, pertanian telah mengalami serangkaian revolusi yang telah mendorong efisiensi, hasil, dan profitabilitas ke tingkat yang sebelumnya tidak terbayangkan. Prakiraan pasar untuk dekade berikutnya menunjukkan revolusi digital yang kemungkinan akan berdampak pada setiap aspek rantai makanan pertanian.

Dari perspektif iklim, ada kebutuhan yang meningkat untuk mencari cara bagaimana menghasilkan makanan sebanyak mungkin dengan jumlah lahan pertanian yang sama (jika tidak kurang). Namun, seperti yang telah dibahas sebelumnya, perubahan iklim bukanlah satu-satunya faktor yang mengancam bisnis makanan dalam beberapa tahun ke depan; juga akan ada permintaan yang meningkat untuk solusi teknologi yang diterapkan pada pertanian .

Sebelumnya, kami membahas pentingnya daging budidaya, CRISPR dan pengeditan genom, pertanian presisi, dan pertanian vertikal di masa depan. Tapi ini bukan satu-satunya teknologi yang tersedia yang sedang dipelajari oleh para peneliti. Berbagai solusi sedang dijajaki untuk menghadapi tantangan perubahan iklim terkait pangan dan perluasan permintaan pangan. Beberapa contoh termasuk:

• Menggunakan senyawa yang mencegah pupuk mengubah mikroba tanah menjadi dinitrogen oksida , gas rumah kaca yang sangat kuat.
• Mengembangkan varietas tanaman yang menyerap lebih banyak nitrogen .
• Mengurangi jejak karbon ternak dengan memberi mereka makan secara berbeda—menggunakan ganggang, misalnya.
• Mengadopsi pertanian gurun dan pertanian air laut . Karena semakin kurangnya sumber daya, dunia harus mengubah gurun dan laut menjadi fasilitas produksi pangan.
• Menerapkan pencetakan 3D untuk produksi makanan . Para ahli percaya printer menggunakan hidrokoloid dapat digunakan untuk menggantikan bahan dasar makanan dengan energi terbarukan seperti ganggang, duckweed, dan rumput. Kini, beberapa ilmuwan sedang bereksperimen dengan alga sebagai pengganti protein hewani.

Sayangnya, banyak dari teknologi pangan pertanian ini belum menerima jumlah investasi yang mereka perlukan untuk diterapkan secara efektif; meskipun demikian, bidang ini meningkatkan kesadaran dengan sangat cepat, dan akibatnya investasi tumbuh.

Baca Bagian I dari seri ini: Memberi Makan Masa Depan: Tinjauan Industri Pangan Pertanian.