Кормление будущего: обзор агропродовольственных технологий

John Deere, компания, наиболее известная производством тракторов, начинает заниматься искусственным интеллектом. В 2017 году John Deere Labs купила Blue River Technology за 305 миллионов долларов, стартап с технологиями компьютерного зрения и машинного обучения, которые могут идентифицировать каждое отдельное растение на ферме. Это означает, что устойчивые к гербицидам сорняки можно легко отличить от здоровых растений. Чистый результат? По данным Blue River, фермеры могут сократить использование химикатов примерно на 95% при одновременном повышении урожайности.

Поскольку экологические, социальные и демографические факторы все больше сказываются на традиционных технологиях производства агропродовольственных товаров, инвесторы и предприниматели обращаются к инновациям.

Заложив основу для книги «Кормление будущего: обзор агропродовольственной отрасли», мы теперь более подробно остановимся на инновационных технологиях, которые произвели революцию в производстве продуктов питания. Мы подробно описываем многообещающие новые технологии в этой области, а также интересные стартапы, использующие их в работе, такие как вертикальное земледелие, альтернативные белки, точное земледелие, сельскохозяйственная биотехнология и другие интересные тенденции будущего.

Вертикальное земледелие для контролируемого и устойчивого производства

Вертикальное земледелие — это практика выращивания сельскохозяйственных культур в вертикально уложенных слоях. Это стало возможным благодаря использованию полок для выращивания, подвешенных к стене или забору, и внедрению методов гидропоники для питания растений.

Этот метод имеет большой потенциал, так как обеспечивает контроль над многими производственными параметрами. Это не только снижает количество потребляемых ресурсов, но и позволяет контролировать патогены сельскохозяйственных культур и паразитических насекомых. Это позволяет значительно сократить циклы урожая и круглогодичное производство , что дает возможность:

• Сокращение землепользования для сельского хозяйства
• Эффективное реагирование на тенденции урбанизации, перемещение урожая внутри города
• Сокращение необходимости возить продукты питания за сотни километров на рынок
• Поддержание производства вне зависимости от сезона и погоды
• Предотвращение возможных опасностей, связанных с изменением климата

Это, в сочетании со значительной экономией воды и ресурсов, станет ключевым фактором успеха в удовлетворении растущего спроса на продовольствие и успеха агропродовольственной отрасли.

Однако расширение масштабов вертикального земледелия может вызвать трудности, в основном из-за высокого энергопотребления , которое требует этот метод, что неизбежно влияет на его углеродный след. Вертикальные фермеры готовы использовать возобновляемые источники энергии для обеспечения своей деятельности, но отрасли еще предстоит пройти долгий путь.

Большинство вертикальных ферм потерпели неудачу, поскольку высокая стоимость роботизированного оборудования и искусственного освещения уступила место более простой технологии грязи, теплиц и солнца. Но сейчас эта концепция привлекает всплеск корпоративных инвестиций, о чем свидетельствуют такие компании, как Spread или Plenty, американский стартап, поддержанный 200 миллионами долларов от инвесторов, включая Масайоши Сона из SoftBank и Джеффа Безоса из Amazon. По данным MarketsandMarkets, этот сегмент агропродовольственного рынка растет со среднегодовым темпом роста 24,8%, и ожидается, что в 2022 году он достигнет 5,8 млрд долларов.

Гидропоника и аэропоника - две основные технологии, применяемые в этой области. Реализация одного из двух предполагает значительную экономию ресурсов и хороший баланс между использованием воды и необходимыми удобрениями/питательными веществами.

Устройства климат-контроля станут самым быстрорастущим сегментом оборудования на этом рынке, сыграв решающую роль в повышении урожайности. Чтобы обеспечить защищенную среду для роста, необходимо тщательно контролировать несколько факторов, влияющих на климат.

Ожидается, что к 2022 году рынок вертикального земледелия в Азиатско-Тихоокеанском регионе будет иметь наибольшую долю по сравнению с другими регионами.

Рынок вертикального земледелия по регионам (млн долларов)

В Японии, Сингапуре, Тайване и других таких технологически развитых странах есть множество ферм, которые уже являются движущей силой рынка в регионе. Инвестиции значительно выросли с 60 миллионов долларов в 2015 и 2016 годах до 414 миллионов долларов в 2017 и 2018 годах.

CapEx высок для этих фирм. Для запуска небольшого низкотехнологичного вертикального фермерского бизнеса может потребоваться около 280 000 долларов, а для завода второго поколения — до 15 миллионов долларов. Самые инновационные заводы включают в себя управление данными, автоматизацию управления заводом, автоматизацию сбора урожая и автоматизацию послеуборочной обработки. В среднем такой завод дает в 55 раз больше продукции на единицу продукции, чем традиционные фермы. Кроме того, инновации должны снизить эксплуатационные расходы: например, повысить эффективность светодиодных ламп, используемых в этой технике.

Основными игроками на этом рынке являются AeroFarms, американская фирма, которая занимается бизнесом уже 15 лет и привлекла 238 миллионов долларов, и Plenty (США), которая привлекла 226 миллионов долларов.

Что касается европейской среды, Infarm (Германия) — это берлинская компания, которая уже привлекла около 122 миллионов долларов США, Agricool (Франция) привлекла 36 миллионов долларов США, и ее основное внимание уделяется производству клубники, Agrilution (Германия) привлекла 4,6 миллиона долларов США и Sfera Agricola (Италия) привлекла 7,5 млн долларов, а выручка составила 4,23 млн долларов.

Увеличение использования альтернативных белков

Исследователи и стартапы прилагают усилия к альтернативным белкам, поскольку кормить растущее население мясом домашнего скота, скорее всего, станет довольно сложно из-за постоянного роста спроса на мясо.

В результате 46% всей сельскохозяйственной продукции в настоящее время используется только для кормления скота. Решения по повышению эффективности традиционного производства мяса почти исчерпаны, и их применение не решит глобальные сельскохозяйственные и продовольственные проблемы.

Таким образом, появляются новые мясные продукты и игроки рынка. Вместо увеличения традиционного производства мяса несколько компаний сосредоточились на изобретении новых продуктов для замены традиционного мяса . Одними из наиболее многообещающих областей являются мясо из насекомых, новые веганские заменители мяса и культивированное мясо .

Мясо насекомых производится из белка, получаемого в основном из сверчков и мучных червей. У этой тенденции есть некоторые преимущества, такие как превосходное преобразование энергии и белка по сравнению с традиционным мясом. Корма из насекомых имеют больший потенциал для кормления скота, чем людей, из-за их вкусовых и текстурных отличий от традиционного мяса, а также из-за негативного отношения потребителей к насекомым как к пище в подавляющем большинстве западных стран.

Прогноз мирового рынка мяса

Двумя наиболее интересными тенденциями могут быть новые веганские заменители мяса и культивированное мясо. Первый не требует ингредиентов животного происхождения, и его органолептический профиль намного ближе к мясу, чем традиционный веганский/вегетарианский заменитель. Основной причиной этого является сложный производственный процесс, в котором используются гемоглобин и связующие вещества, извлеченные путем ферментации из растений. Стартапы в этой сфере (например, Impossible Foods , JUST , Beyond Meat ) собрали более $900 млн финансирования до 2018 года, а продукты уже доступны как в супермаркетах, так и в ресторанах.

Культивированное мясо представляет собой альтернативу мясу, которое создается за счет экспоненциального роста клеток в биореакторах. Выращивание мяса представляет наибольшую возможность, даже если оно находится в плохом состоянии из-за значительных затрат, связанных с ним.

Процесс начинается, когда клетка извлекается из живого животного и выращивается в лаборатории для постоянного создания культуры (называемой клеточной линией). Клетки могут поступать из различных источников: биопсий живых животных, кусочков свежего мяса или банков клеток. Клеточные линии могут быть основаны либо на первичных клетках, либо на стволовых клетках . После выбора хорошей клеточной линии образец вводится в биореактор, где клетки экспоненциально размножаются и могут быть собраны. В результате получается мясо, почти неотличимое от мяса животных. Коммерческие продукты еще не проданы , даже если этот метод может разрушить многомиллиардную мировую мясную промышленность.

Наиболее потенциально разрушительными тенденциями могут быть новые веганские и культивированные виды мяса, которые достигнут, соответственно, 25% и 35% мировой рыночной стоимости в 2040 году благодаря их высокому коммерческому потенциалу, мотивированному их большим сходством с настоящим мясом. Это делает их привлекательными для венчурного капитала. В частности, в долгосрочной перспективе выиграет культивированное мясо, но новые веганские заменители мяса будут необходимы на переходном этапе.

Самые передовые предприятия по производству веганских заменителей мяса находятся в США. Beyond Meat и Impossible Foods являются одними из самых известных и уже собрали несколько сотен миллионов долларов.

Impossible Foods привлекла 300 миллионов долларов в серии E в 2019 году, в результате чего общая стоимость акционерного капитала составила 700 миллионов долларов. Среди инвесторов такие известные имена, как Билл Гейтс, GV (ранее Google Ventures), UBS и Sailing Capital. Beyond Meat уже стала публичной.

Источник: Crunchbase.com.

Эти компании ближе всех подходят к коммерциализации своей продукции. Ожидается , что к 2024 году рынок альтернативных продуктов питания и напитков на растительной основе достигнет 80,43 млрд долларов США, увеличившись в среднем на 13,82% в течение прогнозируемого периода с 2019 по 2024 год.

Крупнейшие предприятия по выращиванию мяса находятся в США. Memphis Meats, расположенная в Сан-Франциско, привлекла 161 миллион долларов на строительство экспериментального мясного завода на основе клеток. Этот инвестиционный раунд увеличивает общий объем средств калифорнийской мясной компании более чем в восемь раз. В число инвесторов входят Tyson Food, Ричард Брэнсон и Билл Гейтс.

Согласно двум отчетам, опубликованным The Good Food Institute в 2019 году, инвесторы вложили более 16 миллиардов долларов в американские компании по производству мяса на растительной и клеточной основе за последние 10 лет — 13 миллиардов долларов только в 2017 и 2018 годах.

Точное земледелие становится мейнстримом

За последние два десятилетия точное земледелие успешно превратилось из темы академических исследований в весьма полезную практику в области сельского хозяйства. К концу 2030 года точное земледелие станет одной из самых влиятельных тенденций в сельском хозяйстве.

Рынок точного земледелия — темпы роста по регионам (2021–2024 гг.)

Точное земледелие — это концепция управления сельским хозяйством, основанная на наблюдении, измерении и реагировании на изменчивость культур между полями и внутри поля с целью определения системы поддержки принятия решений (DSS) для оптимизации отдачи от вложений при сохранении ресурсов.

По данным AgFunder, инвестиции в точное земледелие достигли 661 млн долларов США в рамках 96 сделок в 2015 году, увеличившись на 140% по сравнению с 2014 годом. Однако в 2016 году в сфере точного земледелия произошло снижение на 405 миллионов долларов, в основном из-за снижения расходов на дроны. Можно выделить три основных направления точного земледелия, которые будут определять будущее этого сектора: изображения и датчики , робототехника и автоматизация , цифровизация и большие данные .

Изображения и датчики касаются практики мониторинга производительности поля, мониторинга почвы и полевого компьютера или работы в режиме реального времени за счет использования спутников, снимков с дронов и датчиков состояния посевов с целью создания системы, которая помогает контролировать и автоматизировать входные данные.

Робототехника и автоматизация относятся к таким технологиям, как машинное зрение, воздушное зондирование и искусственный интеллект.

Цифровизация и большие данные используют карты полей, дополненную реальность и платформы открытых данных для достижения передовой аналитики и интеллектуального проектирования машин для услуг бизнес-аналитики.

Ожидается, что рынок будет расти со среднегодовым темпом роста 12,8% и к 2021 году достигнет 5,5 млрд долларов. В настоящее время на рынке доминирует регион EMEA (41%), за ним следуют Азиатско-Тихоокеанский регион (32%) и Америка (27%). Bayer создала команду из более чем 400 профессионалов и инвестировала 1,25 миллиарда долларов в развитие цифровых предложений для фермеров.

Точное земледелие является переполненной областью из-за его высокого потенциала. Накормить мир и получить при этом прибыль очень мотивирует множество разных игроков. Такие компании, как John Deere, CNH, Kubota, Bosch, Trimble и Topcon, также сосредоточены на этой области, а также большое количество стартапов, в том числе:

Сельскохозяйственная биотехнология меняет сельскохозяйственный бизнес

Еще одна быстрорастущая ниша, в которой используется соответствующее количество технологических инноваций, касается сельскохозяйственной биотехнологии, которая включает в себя все биологические или химические инструменты и процессы, используемые на ферме, а также в пост-фермерских процессах. Эта категория включает в себя различные виды технологий и науки, включая генетику , селекцию , исследования микробиома , синтетическую химию и здоровье животных .

Генетика включает в себя процессы, которые позволяют передавать полезные характеристики от одного растения к другому путем прямого манипулирования генетическим материалом организма.

Селекция – это наука об изменении признаков растений для получения желаемых характеристик.

Исследования микробиома состоят из получения ценной информации о биологии микробных сообществ и их влиянии на окружающую среду и их хозяев.

Синтетическая химия — это новая область исследований, направленная на создание новых биологических частей, устройств и систем или на перепроектирование систем, которые уже существуют в природе.

Здоровье животных включает технологии, которые улучшают качество кормов для животных, продуктивность животных и/или здоровье животных, а также технологии, которые создают новые корма для животных, которые служат в качестве основного или вторичного источника пищи.

Ожидается, что к 2024 году мировой рынок сельскохозяйственных биотехнологий составит 33,8 миллиарда долларов, а среднегодовой темп роста составит 10,9% (2019–2024 годы). Северная Америка является крупнейшим рынком сельскохозяйственных биотехнологий из-за самого высокого уровня признания ГМО.

Рынок генной инженерии является быстрорастущим и может оказать положительное влияние на окружающую среду: для выращивания ГМО-культур требуется меньше химикатов, земли и оборудования, что помогает уменьшить загрязнение окружающей среды и выбросы парниковых газов. Кроме того, основное внимание в этой науке уделяется созданию новых семян и растений, способных противостоять гербицидам, насекомым и вирусам во время роста, устойчивых к стрессам окружающей среды (например, засухе, наводнениям) и обладающих дополнительными питательными свойствами и улучшенным вкусом.

Есть и недостатки генной инженерии. Как правило, патогены способны адаптироваться к новым генетическим профилям, поэтому могут возникнуть неожиданные негативные побочные эффекты (например, засухоустойчивые растения могут быть менее устойчивы к прямому солнечному свету).

Кроме того, использование авторского права и патентов для защиты прав интеллектуальной собственности (ПИС) является основным преимуществом в этой области, характеризующимся низкой стоимостью имитации.

Вот некоторые из стартапов и малых и средних предприятий, активно работающих в сфере сельскохозяйственных биотехнологий:

Дополнительные интересные тренды на будущее

Исторически сложилось так, что сельское хозяйство претерпело серию революций, которые подняли эффективность, урожайность и прибыльность до невообразимого ранее уровня. Рыночные прогнозы на следующее десятилетие предполагают цифровую революцию , которая, вероятно, повлияет на все аспекты сельскохозяйственной пищевой цепочки.

С точки зрения климата растет потребность в том, чтобы выяснить, как производить как можно больше продуктов питания с тем же количеством пахотных земель (если не меньше). Однако, как обсуждалось ранее, изменение климата — не единственный фактор, угрожающий продовольственному бизнесу в ближайшие несколько лет; также будет расти спрос на технологические решения, применяемые в сельском хозяйстве .

Ранее мы обсуждали будущую важность культивируемого мяса, CRISPR и редактирования генома, точного земледелия и вертикального земледелия. Но это не единственные доступные технологии, изучаемые исследователями. В настоящее время изучается широкий спектр решений для решения проблем, связанных как с изменением климата, так и с ростом спроса на продовольствие. Вот некоторые примеры:

• Использование соединений, которые не позволяют удобрениям превращать почвенные микробы в закись азота , сильнодействующий парниковый газ.
• Выведение сортов сельскохозяйственных культур, поглощающих больше азота .
• Сокращение углеродного следа скота за счет другого кормления, например, с использованием водорослей.
• Принятие земледелия в пустыне и земледелия на морской воде . Из-за растущей нехватки ресурсов мир должен превратить пустыню и море в предприятия по производству продуктов питания.
• Применение 3D-печати в производстве продуктов питания . Эксперты считают, что принтеры, использующие гидроколлоиды, можно использовать для замены основных ингредиентов пищевых продуктов возобновляемыми источниками энергии, такими как водоросли, ряска и трава. Сейчас некоторые ученые экспериментируют с водорослями в качестве замены животному белку.

К сожалению, многие из этих агропродовольственных технологий еще не получили инвестиций, необходимых для их эффективного внедрения; тем не менее, эта область очень быстро повышает осведомленность , и, следовательно, инвестиции растут.

Прочтите часть I этой серии: Кормление будущего: обзор агропродовольственной отрасли.