¿Qué son los sistemas agrícolas innovadores?

El sector agroalimentario compite codo a codo con la calefacción y la refrigeración como la industria global que más gases de efecto invernadero produce. La agricultura industrial también puede tener un impacto ambiental perjudicial, ya que el uso de productos químicos y fertilizantes contribuye a la degradación del suelo, la contaminación del agua potable y la escorrentía, dañando los ecosistemas locales. Como planeta, también nos enfrentamos al reto de aumentar la producción de alimentos a pesar de la disminución de la densidad de nutrientes en el suelo y el calentamiento global.

Mientras que algunos intentan reducir la explotación intensiva del suelo en la agricultura convencional o crear semillas y cultivos que prosperen en estas nuevas condiciones, otros trabajan para eliminar por completo la tierra y el suelo de la ecuación. Para aliviar estas presiones, las empresas emergentes e innovadoras buscan nuevas formas de producir alimentos e ingredientes con sistemas agrícolas novedosos, con la esperanza de hacerlo de manera más sostenible y utilizando menos recursos naturales.

Además, muchos sistemas agrícolas innovadores se centran en el cultivo de peces, insectos y algas, que tienen el potencial de mitigar la presión ambiental derivada de la creciente demanda mundial de proteínas, donde la ganadería bovina soporta la mayor parte de la carga. Estos sistemas también se han convertido en una solución atractiva para el público y los inversores precisamente porque podrían transformar radicalmente el paradigma de la agricultura tradicional. Sin embargo, como analizaremos en nuestro próximo informe sobre inversión en tecnología agroalimentaria, el entusiasmo del público y los medios de comunicación no siempre se traduce en una inversión equivalente.

Los sistemas agrícolas innovadores, como categoría de tecnología agroalimentaria, incluyen:

• Granjas de interior: cultivo de productos en invernaderos de alta tecnología y granjas verticales.
• Granjas de insectos: producción de alternativas proteicas para la alimentación animal y acuícola, así como para el consumo humano.
• Acuicultura: producción de mariscos y vegetales marinos, incluidas las algas.
• Nuevos ingredientes vivos, como microorganismos, para su uso en alimentos, así como en otras industrias y aplicaciones.
• Sistemas domésticos para el consumidor que utilizan la tecnología de cualquiera de las anteriores.

A continuación, analizamos con más detalle los componentes de nuestra categoría de startups de sistemas agrícolas innovadores, antes de la publicación del Informe de Inversión en Tecnología Agroalimentaria de mitad de año de AgFunder.

Agricultura en ambiente controlado (CEA) o agricultura de interior

El concepto de cultivar en interiores no es nuevo; los invernaderos existen desde hace siglos. Pero en los últimos años, los invernaderos y los espacios interiores más aislados, como almacenes y contenedores de transporte, están ganando terreno rápidamente como medio para cultivar alimentos más cerca de los consumidores, eliminar muchas de las incertidumbres de la agricultura al aire libre y reducir drásticamente los insumos necesarios para este último.

Para cultivar alimentos solo se necesitan unos pocos ingredientes clave: luz, agua y nutrientes. Al cultivar alimentos en un entorno controlado, los agricultores de interior buscan proporcionar a las plantas la cantidad perfecta de cada uno, reduciendo el desperdicio y maximizando la producción.

También pueden manipular las dosis de cada uno de estos ingredientes para influir en el sabor, el color y la textura. Los tomates, las fresas, los pimientos, las verduras de hoja verde, las hierbas aromáticas, las flores y el cannabis se cultivan frecuentemente en ambientes controlados. Los invernaderos, en particular, son una parte importante de la industria de los cultivos arbóreos, ya que la mayoría de los portainjertos se originan en un invernadero.

Según algunas estimaciones, existen más de 40 000 explotaciones agrícolas de interior solo en Estados Unidos, que producen alimentos por un valor de mercado anual superior a los 14 800 millones de dólares. Estas cifras no incluyen la industria del cannabis, que genera 6700 millones de dólares adicionales en ventas. Las distintas configuraciones de agricultura de ambiente controlado (CEA) incluyen invernaderos y granjas verticales de interior, y dentro de estas dos categorías, existe una gran variación en cuanto a estructuras y arquitectura de cultivo, sistemas de suministro de luz, agua y nutrientes, fuentes de luz, sustratos de cultivo, automatización, recopilación de datos y controles ambientales.

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Invernaderos

Los invernaderos son estructuras cubiertas de vidrio o plástico que permiten el paso de la luz solar, pero ofrecen distintos grados de control de la temperatura. Se han utilizado comercialmente para el cultivo de frutas y verduras durante décadas, pero hoy en día existen diversas aplicaciones de la tecnología de invernaderos que van más allá de su forma más simple de cultivar plantas en macetas con tierra bajo vidrio.

Los sistemas de cultivo hidropónico sin suelo —donde las plantas se cultivan en un medio acuoso en lugar de tierra— se utilizan en invernaderos desde hace más de una década por grandes productores como Village Farms y Backyard Farms. Hoy en día, la visión artificial, la inteligencia artificial, la automatización y las técnicas de agricultura de precisión están llegando a los invernaderos. Algunos invernaderos están completamente equipados con sensores que utilizan aprendizaje automático para detectar enfermedades, optimizar el uso del espacio e identificar anomalías tanto en el entorno como en las plantas individuales.

Algunas tecnologías de invernadero han avanzado mucho, con casos de invernaderos híbridos que combinan el cultivo de cannabis en interiores, como Supreme Pharmaceuticals, así como ubicaciones innovadoras —como Gotham Greens encima de Whole Foods en Brooklyn, Nueva York— y modelos de negocio novedosos. Los principales cultivos de invernadero en la actualidad incluyen lechugas, hortalizas de hoja verde y microvegetales, tomates, pimientos y cannabis.

Granjas verticales

Las granjas verticales de interior, que van desde el tamaño de un contenedor de transporte hasta el de un hangar de aviones, están creciendo en número de forma constante, aunque algunas ya han fracasado en un sector que requiere una gran inversión de capital.

La mayoría de las granjas verticales en funcionamiento hoy en día cultivan únicamente hortalizas de hoja verde y microvegetales debido a sus ciclos de cultivo cortos y altos rendimientos. Algunas, como la empresa japonesa Ichigo, cultivan fresas. Las granjas verticales utilizan luces LED para la fotosíntesis y algún tipo de hidroponía para el riego y la nutrición.

La ecuación, bastante sencilla, consiste en agua enriquecida con nutrientes, que circula en forma de niebla o a través de canales o depósitos alrededor de las raíces de las plantas. Estas raíces se plantan en diversos sustratos, desde hormigón centrifugado hasta cáscaras de coco o tela, que se sumergen en el agua o la niebla.

Cada uno de los elementos que intervienen en el cultivo de las plantas puede manipularse con precisión para influir en el resultado, como las longitudes de onda de la luz, el momento de aplicación, los tipos de nutrientes, etc. Esto puede ser especialmente eficaz si se dispone de sistemas sofisticados de recopilación y análisis de datos; muchas explotaciones agrícolas afirman que sus propias herramientas de software y hardware, desarrolladas internamente, son su principal factor diferenciador.

Las mayores granjas verticales por capital recaudado incluyen AeroFarms, Bowery Farming y Plenty, que están empezando a utilizar inteligencia artificial y aprendizaje automático para gestionar sus plantas y aumentar la producción. La robótica también se está abriendo paso poco a poco en la agricultura de interior, aunque actualmente solo se utiliza para cultivos que crecen en contenedores, como portainjertos de manzanos, cerezos y almendros. En estos casos, los robots se encargan de mover los contenedores en lugar de realizar tareas más complejas.

Pero los robots recolectores y clasificadores de fruta están en camino, con varias empresas emergentes del sector que están logrando avances y recaudando fondos. (¡Estén atentos a nuestro artículo en profundidad sobre robótica agrícola que publicaremos próximamente!)

Acuaponía

La acuaponía es una rama menor de la agricultura de interior donde los agricultores cultivan hortalizas integradas con piscifactorías, incluso sobre ellas, de manera que los desechos generados por los peces fertilicen las plantas. La tecnología es muy similar a la de una granja vertical, pero el control de la composición de los insumos y la disposición física difieren considerablemente de las operaciones que compran nutrientes para las plantas.

Las empresas de acuaponía, como Edenworks en Nueva York y Organic Nutrition en Florida, venden tanto verduras como pescado.

Acuicultura

La acuicultura es el cultivo de criaturas marinas y vegetales para el consumo humano y animal. Según datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) de 2010, la acuicultura representa la mitad de los productos del mar que consumen los seres humanos en la actualidad.

Esto incluye el cultivo de todo tipo de peces, así como ostras, vieiras, camarones, mejillones y otros moluscos. La mayor parte de la innovación en este ámbito se centra actualmente en la alimentación de los peces de cultivo, más que en la tecnología empleada en las propias granjas.

La alimentación de los peces representa un desafío crucial, ya que actualmente se utilizan 30 millones de toneladas de pescado silvestre al año para alimentar a los peces de piscifactoría, lo que equivale a un tercio de la captura mundial de pescado silvestre. Con la disminución de las poblaciones mundiales de peces silvestres y, según algunas fuentes, el colapso de algunas poblaciones de peces forrajeros, esta es una fuente de alimento insostenible para los peces de piscifactoría a largo plazo, incluso con las prácticas cada vez más sostenibles empleadas por la industria de la harina y el aceite de pescado.

Este problema, valorado en 100 mil millones de dólares, probablemente se resolverá, al menos en parte, con algunos de los otros tipos de sistemas agrícolas innovadores que se enumeran aquí, especialmente el cultivo de insectos. El cultivo de algas representa un sector poco desarrollado dentro de los sistemas agrícolas innovadores, pero tiene un gran potencial de mercado.

Se estima que el mercado de las algas alcanzará los 45 mil millones de dólares en 2023, y las algas, especialmente las macroalgas como las algas comestibles, se cultivan en la mayoría de los casos sin tecnología ni digitalización. Las macroalgas se pueden cultivar tanto en aguas abiertas como en tanques, mientras que la mayoría de las microalgas, que son unicelulares, deben cultivarse en un entorno controlado.

La empresa emergente EnerGaia, dedicada al cultivo de algas, está cultivando espirulina (microalgas) en azoteas de Bangkok, Tailandia.

Cultivo de microorganismos

El cultivo de microorganismos es otro campo emergente con diversas aplicaciones.

Ginkgo Bioworks, por ejemplo, modifica genéticamente microorganismos para empresas asociadas en los sectores de aromas, fragancias y alimentos. Estos microorganismos son principalmente levaduras o bacterias que pueden diseñarse para sustituir una alternativa natural; por ejemplo, el aceite de rosa resultaría caro para algunas empresas, dado que las rosas no son un cultivo comercial. Sin embargo, Ginkgo puede fabricar esa fragancia o sabor internamente mediante la edición del código genético del microorganismo, reprogramándolo para que cumpla con las necesidades de los clientes.

Estos diseños de ADN son propiedad exclusiva de Gingko, al igual que la robótica y demás tecnología que la empresa utiliza para cultivar los microbios, principalmente mediante un proceso de fermentación. Zymergen y Novozymes son otras empresas emergentes que cultivan microbios, en estos casos para la producción de insumos agrícolas.

Cría de insectos y lombrices

Los insectos y los gusanos se convertirán en una fuente de proteínas cada vez más importante tanto para los animales como para los humanos, ya que la demanda supera con creces la oferta.

La cría de insectos se promociona principalmente como una alternativa más sostenible a la proteína animal, sobre todo porque la calidad de la proteína que ofrecen los insectos es bastante alta. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), “los insectos tienen una alta tasa de conversión de alimentos; por ejemplo, los grillos necesitan seis veces menos alimento que el ganado vacuno, cuatro veces menos que las ovejas y la mitad que los cerdos y los pollos de engorde para producir la misma cantidad de proteína”. Además, los insectos requieren muy poca tierra o energía para su producción, y pueden producirse rápidamente y durante todo el año.

A diferencia de otros piensos de origen animal, como la soja, los insectos pueden servir como sustituto rico en proteínas de los peces silvestres mencionados anteriormente, que se utilizan a menudo como insumos en la acuicultura, lo que podría convertir la acuicultura en una solución sostenible a la sobrepesca.

La empresa holandesa Protix fabrica piensos para animales y peces, así como fertilizantes, a partir de la mosca soldado negra. En esta incipiente industria, también se cultivan grillos, moscas de la fruta, saltamontes y gusanos de la harina para su inclusión en productos de consumo.

Las granjas de saltamontes, como la israelí Hargol, se esfuerzan por aumentar su capacidad de producción, ya que la demanda de proteínas alternativas para animales y humanos sigue siendo mucho mayor que la oferta actual. Si bien mantienen en secreto sus diseños, muchos grupos dedicados a la cría de insectos afirman contar con operaciones de alta tecnología que utilizan robótica para crear fábricas automatizadas, como Ynsect en Francia.

Sistemas de cultivo para el consumidor

Existen alternativas domésticas para casi todos los sistemas de cultivo novedosos, tanto si se han popularizado como si no (sí, incluso para las granjas de insectos).

Para disfrutar de la experiencia "de la granja a la mesa" más rápida que existe, están disponibles sistemas hidropónicos de sobremesa como Plantui, sistemas acuapónicos con peceras decorativas cubiertas de productos agrícolas como Grove, e incluso mini torres de cultivo del tamaño de un frigorífico como Hydro Grow.