Alimentando o futuro: uma visão geral da tecnologia agroalimentar

A John Deere, empresa mais conhecida por fabricar tratores, está entrando no negócio de inteligência artificial. Em 2017, a John Deere Labs comprou a Blue River Technology por US$ 305 milhões, uma startup com tecnologia de visão computacional e aprendizado de máquina que pode identificar cada planta individual em uma fazenda. Isso significa que ervas daninhas resistentes a herbicidas podem ser facilmente distinguidas de plantas saudáveis. O resultado líquido? Os agricultores podem reduzir o uso de produtos químicos em cerca de 95% enquanto melhoram os rendimentos, de acordo com a Blue River.

À medida que os fatores ambientais, sociais e demográficos pressionam cada vez mais a tecnologia tradicional de produção agroalimentar, investidores e empreendedores estão se voltando para a inovação.

Tendo preparado o cenário em Alimentando o Futuro: Uma Visão Geral da Indústria Agroalimentar, agora entraremos em mais detalhes sobre as tecnologias inovadoras que estão revolucionando o negócio de produção de alimentos. Detalhamos novas tecnologias promissoras no campo, bem como startups interessantes que as colocam em prática, como agricultura vertical, proteínas alternativas, agricultura de precisão, biotecnologia agrícola e outras tendências futuras interessantes.

Agricultura Vertical para Produção Controlável e Sustentável

A agricultura vertical é a prática de cultivar culturas em camadas empilhadas verticalmente. Isso é possível usando prateleiras suspensas em uma parede ou cerca e implementando técnicas hidropônicas para nutrir as plantas.

Essa técnica tem grande potencial, pois garante o controle de muitas variáveis ​​de produção. Não só reduz o número de insumos consumidos, mas também permite o controle sobre patógenos de culturas e insetos parasitas. Isso permite ciclos de cultivo significativamente mais curtos e produção durante todo o ano , dando a possibilidade de:

• Reduzir o uso da terra para a agricultura
• Respondendo de forma eficaz às tendências de urbanização, movendo a colheita dentro da cidade
• Reduzindo a necessidade de transportar alimentos por caminhão por centenas de quilômetros até o mercado
• Manter a produção independentemente da estação ou do clima
• Prevenir a eventualidade de perigos relacionados com as alterações climáticas

Isso, combinado com a economia significativa em termos de água e insumos, será um fator-chave para o sucesso no enfrentamento da crescente demanda de alimentos e para o sucesso da indústria agroalimentar.

No entanto, a escalada da agricultura vertical pode causar dificuldades, principalmente devido ao alto uso de energia que essa técnica requer, o que inevitavelmente afeta sua pegada de carbono. Os agricultores verticais estão dispostos a usar energia renovável para alimentar suas operações, mas a indústria ainda tem um longo caminho a percorrer.

A maioria das fazendas verticais faliu porque os altos custos de equipamentos robóticos e luz artificial perderam para a tecnologia mais simples de terra, estufas e sol. Mas o conceito agora está atraindo um aumento no investimento corporativo, ilustrado por empresas como Spread ou Plenty, uma startup americana apoiada por US$ 200 milhões de investidores como Masayoshi Son, do SoftBank, e Jeff Bezos, da Amazon. De acordo com a MarketsandMarkets, esse subseto do mercado agroalimentar está crescendo com um CAGR de 24,8% e deve atingir US$ 5,8 bilhões em 2022.

Hidroponia e aeroponia são as duas principais tecnologias aplicadas neste campo. A implementação de um dos dois envolve uma economia significativa de recursos e um bom equilíbrio entre o uso da água e os fertilizantes/nutrientes necessários.

Os dispositivos de controle climático serão o segmento de hardware de crescimento mais rápido neste mercado, desempenhando um papel crucial no aumento do rendimento. Para garantir um ambiente de crescimento protegido, vários fatores que influenciam o clima precisam ser controlados em um nível avançado.

Espera-se que o mercado agrícola vertical na Ásia-Pacífico tenha a maior participação até 2022 em comparação com as outras regiões.

Mercado agrícola vertical por região ($ milhões)

Existem inúmeras fazendas no Japão, Cingapura, Taiwan e outros países tecnologicamente avançados que já estão impulsionando o mercado na região. Os investimentos cresceram significativamente de US$ 60 milhões em 2015 e 2016 para US$ 414 milhões em 2017 e 2018.

O CapEx é alto para essas empresas. Um negócio agrícola vertical de pequena escala e baixa tecnologia pode exigir cerca de US$ 280.000 para iniciar e até US$ 15 milhões para uma planta de segunda geração. As plantas mais inovadoras incluem gerenciamento de dados, automação de gerenciamento de plantas, automação de colheita e automação pós-colheita. Em média, esse tipo de planta rende 55 vezes mais produtos por unidade do que as fazendas tradicionais. Além disso, a inovação deve reduzir as despesas operacionais: por exemplo, aumentar a eficiência das luzes LED utilizadas nesta técnica.

Os principais players desse mercado são a AeroFarms, empresa norte-americana que está no mercado há 15 anos e arrecadou US$ 238 milhões, e a Plenty (EUA), que arrecadou US$ 226 milhões.

Para o ambiente europeu, a Infarm (Alemanha) é uma empresa com sede em Berlim que já arrecadou aproximadamente US$ 122 milhões, a Agricool (França) arrecadou US$ 36 milhões e seu foco é principalmente na produção de morangos, a Agrilution (Alemanha) arrecadou US$ 4,6 milhões e A Sfera Agricola (Itália) levantou US$ 7,5 milhões e tem receita de US$ 4,23 milhões.

Aumento do Uso de Proteínas Alternativas

Pesquisadores e startups estão colocando seus esforços em proteínas alternativas, pois alimentar a crescente população com carne de gado provavelmente se tornará bastante difícil devido ao crescimento contínuo da demanda por carne.

Como resultado, 46% do total de produtos agrícolas atualmente são usados ​​apenas para alimentar o gado. As soluções para aumentar a eficiência da produção convencional de carnes estão quase esgotadas, e buscá-las não superará os desafios agrícolas e alimentares globais.

Novos produtos de carne e participantes do mercado estão assim evoluindo. Em vez de melhorar a produção de carne convencional, várias empresas estão se concentrando em inventar novos produtos para substituir a carne convencional . Algumas das áreas mais promissoras são a carne à base de insetos, novos substitutos de carne vegana e carne cultivada .

A carne à base de insetos é feita de proteínas provenientes principalmente de grilos e larvas de farinha. Essa tendência tem algumas vantagens, como a conversão superior de energia e proteína em relação à carne tradicional. A comida de insetos tem maior potencial para alimentar o gado em vez de humanos por causa de suas diferenças de sabor e textura em relação à carne tradicional e a percepção negativa do consumidor de insetos como alimento na grande maioria dos países ocidentais.

Previsão do mercado global de carnes

As duas tendências mais interessantes podem ser a nova substituição de carne vegana e a carne cultivada. O primeiro não requer ingredientes de origem animal, e seu perfil sensorial se aproxima muito mais da carne do que o tradicional substituto vegano/vegetariano. A principal razão para isso é um processo de produção sofisticado que usa hemoglobina e aglutinantes extraídos por fermentação das plantas. As startups dessa área (por exemplo, Impossible Foods , JUST , Beyond Meat ) arrecadaram mais de US$ 900 milhões em financiamentos até 2018, e os produtos já estão disponíveis tanto em supermercados quanto em restaurantes.

A carne cultivada representa uma alternativa à carne que é criada através do crescimento exponencial de células em biorreatores. A cultura da carne representará a maior oportunidade, embora esteja em um estado de desenvolvimento precário devido ao custo significativo associado a ela.

O processo começa quando uma célula é extraída de um animal vivo e cultivada em laboratório para estabelecer permanentemente uma cultura (chamada de linhagem celular). As células podem vir de várias fontes: biópsias de animais vivos, pedaços de carne fresca ou bancos de células. As linhas celulares podem ser baseadas em células primárias ou em células-tronco . Uma vez que uma boa linhagem de células tenha sido selecionada, uma amostra é introduzida em um biorreator onde as células proliferam exponencialmente e podem ser colhidas. O resultado é uma carne quase indistinguível da carne animal. Nenhum produto comercial é vendido ainda , mesmo que essa técnica tenha o potencial de atrapalhar a indústria global de carnes multibilionária.

As tendências mais potencialmente disruptivas podem ser novas carnes veganas e cultivadas, que atingirão – respectivamente – 25% e 35% do valor de mercado global em 2040, graças ao seu alto potencial comercial motivado por sua alta semelhança com a carne real. Isso os torna atraentes para o capital de risco. Em particular, a carne cultivada vencerá a longo prazo, mas novos substitutos de carne vegana serão essenciais na fase de transição.

Os novos negócios de substituição de carne vegana mais avançados estão sediados nos EUA. Beyond Meat e Impossible Foods estão entre os mais famosos e já arrecadaram várias centenas de milhões de dólares.

A Impossible Foods levantou US$ 300 milhões na série E em 2019, elevando o valor total do patrimônio para US$ 700 milhões. Os investidores incluem nomes proeminentes como Bill Gates, GV (anteriormente Google Ventures), UBS e Sailing Capital. A Beyond Meat já se tornou pública.

Fonte: Crunchbase.

Essas empresas estão mais próximas de comercializar seus produtos. Espera -se que o mercado de alternativas de alimentos e bebidas à base de plantas atinja US $ 80,43 bilhões até 2024, crescendo a um CAGR de 13,82% durante o período de previsão de 2019 a 2024.

As maiores empresas de carne cultivada estão localizadas nos EUA. A Memphis Meats, com sede em São Francisco, levantou US$ 161 milhões para construir uma planta piloto de carne baseada em células. Essa rodada de investimentos aumenta em mais de oito vezes os fundos totais da empresa de carne baseada em células da Califórnia. Os investidores incluem Tyson Food, Richard Branson e Bill Gates.

Investidores investiram mais de US$ 16 bilhões em empresas de carnes baseadas em vegetais e células nos últimos 10 anos – US$ 13 bilhões somente em 2017 e 2018, de acordo com dois relatórios divulgados pelo The Good Food Institute em 2019.

Agricultura de precisão em movimento principal

Nas últimas duas décadas, a agricultura de precisão fez com sucesso a transição de um tópico de pesquisa acadêmica para uma prática altamente benéfica no campo da agricultura. Até o final de 2030, a agricultura de precisão está prestes a se tornar uma das tendências mais influentes na agricultura.

Mercado de agricultura de precisão - taxa de crescimento por região (2021-2024)

A agricultura de precisão é um conceito de gestão agrícola baseado na observação, medição e resposta à variabilidade inter e intracampo nas culturas com o objetivo de definir um sistema de apoio à decisão (DSS) para otimizar os retornos dos insumos, preservando os recursos.

Os investimentos em agricultura de precisão atingiram US$ 661 milhões em 96 negócios em 2015, um aumento de 140% em relação a 2014, de acordo com a AgFunder. No entanto, a agricultura de precisão sofreu um declínio de US$ 405 milhões em 2016, principalmente devido aos menores gastos com drones. É possível identificar três direções principais da agricultura de precisão que nortearão o futuro desse setor: imagens e sensores , robótica e automação , e digitalização e big data .

As imagens e os sensores dizem respeito às práticas de monitoramento de desempenho de campo, monitoramento de solo e operação por computador em campo ou em tempo real por meio do emprego de satélite, imagens de drones e sensores de condições de cultivo, com o objetivo de fornecer um sistema que ajude a monitorar e automatizar insumos.

Robótica e automação referem-se a tecnologias como visão de máquina, sensoriamento aéreo e inteligência artificial.

A digitalização e o big data empregam mapas de campo, realidade aumentada e plataformas de dados abertos para alcançar análises avançadas e design de maquinário inteligente para serviços de inteligência de negócios.

Espera-se que o mercado cresça 12,8% CAGR para atingir US$ 5,5 bilhões até 2021. Atualmente, a área EMEA domina o mercado (41%), seguida pela APAC (32%) e pelas Américas (27%). A Bayer montou uma equipe de mais de 400 profissionais e investiu US$ 1,25 bilhão para impulsionar o desenvolvimento de ofertas digitais para agricultores.

A agricultura de precisão é um campo lotado devido ao seu alto potencial. Alimentar o mundo e ganhar um retorno ao fazê-lo é altamente motivador para muitos jogadores diferentes. Empresas como John Deere, CNH, Kubota, Bosch, Trimble e Topcon também estão focando neste campo, assim como um grande número de startups, incluindo:

A biotecnologia agrícola está transformando o negócio agrícola

Outro nicho de rápido crescimento que emprega um número relevante de inovações tecnológicas é a Biotecnologia Agrícola, que inclui todas as ferramentas e processos biológicos ou químicos utilizados na fazenda e também nos processos pós-agricultura. Esta categoria envolve diferentes tipos de tecnologia e ciência, incluindo genética , reprodução , pesquisa de microbiomas , química sintética e saúde animal .

A genética envolve processos que permitem a transferência de características úteis de uma planta para outra através da manipulação direta do material genético de um organismo.

A reprodução é a ciência de mudar as características das plantas para produzir as características desejadas.

A pesquisa do microbioma consiste em gerar informações valiosas sobre a biologia das comunidades microbianas e seu impacto em seus arredores e seus hospedeiros.

A química sintética é uma área emergente de pesquisa destinada à criação de novas peças, dispositivos e sistemas biológicos, ou ao redesenho de sistemas que já são encontrados na natureza.

A saúde animal compreende tecnologias que melhoram a qualidade da alimentação animal, o desempenho animal e/ou a saúde animal, bem como tecnologias que criam novos alimentos para animais que servem como fonte de alimento primária ou secundária.

Espera-se que o mercado global de biotecnologia agrícola seja de US$ 33,8 bilhões até 2024, crescendo a um CAGR de 10,9% (2019-2024). A América do Norte é o maior mercado de biotecnologia agrícola devido à maior aceitação dos OGMs.

O mercado de engenharia genética está em rápido crescimento e pode ter impactos positivos no meio ambiente – as culturas OGM exigem menos produtos químicos, terra e maquinário, o que ajuda a diminuir a poluição ambiental e as emissões de GEE. Além disso, o foco dessa ciência é principalmente a criação de novas sementes e plantas capazes de resistir a herbicidas, insetos e vírus enquanto crescem - tolerantes a estresses ambientais (por exemplo, secas, inundações) e com benefícios nutricionais adicionais e sabor aprimorado.

Há também alguns contras da engenharia genética. Geralmente, os patógenos são capazes de se adaptar a novos perfis genéticos, portanto, pode haver efeitos colaterais negativos inesperados (por exemplo, plantas resistentes à seca podem ser menos tolerantes à luz solar direta).

Além disso, o uso de direitos autorais e patentes para proteger os Direitos de Propriedade Intelectual (DPI) é uma grande vantagem nesse campo, caracterizado pelo baixo custo de imitação.

Algumas das startups e PMEs ativas em biotecnologia agrícola são:

Tendências interessantes adicionais para o futuro

Historicamente, a agricultura passou por uma série de revoluções que levaram a eficiência, rendimento e lucratividade a níveis anteriormente inimagináveis. As previsões de mercado para a próxima década sugerem uma revolução digital que provavelmente afetará todos os aspectos da cadeia alimentar agrícola.

Do ponto de vista climático, há uma necessidade crescente de descobrir como produzir o máximo de alimentos possível com a mesma quantidade de terra cultivada (se não menos). No entanto, como discutido anteriormente, a mudança climática não é o único fator que ameaça o negócio de alimentos nos próximos anos; haverá também uma demanda crescente por soluções tecnológicas aplicadas à agricultura .

Anteriormente, discutimos a importância futura da carne cultivada, CRISPR e edição de genoma, agricultura de precisão e agricultura vertical. Mas essas não são as únicas tecnologias disponíveis que estão sendo estudadas pelos pesquisadores. Uma ampla gama de soluções está sendo explorada para enfrentar os desafios relacionados à mudança climática e a expansão da demanda por alimentos. Alguns exemplos incluem:

• Usando compostos que impedem que o fertilizante converta os micróbios do solo em óxido nitroso , um gás de efeito estufa altamente potente.
• Desenvolvimento de variedades de culturas que absorvem mais nitrogênio .
• Reduzir a pegada de carbono do gado alimentando-o de forma diferente – usando algas, por exemplo.
• Adotando a agricultura do deserto e a agricultura da água do mar . Devido à crescente falta de recursos, o mundo deve transformar o deserto e o mar em instalações de produção de alimentos.
• Aplicação da impressão 3D na produção de alimentos . Especialistas acreditam que impressoras que usam hidrocolóides podem ser usadas para substituir os ingredientes básicos de alimentos por fontes renováveis, como algas, lentilhas e grama. Agora, alguns cientistas estão experimentando algas como substitutos da proteína animal.

Infelizmente, muitas dessas tecnologias agroalimentares ainda não estão recebendo os investimentos necessários para serem efetivamente implementadas; no entanto, este campo está aumentando a conscientização muito rapidamente e, consequentemente, os investimentos estão crescendo.

Leia a Parte I desta série: Alimentando o Futuro: Uma Visão Geral da Indústria Agroalimentar.