Nutrire il futuro: una panoramica della tecnologia agroalimentare

John Deere, un'azienda nota per la produzione di trattori, sta entrando nel business dell'intelligenza artificiale. Nel 2017, John Deere Labs ha acquistato Blue River Technology per 305 milioni di dollari, una startup con tecnologia di visione artificiale e apprendimento automatico in grado di identificare ogni singolo impianto di una fattoria. Ciò significa che le erbacce resistenti agli erbicidi possono essere facilmente distinte dalle piante sane. Il risultato netto? Gli agricoltori possono ridurre l'uso di sostanze chimiche di circa il 95% migliorando al contempo i raccolti, secondo Blue River.

Poiché i fattori ambientali, sociali e demografici mettono sempre più pressione sulla tecnologia di produzione agroalimentare tradizionale, sia gli investitori che gli imprenditori si stanno rivolgendo all'innovazione.

Dopo aver posto le basi in Feeding the Future: An Overview of the Agrifood Industry, approfondiremo ora le tecnologie innovative che stanno rivoluzionando il business della produzione alimentare. Descriviamo in dettaglio le nuove tecnologie promettenti nel campo e le startup interessanti che le mettono al lavoro, come l'agricoltura verticale, le proteine ​​alternative, l'agricoltura di precisione, la biotecnologia agricola e altre interessanti tendenze future.

Agricoltura verticale per una produzione controllabile e sostenibile

L'agricoltura verticale è la pratica di coltivare colture in strati impilati verticalmente. Ciò è reso possibile utilizzando mensole in crescita sospese a un muro o una recinzione e implementando tecniche idroponiche per nutrire le piante.

Questa tecnica ha un grande potenziale, in quanto garantisce il controllo su molte variabili di produzione. Non solo riduce il numero di input consumati, ma consente anche il controllo degli agenti patogeni delle colture e degli insetti parassiti. Ciò consente cicli colturali significativamente più brevi e produzioni per tutto l'anno , dando la possibilità di:

• Ridurre l'uso del suolo per l'agricoltura
• Rispondere efficacemente alle tendenze dell'urbanizzazione, spostando il raccolto all'interno della città
• Ridurre la necessità di trasportare cibo per centinaia di chilometri sul mercato
• Mantenere la produzione indipendentemente dalla stagione o dal tempo
• Prevenire l'eventualità di rischi legati ai cambiamenti climatici

Questo, unito al notevole risparmio in termini di acqua e input, sarà un fattore chiave per il successo nell'affrontare la crescente domanda alimentare e per il successo dell'industria agroalimentare.

Tuttavia, l'aumento dell'agricoltura verticale potrebbe causare difficoltà, principalmente a causa dell'elevato consumo di energia richiesto da questa tecnica, che inevitabilmente ha un impatto sulla sua impronta di carbonio. Gli agricoltori verticali sono disposti a utilizzare l'energia rinnovabile per alimentare le loro attività, ma il settore ha ancora molta strada da fare.

La maggior parte delle fattorie verticali ha fallito poiché gli alti costi delle apparecchiature robotiche e della luce artificiale sono stati ceduti alla tecnologia più semplice di terra, serre e sole. Ma il concetto sta ora attirando un'impennata negli investimenti aziendali, illustrato da società come Spread o Plenty, una startup statunitense sostenuta da $ 200 milioni da investitori tra cui Masayoshi Son di SoftBank e Jeff Bezos di Amazon. Secondo MarketsandMarkets, questo sottosettore del mercato agroalimentare sta crescendo con un CAGR del 24,8% e si prevede che raggiungerà i 5,8 miliardi di dollari nel 2022.

La coltura idroponica e l'aeroponica sono le due principali tecnologie applicate in questo campo. L'attuazione di uno dei due comporta un notevole risparmio di risorse e un buon equilibrio tra l'utilizzo dell'acqua ei fertilizzanti/nutrienti necessari.

I dispositivi di climatizzazione saranno il segmento hardware in più rapida crescita in questo mercato, svolgendo un ruolo cruciale nell'aumento della resa. Per garantire un ambiente di crescita protetto, è necessario controllare a un livello avanzato diversi fattori che influenzano il clima.

Si prevede che il mercato dell'agricoltura verticale in Asia-Pacifico avrà la quota maggiore entro il 2022 rispetto alle altre regioni.

Mercato dell'agricoltura verticale per regione (milioni di dollari)

Ci sono numerose fattorie in Giappone, Singapore, Taiwan e altri paesi tecnologicamente avanzati che stanno già guidando il mercato nella regione. Gli investimenti sono cresciuti in modo significativo da $ 60 milioni nel 2015 e 2016 a $ 414 milioni nel 2017 e 2018.

CapEx è elevato per queste aziende. Un'attività di agricoltura verticale su piccola scala e a bassa tecnologia può richiedere circa $ 280.000 per iniziare e fino a $ 15 milioni per un impianto di seconda generazione. Gli impianti più innovativi includono la gestione dei dati, l'automazione della gestione degli impianti, l'automazione della raccolta e l'automazione della post-raccolta. In media, questo tipo di pianta produce 55 volte più prodotto per unità rispetto alle fattorie tradizionali. Inoltre, l'innovazione dovrebbe ridurre i costi operativi: ad esempio, aumentando l'efficienza delle luci a LED utilizzate in questa tecnica.

I principali attori in questo mercato sono AeroFarms, un'azienda con sede negli Stati Uniti che opera nel settore da 15 anni e ha raccolto 238 milioni di dollari, e Plenty (USA), che ha raccolto 226 milioni di dollari.

Per l'ambiente europeo, Infarm (Germania) è una società con sede a Berlino che ha già raccolto circa 122 milioni di dollari, Agricool (Francia) ha raccolto 36 milioni di dollari e si concentra principalmente sulla produzione di fragole, Agrilution (Germania) ha raccolto 4,6 milioni di dollari e Sfera Agricola (Italia) ha raccolto 7,5 milioni di dollari e ha un fatturato di 4,23 milioni di dollari.

Uso crescente di proteine ​​alternative

Ricercatori e startup stanno mettendo i loro sforzi in proteine ​​alternative, poiché molto probabilmente nutrire la popolazione in crescita con carne di bestiame diventerà piuttosto difficile a causa della continua crescita della domanda di carne.

Di conseguenza, il 46% del totale dei prodotti agricoli viene attualmente utilizzato solo per nutrire il bestiame. Le soluzioni per aumentare l'efficienza della produzione di carne convenzionale sono quasi esaurite e perseguirle non supererà le sfide agricole e alimentari globali.

Nuovi prodotti a base di carne e attori del mercato si stanno quindi evolvendo. Invece di migliorare la produzione di carne convenzionale, diverse aziende si stanno concentrando sull'invenzione di nuovi prodotti per sostituire la carne convenzionale . Alcune delle aree più promettenti sono la carne a base di insetti, i nuovi sostituti della carne vegana e la carne coltivata .

La carne a base di insetti è composta da proteine ​​provenienti principalmente da grilli e vermi della farina. Questa tendenza ha alcuni vantaggi, come la conversione superiore di energia e proteine ​​rispetto alla carne tradizionale. Il cibo per insetti ha un maggiore potenziale per nutrire il bestiame invece che l'uomo a causa del suo gusto e delle differenze di consistenza rispetto alla carne tradizionale e della percezione negativa degli insetti come cibo da parte dei consumatori nella stragrande maggioranza dei paesi occidentali.

Previsioni del mercato globale della carne

Le due tendenze più interessanti potrebbero essere i nuovi sostituti della carne vegana e la carne coltivata. Il primo non richiede ingredienti animali e il suo profilo sensoriale si avvicina molto alla carne rispetto alla tradizionale sostituzione vegana/vegetariana. La ragione principale di ciò è un sofisticato processo di produzione che utilizza emoglobina e leganti estratti tramite fermentazione dalle piante. Le startup in questo campo (ad es. Impossible Foods , JUST , Beyond Meat ) hanno raccolto oltre 900 milioni di dollari in finanziamenti fino al 2018 e i prodotti sono già disponibili sia nei supermercati che nei ristoranti.

La carne coltivata rappresenta un'alternativa alla carne che viene creata attraverso la crescita cellulare esponenziale nei bioreattori. La coltura della carne rappresenterà la più grande opportunità anche se si trova in uno stato di scarso sviluppo a causa del costo significativo ad essa associato.

Il processo inizia quando una cellula viene estratta da un animale vivente e cresciuta in un laboratorio per stabilire permanentemente una coltura (chiamata linea cellulare). Le cellule possono provenire da una serie di fonti: biopsie di animali vivi, pezzi di carne fresca o banche cellulari. Le linee cellulari possono essere basate su cellule primarie o su cellule staminali . Una volta selezionata una buona linea cellulare, un campione viene introdotto in un bioreattore dove le cellule proliferano in modo esponenziale e possono essere raccolte. Il risultato è una carne quasi indistinguibile dalla carne animale. Nessun prodotto commerciale è stato ancora venduto , anche se questa tecnica ha il potenziale per sconvolgere l'industria globale della carne multimiliardaria.

Le tendenze più potenzialmente dirompenti potrebbero essere le nuove carni vegane e coltivate, che raggiungeranno rispettivamente il 25% e il 35% del valore del mercato globale nel 2040 grazie al loro elevato potenziale commerciale motivato dalla loro elevata somiglianza con la carne reale. Questo li rende attraenti per il capitale di rischio. In particolare, la carne coltivata vincerà a lungo termine, ma nella fase di transizione saranno essenziali nuovi sostituti della carne vegana.

Le nuove attività di sostituzione della carne vegana più avanzate hanno sede negli Stati Uniti. Beyond Meat e Impossible Foods sono tra i più famosi e hanno già raccolto diverse centinaia di milioni di dollari.

Impossible Foods ha raccolto 300 milioni di dollari nella serie E nel 2019, portando il valore del patrimonio netto totale a 700 milioni di dollari. Gli investitori includono nomi di spicco come Bill Gates, GV (ex Google Ventures), UBS e Sailing Capital. Beyond Meat è già diventato pubblico.

Fonte: Crunchbase.

Queste aziende si avvicinano di più alla commercializzazione dei loro prodotti. Si prevede che il mercato delle alternative alimentari e delle bevande a base vegetale raggiungerà gli 80,43 miliardi di dollari entro il 2024, crescendo a un CAGR del 13,82% durante il periodo di previsione dal 2019 al 2024.

Le più grandi aziende di carne coltivata si trovano negli Stati Uniti. Memphis Meats, con sede a San Francisco, ha raccolto 161 milioni di dollari per costruire un impianto pilota di carne a base di cellule. Questo round di investimento aumenta di oltre otto volte i fondi totali dell'azienda californiana di carne. Gli investitori includono Tyson Food, Richard Branson e Bill Gates.

Negli ultimi 10 anni gli investitori hanno investito più di 16 miliardi di dollari in aziende statunitensi di carne a base vegetale e cellulare: 13 miliardi di dollari solo nel 2017 e nel 2018, secondo due rapporti pubblicati da The Good Food Institute nel 2019.

L'agricoltura di precisione si sposta nel mainstream

Negli ultimi due decenni, l'agricoltura di precisione è passata con successo dall'essere un argomento di ricerca accademica a una pratica altamente vantaggiosa nel campo dell'agricoltura. Entro la fine del 2030, l'agricoltura di precisione è destinata a diventare una delle tendenze più influenti nell'agricoltura.

Mercato dell'agricoltura di precisione - Tasso di crescita per regione (2021-2024)

L'agricoltura di precisione è un concetto di gestione dell'agricoltura basato sull'osservazione, la misurazione e la risposta alla variabilità inter e intra-campo nelle colture con l'obiettivo di definire un sistema di supporto alle decisioni (DSS) per ottimizzare i ritorni sugli input preservando le risorse.

Gli investimenti nell'agricoltura di precisione hanno raggiunto i 661 milioni di dollari in 96 accordi nel 2015, con un aumento del 140% rispetto al 2014, secondo AgFunder. Tuttavia, l'agricoltura di precisione ha registrato un calo di 405 milioni di dollari nel 2016, principalmente a causa della minore spesa per i droni. È possibile individuare tre direzioni principali dell'agricoltura di precisione che guideranno il futuro di questo settore: immagini e sensori , robotica e automazione , digitalizzazione e big data .

Immagini e sensori riguardano le pratiche di monitoraggio delle prestazioni sul campo, monitoraggio del suolo e computer sul campo o operazioni in tempo reale attraverso l'impiego di sensori satellitari, immagini di droni e condizioni delle colture, con l'obiettivo di fornire un sistema che aiuta a monitorare e automatizzare gli input.

La robotica e l'automazione si riferiscono a tecnologie come la visione artificiale, il rilevamento aereo e l'intelligenza artificiale.

La digitalizzazione e i big data utilizzano mappe sul campo, realtà aumentata e piattaforme di dati aperti per raggiungere analisi avanzate e progettazione di macchinari intelligenti per i servizi di business intelligence.

Il mercato dovrebbe crescere del 12,8% CAGR per raggiungere $ 5,5 miliardi entro il 2021. Attualmente, l'area EMEA domina il mercato (41%), seguita dall'APAC (32%) e dalle Americhe (27%). Bayer ha creato un team di oltre 400 professionisti e ha investito 1,25 miliardi di dollari per guidare lo sviluppo di offerte digitali per gli agricoltori.

L'agricoltura di precisione è un campo affollato a causa del suo alto potenziale. Nutrire il mondo e guadagnare un ritorno mentre lo fai è altamente motivante per molti giocatori diversi. Anche aziende come John Deere, CNH, Kubota, Bosch, Trimble e Topcon si stanno concentrando su questo campo, così come un gran numero di startup, tra cui:

La biotecnologia agricola sta trasformando il business agricolo

Un'altra nicchia in rapida crescita che impiega un numero rilevante di innovazioni tecnologiche riguarda le Biotecnologie Agricole, che comprendono tutti gli strumenti ei processi biologici o chimici utilizzati in azienda e anche nei processi post-agricoli. Questa categoria comprende diversi tipi di tecnologia e scienza, tra cui genetica , allevamento , ricerca sul microbioma , chimica sintetica e salute degli animali .

La genetica implica processi che consentono il trasferimento di caratteristiche utili da una pianta all'altra attraverso la manipolazione diretta del materiale genetico di un organismo.

L'allevamento è la scienza che consente di modificare i tratti delle piante per produrre le caratteristiche desiderate.

La ricerca sul microbioma consiste nel generare preziose informazioni sulla biologia delle comunità microbiche e sul loro impatto sull'ambiente circostante e sui loro ospiti.

La chimica sintetica è un'area emergente di ricerca finalizzata alla creazione di nuove parti, dispositivi e sistemi biologici o alla riprogettazione di sistemi già presenti in natura.

La salute degli animali comprende le tecnologie che migliorano la qualità dei mangimi, le prestazioni degli animali e/o la salute degli animali, nonché le tecnologie che creano nuovi mangimi per animali che fungono da fonte alimentare primaria o secondaria.

Il mercato globale delle biotecnologie agricole dovrebbe raggiungere i 33,8 miliardi di dollari entro il 2024, con una crescita del 10,9% CAGR (2019-2024). Il Nord America è il più grande mercato delle biotecnologie agricole grazie alla più alta accettazione di OGM.

Il mercato dell'ingegneria genetica è in rapida crescita e può avere un impatto positivo sull'ambiente: le colture OGM richiedono meno prodotti chimici, terreno e macchinari, il che aiuta a ridurre l'inquinamento ambientale e le emissioni di gas serra. Inoltre, l'obiettivo di questa scienza è principalmente la creazione di nuovi semi e piante in grado di resistere a erbicidi, insetti e virus mentre crescono - tolleranti agli stress ambientali (ad es. siccità, inondazioni) e con benefici nutrizionali aggiuntivi e gusto migliorato.

Ci sono anche alcuni svantaggi dell'ingegneria genetica. In generale, i patogeni sono in grado di adattarsi a nuovi profili genetici, pertanto potrebbero verificarsi effetti collaterali negativi imprevisti (p. es., le piante resistenti alla siccità possono essere meno tolleranti alla luce solare diretta).

Inoltre, l'uso del diritto d'autore e dei brevetti a tutela dei Diritti di Proprietà Intellettuale (DPI) è un grande vantaggio in questo campo, caratterizzato da un basso costo di imitazione.

Alcune delle startup e PMI attive nel biotech agricolo sono:

Ulteriori interessanti tendenze per il futuro

Storicamente, l'agricoltura ha subito una serie di rivoluzioni che hanno portato l'efficienza, la resa e la redditività a livelli prima inimmaginabili. Le previsioni di mercato per il prossimo decennio suggeriscono una rivoluzione digitale che probabilmente avrà un impatto su ogni aspetto della filiera agroalimentare.

Dal punto di vista climatico, c'è un bisogno crescente di capire come produrre quanto più cibo possibile con la stessa quantità di terreno coltivato (se non di meno). Tuttavia, come discusso in precedenza, il cambiamento climatico non è l'unico fattore che minaccia il business alimentare nei prossimi anni; crescerà anche la domanda di soluzioni tecnologiche applicate all'agricoltura .

In precedenza, abbiamo discusso dell'importanza futura della carne coltivata, del CRISPR e dell'editing del genoma, dell'agricoltura di precisione e dell'agricoltura verticale. Ma queste non sono le uniche tecnologie disponibili studiate dai ricercatori. È in fase di studio un'ampia gamma di soluzioni per affrontare sia le sfide alimentari legate ai cambiamenti climatici sia l'espansione della domanda alimentare. Alcuni esempi includono:

• Utilizzando composti che impediscono ai fertilizzanti di convertire i microbi del suolo in protossido di azoto , un gas serra molto potente.
• Sviluppare varietà di colture che assorbono più azoto .
• Ridurre l'impronta di carbonio del bestiame alimentandolo in modo diverso, ad esempio utilizzando le alghe.
• Adozione dell'agricoltura del deserto e dell'agricoltura dell'acqua di mare . A causa della crescente mancanza di risorse, il mondo deve trasformare il deserto e il mare in impianti di produzione alimentare.
• Applicare la stampa 3D alla produzione alimentare . Gli esperti ritengono che le stampanti che utilizzano idrocolloidi potrebbero essere utilizzate per sostituire gli ingredienti di base degli alimenti con fonti rinnovabili come alghe, lenticchie d'acqua ed erba. Ora, alcuni scienziati stanno sperimentando le alghe in sostituzione delle proteine ​​animali.

Purtroppo, molte di queste tecnologie agroalimentari non stanno ancora ricevendo il numero di investimenti di cui hanno bisogno per essere implementate efficacemente; tuttavia, questo campo sta sensibilizzando molto rapidamente e di conseguenza crescono gli investimenti .

Leggi la Parte I di questa serie: Feeding the Future: An Overview of the Agrifood Industry.