Quantitative review of environmental life cycle assessments of vertical farms – aligning reported impacts, and energy outlook for 2050
تقدم هذه الدراسة أول مراجعة كمية لتقييمات دورة الحياة البيئية للمزارع الرأسية المنتجة للخس، كاشفةً أن التباينات الواسعة في التأثيرات المسجلة تنبع من عدم اتساق في إعداد التقارير والحدود النظامية، بينما تثبت أن توحيد هذه التقييمات والانتقال إلى شبكات كهرباء خالية من الكربون بحلول عام 2050 يمكن أن يقلل من الآثار البيئية بنسبة تتراوح بين 30 و70%.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في السعي لإطعام سكان متزايدين مع حماية الكوكب، ظهر نوع جديد من الزراعة من ظلال المستودعات وحاويات الشحن. هذه هي المزارع الرأسية، وهي مرافق داخلية تنمو فيها محاصيل مثل الخس في طبقات مكدسة تحت أضواء كهربائية، بعيداً عن الشمس والتربة الموجودة في الحقول التقليدية. إن الوعد الذي تقدمه مقنع: يمكن لهذه الأنظمة إنتاج الغذاء على مدار العام، واستخدام كميات أقل بكثير من المياه مقارنة بالحقول المفتوحة، وجلب المنتجات الطازجة مباشرة إلى مراكز المدن. ومع ذلك، فإن الآلات المطلوبة لإبقاء هذه النباتات على قيد الحياة — الأضواء، والمراوح، والتحكم في المناخ — تعمل بالكامل تقريباً على الكهرباء. وهذا يخلق توتراً مركزياً في الجدل الدائر حول استدامتها: فبينما توفر المياه والأراضي، هل تستهلك الكثير من الطاقة لدرجة أن بصمتها الكربونية تفوق الفوائد؟ وللإجابة على هذا، يعتمد العلماء على طريقة تسمى تقييم دورة الحياة، وهي أداة محاسبة شاملة تتبع كل أثر بيئي للمنتج، بدءاً من تعدين المواد الخام لبناء المزرعة وصولاً إلى التخلص من النفايات بعد أكل الطعام. وبدون طريقة معيارية لمقارنة هذه الأنظمة المعقدة، ظل الجمهور وصناع السياسات أمام مزيج مربك من الادعاءات، بعضها يروج لانبعاثات تقترب من الصفر والبعض الآخر يحذر من تكاليف طاقة هائلة.
لقد شرع فريق من الباحثين في قطع هذا الارتباك من خلال جمع وإعادة فحص إحدى عشرة دراسة قائمة حول المزارع الرأسية التي تزرع الخس. وبدلاً من قبول نتائج هذه الدراسات كحقائق مسلم بها، عمل الفريق كمدققين، حيث أخذوا البيانات الخام من كل منشأة وأعادوا حساب التأثيرات البيئية باستخدام مجموعة واحدة متسقة من القواعد. لقد قاموا بتوحيد كيفية قياسهم لحجم المزارع، وكمية المياه المستخدمة، والأهم من ذلك، مصدر الكهرباء التي تشغل الأضواء والمراوح. ومن خلال القيام بذلك، تمكنوا من رؤية كيف ستؤدي نفس المزرعة إذا كانت تعمل بالشبكة الكهربائية الحالية في هولندا، أو إذا كانت تعمل بشبكة مستقبلية في عام 2050 تعتمد بشكل كبير على طاقة الرياح والطاقة الشمسية. سمح هذا النهج لهم بفصل أداء تكنولوجيا الزراعة نفسها عن مزيج الطاقة المحدد للبلد الذي توجد فيه المزرعة.
وكشف التحقيق أن أداء هذه المزارع يختلف بشكل كبير اعتماداً على كيفية تشغيلها وأين بُنيت. أنتجت المزارع في الدراسة ما بين 7 و97 كيلوغراماً من الخس لكل متر مربع من مساحة الزراعة سنوياً، حيث تنتج المزرعة النموذجية حوالي 62 كيلوغراماً. ولإنتاج هذه الكمية، استخدمت المزارع ما بين 10 و39 كيلووات ساعة من الكهرباء لكل كيلوغرام من الخس، بمتوسط قدره 18 كيلووات ساعة. وكان استخدام المياه غير متسق أيضاً، حيث تراوح بين 1.4 إلى 52 لترًا لكل كيلوغرام، رغم أن المزرعة النموذجية استخدمت حوالي 15 لترًا. ووجد الباحثون أن هذه الاختلافات الواسعة لم تكن ناتجة فقط عن التكنولوجيا، بل أيضاً عن كيفية تقديم البيانات في الدراسات الأصلية. فقد فشلت بعض الدراسات في توضيح ما إذا كانت تقيس إجمالي مساحة أرضية المبنى أو مجرد المساحة المغطاة بالنباتات، بينما أغفلت دراسات أخرى تفاصيل حول مياه التنظيف أو العمر الافتراضي للمعدات. جعلت هذه الفجوات من الصعب مقارنة مزرعة بأخرى حتى قام الباحثون بتنسيق البيانات.
عندما أعاد الفريق حساب الانبعاثات الكربونية لجميع المزارع الإحدى عشرة باستخدام مصدر كهرباء واحد — الشبكة الهولندية لعام 2020 — أصبحت النتائج أكثر وضوحاً. تراوحت الانبعاثات من 4.8 إلى 16 كيلوغراماً من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوغرام من الخس، بمتوسط قدره 7.6 كيلوغرام. وسلط هذا الاكتشاف الضوء على أن اختيار مصدر الطاقة هو المحرك الأكبر لتأثير المزرعة الرأسية على البيئة. وعندما نظر الباحثون فيما سيحدث إذا تم تشغيل هذه المزارع بأنواع مختلفة من الكهرباء، كانت الاختلافات صارخة. فالمزارع التي تعمل بالفحم أنتجت أعلى انبعاثات، بينما أنتجت تلك التي تعمل بالطاقة النووية وطاقة الرياح أدنى انبعاثات. وفي الواقع، كان الفرق في الانبعاثات بين مزرعة تعمل بالفحم ومزرعة تعمل بالطاقة النووية كبيراً جداً لدرجة أنه قد يتجاوز عامل المائة في بعض المنشآت المحددة. وقد أكد هذا أن المزرعة الرأسية ليست بطبيعتها "جيدة" أو "سيئة" للمناخ؛ بل إن تأثيرها يعتمد كلياً على نظافة شبكة الكهرباء التي تتصل بها.
وبالنظر نحو المستقبل، وضع الباحثون نماذج لما سيحدث إذا حققت دول كبرى مثل الصين وهولندا والولايات المتحدة أهدافها الطموحة لإزالة الكربون من شبكات الكهرباء الخاصة بها بحلول عام 2050. كانت التوقعات متفائلة؛ فإذا تم تشغيل هذه المزارع بالشبكات الأكثر نظافة في عام 2050، يمكن أن تنخفض آثارها على تغير المناخ بنسبة تتراوح بين 30 و70 بالمائة مقارنة بمستويات عام 2020. كما سينخفض الطلب التراكمي على الطاقة واستخدام الأراضي بشكل كبير. ومع ذلك، كشفت الدراسة أيضاً عن مقايضة خفية؛ فمع تحول العالم بعيداً عن الوقود الأحفوري نحو الطاقة المتجددة، يزداد الطلب على المعادن والفلزات المطلوبة لبناء توربينات الرياح والألواح الشمسية والبطاريات بشكل كبير. قدر الباحثون أن هذا التحول سيؤدي إلى زيادة تزيد عن 200 بالمائة في استخدام المعادن والفلزات. ويشير هذا إلى أنه بينما يمكن أن تتحسن فوائد الهواء والمناخ للزراعة الرأسية بشكل هائل في عالم منزوع الكربون، فإن الضغط على موارد المعادن الأرضية سوف يشتد.
تخلص الدراسة إلى أن الزراعة الرأسية تمتلك إمكانات كبيرة، ولكن فقط إذا حسنت الصناعة طريقة تقديم بياناتها وإذا استمرت شبكات الطاقة التي تغذيها في التطهير من الكربون. وأكد الباحثون أنه لكي تكون هذه المزارع مستدامة حقاً، يجب أن تكون أكثر كفاءة. فقد استخدمت أفضل المزارع أداءً في مراجعتهم 10 كيلووات ساعة لكل كيلوغرام، لكن النماذج النظرية تشير إلى أنه مع تكنولوجيا وإدارة أفضل، يمكن أن ينخفض هذا الرقم في النهاية إلى 3.3 كيلووات ساعة فقط. وحتى ذلك الحين، يظل الحكم البيئي على الزراعة الرأسية مسألة مرتبطة بالسياق. فالمزرعة الرأسية في بلد ذي شبكة تعتمد على الفحم قد يكون لها بصمة كربونية أكبر من الصوبة الزجاجية التقليدية، ولكن المزرعة نفسها في بلد يعتمد على طاقة الرياح يمكن أن تكون حلاً للمناخ. ويتطلب المسار المستقبلي ليس فقط تكنولوجيا زراعية أفضل، بل أيضاً التزاماً عالمياً بكهرباء أنظف وتقارير أكثر شفافية من الشركات التي تبني هذه المزارع الداخلية.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.