Wyżywienie przyszłości: przegląd technologii rolno-spożywczej

John Deere, firma najbardziej znana z produkcji traktorów, wkracza do branży sztucznej inteligencji. W 2017 roku firma John Deere Labs kupiła Blue River Technology za 305 milionów dolarów, startup z wizją komputerową i technologią uczenia maszynowego, który może zidentyfikować każdą pojedynczą roślinę w gospodarstwie. Oznacza to, że chwasty odporne na herbicydy można łatwo odróżnić od zdrowych roślin. Wynik netto? Według Blue River, rolnicy mogą zmniejszyć zużycie chemikaliów o około 95%, jednocześnie poprawiając plony.

Ponieważ czynniki środowiskowe, społeczne i demograficzne w coraz większym stopniu wywierają nacisk na tradycyjną technologię produkcji rolno-spożywczej, zarówno inwestorzy, jak i przedsiębiorcy zwracają się ku innowacjom.

Po przygotowaniu sceny w Feeding the Future: Przegląd przemysłu rolno-spożywczego, omówimy teraz bardziej szczegółowo innowacyjne technologie, które rewolucjonizują branżę produkcji żywności. Wyszczególniamy obiecujące nowe technologie w tej dziedzinie, a także ciekawe start-upy wprowadzające je do pracy, takie jak rolnictwo wertykalne, alternatywne białka, rolnictwo precyzyjne, biotechnologia rolnicza i inne interesujące trendy przyszłości.

Rolnictwo pionowe dla kontrolowanej i zrównoważonej produkcji

Rolnictwo pionowe to praktyka uprawy roślin w pionowo ułożonych warstwach. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu półek uprawowych zawieszonych na ścianie lub ogrodzeniu oraz zastosowaniu technik hydroponicznych do odżywiania roślin.

Technika ta ma ogromny potencjał, ponieważ zapewnia kontrolę nad wieloma zmiennymi produkcyjnymi. Nie tylko zmniejsza liczbę zużywanych nakładów, ale także pozwala na kontrolę patogenów upraw i owadów pasożytniczych. Pozwala to na znacznie krótsze cykle upraw i produkcję całoroczną , dając możliwość:

• Ograniczenie użytkowania gruntów pod rolnictwo
• Skuteczne reagowanie na trendy urbanizacyjne, przenoszenie upraw w obrębie miasta
• Zmniejszenie potrzeby przewożenia żywności setkami kilometrów na rynek
• Utrzymanie produkcji bez względu na porę roku i pogodę
• Zapobieganie ewentualnym zagrożeniom związanym ze zmianami klimatu

To, w połączeniu ze znacznymi oszczędnościami w zakresie wody i nakładów, będzie kluczowym czynnikiem sukcesu w sprostaniu rosnącemu zapotrzebowaniu na żywność i sukcesu przemysłu rolno-spożywczego.

Jednak skalowanie rolnictwa wertykalnego może powodować trudności, głównie ze względu na wysokie zużycie energii wymagane przez tę technikę, co nieuchronnie ma wpływ na jej ślad węglowy. Rolnicy wertykalni są skłonni wykorzystywać energię odnawialną do zasilania swojej działalności, ale branża ma jeszcze długą drogę do przebycia.

Większość pionowych farm upadła, ponieważ wysokie koszty sprzętu zrobotyzowanego i sztucznego światła przegrały z prostszą technologią brudu, szklarni i słońca. Ale koncepcja ta przyciąga teraz gwałtowny wzrost inwestycji korporacyjnych, co ilustrują firmy takie jak Spread czy Plenty, amerykański start-up wspierany 200 milionami dolarów od inwestorów, w tym Masayoshi Son z SoftBanku i Jeffa Bezosa z Amazona. Według MarketsandMarkets ta część rynku rolno-spożywczego rośnie z 24,8% CAGR i oczekuje się, że w 2022 r. osiągnie 5,8 mld USD.

Hydroponika i aeroponika to dwie główne technologie stosowane w tej dziedzinie. Wdrożenie jednego z dwóch wiąże się ze znaczną oszczędnością zasobów i dobrą równowagą między zużyciem wody a niezbędnymi nawozami/odżywkami.

Urządzenia klimatyzacyjne będą najszybciej rozwijającym się segmentem sprzętu na tym rynku, odgrywając kluczową rolę w zwiększaniu wydajności. Aby zapewnić chronione środowisko wzrostu, kilka czynników wpływających na klimat musi być kontrolowanych na zaawansowanym poziomie.

Oczekuje się, że rynek rolnictwa pionowego w regionie Azji i Pacyfiku będzie miał największy udział do 2022 r. w porównaniu z innymi regionami.

Rynek rolnictwa pionowego według regionu (w mln USD)

Istnieje wiele farm w Japonii, Singapurze, Tajwanie i innych tak zaawansowanych technologicznie krajach, które już napędzają rynek w regionie. Inwestycje znacznie wzrosły z 60 milionów dolarów w 2015 i 2016 roku do 414 milionów dolarów w 2017 i 2018 roku.

CapEx jest wysoki dla tych firm. Niewielka, niskotechnologiczna firma zajmująca się uprawą wertykalną może wymagać około 280 000 dolarów na rozpoczęcie działalności i nawet 15 milionów dolarów na instalację drugiej generacji. Najbardziej innowacyjne zakłady obejmują zarządzanie danymi, automatyzację zarządzania roślinami, automatyzację zbiorów i automatyzację po zbiorach. Ten rodzaj roślin daje średnio 55 razy więcej plonów z jednostki niż tradycyjne gospodarstwa. Ponadto innowacyjność powinna obniżyć koszty operacyjne: na przykład zwiększenie wydajności lamp LED wykorzystywanych w tej technice.

Głównymi graczami na tym rynku są AeroFarms, amerykańska firma działająca od 15 lat, która zebrała 238 milionów dolarów oraz Plenty (USA), która pozyskała 226 milionów dolarów.

Jeśli chodzi o środowisko europejskie, Infarm (Niemcy) to berlińska firma, która zebrała już około 122 mln USD, Agricool (Francja) zebrała 36 mln USD i koncentruje się głównie na produkcji truskawek, Agrilution (Niemcy) zebrała 4,6 mln USD, a Sfera Agricola (Włochy) zebrała 7,5 miliona dolarów i ma przychody w wysokości 4,23 miliona dolarów.

Zwiększenie wykorzystania alternatywnych białek

Naukowcy i startupy dokładają wszelkich starań, aby znaleźć alternatywne białka, ponieważ karmienie rosnącej populacji mięsem ze zwierząt gospodarskich najprawdopodobniej stanie się dość trudne ze względu na ciągły wzrost zapotrzebowania na mięso.

W rezultacie 46% wszystkich produktów rolnych jest obecnie wykorzystywanych wyłącznie do karmienia zwierząt gospodarskich. Rozwiązania zwiększające wydajność konwencjonalnej produkcji mięsa zostały już prawie wyczerpane, a ich dążenie nie pokona globalnych wyzwań związanych z rolnictwem i żywnością.

W ten sposób ewoluują nowe produkty mięsne i uczestnicy rynku. Zamiast ulepszać konwencjonalną produkcję mięsa, kilka firm koncentruje się na wymyślaniu nowych produktów, które zastąpią konwencjonalne mięso . Niektóre z najbardziej obiecujących obszarów to mięso na bazie owadów, nowatorskie wegańskie zamienniki mięsa i mięso hodowlane .

Mięso na bazie owadów jest wytwarzane z białka pochodzącego głównie ze świerszczy i larw mącznika. Ten trend ma pewne zalety, takie jak lepsza konwersja energii i białka w porównaniu z tradycyjnym mięsem. Pokarm dla owadów ma większy potencjał do karmienia zwierząt hodowlanych niż ludzi ze względu na różnice w smaku i teksturze w porównaniu z tradycyjnym mięsem oraz negatywne postrzeganie owadów jako pokarmu przez konsumentów w zdecydowanej większości krajów zachodnich.

Globalna prognoza rynku mięsa

Dwoma najbardziej interesującymi trendami mogą być nowatorskie wegańskie zamienniki mięsa i mięso hodowlane. Pierwsza z nich nie wymaga składników odzwierzęcych, a jej profil sensoryczny jest znacznie bliższy mięsu niż tradycyjne zamienniki wegańskie/wegetariańskie. Głównym tego powodem jest zaawansowany proces produkcyjny, w którym wykorzystuje się hemoglobinę i spoiwa ekstrahowane w procesie fermentacji z roślin. Startupy z tej dziedziny (np. Impossible Foods , JUST , Beyond Meat ) zebrały do ​​2018 roku ponad 900 mln dolarów dofinansowania, a produkty są już dostępne zarówno w supermarketach, jak i restauracjach.

Mięso hodowlane stanowi alternatywę dla mięsa, które powstaje w wyniku wykładniczego wzrostu komórek w bioreaktorach. Hodowla mięsa będzie stanowić największą szansę, mimo że jest w złym stanie rozwoju ze względu na znaczne koszty z tym związane.

Proces rozpoczyna się, gdy komórka jest pobierana z żywego zwierzęcia i hodowana w laboratorium w celu trwałego ustanowienia kultury (zwanej linią komórkową). Komórki mogą pochodzić z różnych źródeł: biopsji żywych zwierząt, kawałków świeżego mięsa lub banków komórek. Linie komórkowe mogą być oparte na komórkach pierwotnych lub komórkach macierzystych . Po wybraniu dobrej linii komórkowej próbkę wprowadza się do bioreaktora, w którym komórki proliferują wykładniczo i można je zbierać. Rezultatem jest mięso prawie nie do odróżnienia od mięsa zwierzęcego. Żadne komercyjne produkty nie są jeszcze sprzedawane , nawet jeśli ta technika może zakłócić wielomiliardowy światowy przemysł mięsny.

Najbardziej potencjalnie destrukcyjnymi trendami mogą być nowe wegańskie i hodowane mięso, które osiągną odpowiednio 25% i 35% wartości globalnego rynku w 2040 r. dzięki wysokiemu potencjałowi komercyjnemu motywowanemu dużym podobieństwem do prawdziwego mięsa. To czyni je atrakcyjnymi dla kapitału wysokiego ryzyka. W szczególności mięso hodowlane zwycięży na dłuższą metę, ale nowatorskie wegańskie zamienniki mięsa będą niezbędne w fazie przejściowej.

Najbardziej zaawansowane nowatorskie firmy zajmujące się zastępowaniem mięsa wegańskiego mają siedzibę w Stanach Zjednoczonych. Beyond Meat i Impossible Foods należą do najsłynniejszych i zebrały już kilkaset milionów dolarów.

Impossible Foods zebrało 300 milionów dolarów w serii E w 2019 roku, podnosząc całkowitą wartość kapitału własnego do 700 milionów dolarów. Do inwestorów należą tak znane nazwiska jak Bill Gates, GV (dawniej Google Ventures), UBS i Sailing Capital. Beyond Meat już ujrzał światło dzienne.

Źródło: Crunchbase.

Firmy te są najbliżej komercjalizacji swoich produktów. Oczekuje się, że rynek roślinnych alternatywnych produktów żywnościowych i napojów do 2024 r. osiągnie 80,43 mld USD, co oznacza wzrost o 13,82% CAGR w okresie prognozy od 2019 do 2024 r.

Największe firmy zajmujące się hodowlą mięsa hodowlanego znajdują się w Stanach Zjednoczonych. Firma Memphis Meats z siedzibą w San Francisco zebrała 161 milionów dolarów na budowę pilotażowego zakładu mięsnego opartego na komórkach. Ta runda inwestycyjna zwiększa łączne fundusze kalifornijskiej firmy mięsnej opartej na komórkach ponad ośmiokrotnie. Inwestorzy to Tyson Food, Richard Branson i Bill Gates.

W ciągu ostatnich 10 lat inwestorzy zainwestowali ponad 16 miliardów dolarów w amerykańskie firmy mięsne oparte na roślinach i komórkach – tylko 13 miliardów dolarów w 2017 i 2018 roku, według dwóch raportów opublikowanych przez The Good Food Institute w 2019 roku.

Rolnictwo precyzyjne Przeprowadzki głównego nurtu

W ciągu ostatnich dwóch dekad rolnictwo precyzyjne z powodzeniem przekształciło się z tematu badań akademickich w wysoce korzystną praktykę w dziedzinie rolnictwa. Do końca 2030 r. rolnictwo precyzyjne stanie się jednym z najbardziej wpływowych trendów w rolnictwie.

Rynek rolnictwa precyzyjnego - tempo wzrostu według regionu (2021-2024)

Rolnictwo precyzyjne to koncepcja zarządzania rolnictwem oparta na obserwacji, pomiarze i reagowaniu na zmienność upraw między polami i wewnątrz pola w celu zdefiniowania systemu wspomagania decyzji (DSS) w celu optymalizacji zwrotu z nakładów przy jednoczesnym zachowaniu zasobów.

Według AgFunder inwestycje w rolnictwo precyzyjne osiągnęły 661 mln USD w ramach 96 transakcji w 2015 r., co stanowi wzrost o 140% w porównaniu z 2014 r. Jednak w 2016 r. rolnictwo precyzyjne odnotowało spadek o 405 mln USD, głównie z powodu niższych wydatków na drony. Możliwe jest zidentyfikowanie trzech głównych kierunków rolnictwa precyzyjnego, które będą kierować przyszłością tego sektora: obrazowanie i czujniki , robotyka i automatyzacja oraz cyfryzacja i big data .

Obrazy i czujniki dotyczą praktyk monitorowania wydajności pola, monitorowania gleby i komputera polowego lub działania w czasie rzeczywistym poprzez zastosowanie obrazów satelitarnych, dronów i czujników warunków upraw, w celu zapewnienia systemu, który pomaga monitorować i automatyzować dane wejściowe.

Robotyka i automatyzacja odnoszą się do technologii, takich jak wizja maszynowa, detekcja z powietrza i sztuczna inteligencja.

Cyfryzacja i big data wykorzystują mapy terenowe, rozszerzoną rzeczywistość i platformy otwartych danych, aby osiągnąć zaawansowaną analitykę i inteligentne projektowanie maszyn w kierunku usług Business Intelligence.

Oczekuje się, że rynek wzrośnie w tempie 12,8% CAGR i do 2021 r. osiągnie 5,5 mld USD. Obecnie dominuje obszar EMEA (41%), a następnie region APAC (32%) i obie Ameryki (27%). Bayer utworzył zespół ponad 400 specjalistów i zainwestował 1,25 miliarda dolarów w rozwój oferty cyfrowej dla rolników.

Rolnictwo precyzyjne to zatłoczone pole ze względu na duży potencjał. Karmienie świata i zarabianie w ten sposób jest bardzo motywujące dla wielu różnych graczy. Firmy takie jak John Deere, CNH, Kubota, Bosch, Trimble i Topcon również koncentrują się na tej dziedzinie, a także duża liczba startupów, w tym:

Biotechnologia Rolnicza zmienia rolnictwo

Kolejna szybko rozwijająca się nisza, wykorzystująca odpowiednią liczbę innowacji technologicznych, dotyczy biotechnologii rolniczej, która obejmuje wszystkie biologiczne lub chemiczne narzędzia i procesy wykorzystywane w gospodarstwie, a także w procesach porolnych. Ta kategoria obejmuje różne rodzaje technologii i nauki, w tym genetykę , hodowlę , badania mikrobiomu , chemię syntetyczną i zdrowie zwierząt .

Genetyka obejmuje procesy, które umożliwiają przenoszenie użytecznych cech z jednej rośliny na drugą poprzez bezpośrednią manipulację materiałem genetycznym organizmu.

Hodowla to nauka o zmianie cech roślin w celu uzyskania pożądanych cech.

Badania nad mikrobiomami polegają na uzyskiwaniu cennych informacji na temat biologii społeczności drobnoustrojów oraz ich wpływu na otoczenie i gospodarzy.

Chemia syntetyczna to nowy obszar badań, którego celem jest tworzenie nowych części, urządzeń i systemów biologicznych lub przeprojektowywanie systemów już występujących w przyrodzie.

Zdrowie zwierząt obejmuje technologie, które poprawiają jakość paszy dla zwierząt, wydajność zwierząt i/lub zdrowie zwierząt, a także technologie, które tworzą nowe pasze dla zwierząt, które służą jako podstawowe lub wtórne źródło pożywienia.

Oczekuje się, że globalny rynek biotechnologii rolnej do 2024 r. wyniesie 33,8 mld USD, rosnąc w tempie 10,9% CAGR (2019-2024). Ameryka Północna jest największym rynkiem biotechnologii rolniczej ze względu na najwyższą akceptację GMO.

Rynek inżynierii genetycznej rozwija się szybko i może mieć pozytywny wpływ na środowisko — uprawy GMO wymagają mniejszej ilości chemikaliów, gruntów i maszyn, co pomaga zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska i emisje gazów cieplarnianych. Co więcej, celem tej nauki jest głównie tworzenie nowych nasion i roślin, które są odporne na herbicydy, owady i wirusy podczas wzrostu - odporne na stresy środowiskowe (np. susze, powodzie) oraz z dodatkowymi korzyściami odżywczymi i lepszym smakiem.

Istnieją również pewne wady inżynierii genetycznej. Ogólnie rzecz biorąc, patogeny są w stanie przystosować się do nowych profili genetycznych, dlatego mogą wystąpić nieoczekiwane negatywne skutki uboczne (np. rośliny odporne na suszę mogą być mniej odporne na bezpośrednie działanie promieni słonecznych).

Ponadto wykorzystanie praw autorskich i patentów w celu ochrony Praw Własności Intelektualnej (IPR) jest dużym atutem w tej dziedzinie, charakteryzującym się niskim kosztem imitacji.

Niektóre startupy i MŚP działające w biotechnologii rolniczej to:

Dodatkowe ciekawe trendy na przyszłość

Historycznie rolnictwo przeszło serię rewolucji, które doprowadziły wydajność, plony i rentowność do niewyobrażalnych wcześniej poziomów. Prognozy rynkowe na następną dekadę sugerują cyfrową rewolucję , która prawdopodobnie wpłynie na każdy aspekt rolniczego łańcucha żywnościowego.

Z punktu widzenia klimatu rośnie potrzeba znalezienia jak największej ilości żywności na tej samej powierzchni (jeśli nie mniejszej) ziemi uprawnej. Jednak, jak omówiono wcześniej, zmiany klimatyczne nie są jedynym czynnikiem zagrażającym branży spożywczej w ciągu najbliższych kilku lat; będzie też rosnąć zapotrzebowanie na rozwiązania technologiczne stosowane w rolnictwie .

Wcześniej omawialiśmy przyszłe znaczenie hodowanego mięsa, CRISPR i edycji genomu, rolnictwa precyzyjnego i rolnictwa pionowego. Ale to nie jedyne dostępne technologie badane przez naukowców. Badany jest szeroki zakres rozwiązań, aby stawić czoła zarówno wyzwaniom związanym ze zmianą klimatu, jak i rosnącym popytem na żywność. Oto kilka przykładów:

• Stosowanie związków, które zapobiegają przekształcaniu nawozu drobnoustrojów glebowych w podtlenek azotu , bardzo silny gaz cieplarniany.
• Rozwijanie odmian roślin, które pochłaniają więcej azotu .
• Zmniejszenie śladu węglowego zwierząt gospodarskich poprzez karmienie ich w inny sposób — na przykład za pomocą alg.
• Przyjęcie rolnictwa pustynnego i hodowli wody morskiej . Ze względu na rosnący brak zasobów świat musi zamienić pustynię i morze w zakłady produkujące żywność.
• Zastosowanie druku 3D do produkcji żywności . Eksperci uważają, że drukarki wykorzystujące hydrokoloidy można wykorzystać do zastąpienia podstawowych składników żywności odnawialnymi źródłami, takimi jak glony, rzęsa i trawa. Teraz niektórzy naukowcy eksperymentują z algami jako zamiennikiem białka zwierzęcego.

Niestety, wiele z tych technologii rolno-spożywczych nie otrzymuje jeszcze takiej liczby inwestycji, jakiej wymagają do skutecznego wdrożenia; niemniej jednak ta dziedzina bardzo szybko podnosi świadomość , a inwestycje konsekwentnie rosną.

Przeczytaj część I tej serii: Feeding the Future: Przegląd przemysłu rolno-spożywczego.