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How hydroponics and architecture contribute to sustainability
Hydroponic crops are a tool for architecture in the creation of sustainable cities and housing. These systems do not require pesticides, demand less water and space, and can be installed anywhere. ABIBOO Studio integrates this way of producing food in its most recent work. For example, the Nüwa project for a city on Mars and the DBX bunker integrate such gardens to subsist in extreme environments.
In hydroponic systems, plant roots receive a nutrient solution dissolved in water. As a result, the plants obtain the chemical elements necessary for their development without using soil. They also save space because they can be stacked in vertical gardens.
Recently, movement restrictions during the Covid pandemic raised the alarm about supply systems and spotlighted this trend in food production. That is the hydroponic cultivation in controlled environments with a high technological component growing exponentially, especially in the United States, where it brings together investors and start-ups. China, Japan, and other parts of Asia are also beginning to show signs of significant expansion.
Indoor farms
The agronomy sector is already starting to talk about “indoor farms” and “open-air farming”. The former uses technology, algorithms, data analysis, and artificial intelligence. The latter are traditional open-air farms.
With these systems, agricultural activity is no longer relegated to the countryside and city belts. Indoor farms open up a range of possibilities for local production because they help reduce travel and establish short distribution circuits. As proposed in Paris or Melbourne, models such as the 15-minute city and the 30-minute territory would have a line of support here. These proposals, which promote urban reconfiguration, make proximity the key to improving the quality of life.
Hydroponic vertical farms can be a driving force to reactivate areas in the city that have changed their use and are abandoned. From here, new urban designs can be proposed.
They can also work as centers of community activities in old warehouses in neighborhoods. In London, hydroponic crops are grown in former bomb shelters. In Tokyo, the Pasona company renovated its nine-story building into a giant urban vegetable garden that coexists with its workers’ offices.
Private homes or housing complexes can house hydroponic farms in the same way that buildings. Designing spaces for these activities in mind is to bet on a more committed architecture to the environment.
Hydroponics and climate change
Deforestation is a significant cause of climate change. The destruction of forest areas favors the increase of carbon dioxide (CO₂.) in the atmosphere because there are fewer trees to absorb it. But it also causes soil wear, contributing to erosion and desertification.
For example, in Latin America alone, commercial agriculture has been the cause of 70 percent of deforestation between 2000 and 2010, according to a report by the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) on “The State of the World’s Forests.”
Nowadays, for agricultural purposes (both for direct human consumption and livestock), over 6,000 m2 per person are used on Earth. That number would substantially reduce with hydroponic systems, and the soil wouldn’t impoverish. For example, the Nüwa project for a sustainable city on Mars calculates that only about 120 square meters per person would be needed using only this type of cultivation.
Hydroponic crops are also an exciting alternative to reverse the ravages of climate change on food production. According to the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), land suitable for planting and water will become increasingly scarce and of lower quality. As a consequence, crop yields will be lower. It also warns of increased plant pests and diseases that will threaten food security in affected areas.
Currently, a vegetable that grows on farmland travels thousands of kilometers before it reaches homes. These so-called “kilometer foods” and their journey causes enormous environmental damage through CO₂ emissions. On the other hand, the products and processes applied to fruits and vegetables to keep them fresh diminishes their nutrients by up to 50 percent or more.
More productive crops
Hydroponic farms in controlled environments are 100 times more productive than traditional farms and use 95 percent less water. In addition, their production is not limited to the seasons, and the cultivators can predict the crop accurately. The key is technology. These installations have air handling units that capture transpired water, allowing them to recirculate 99 percent of the water back into the system.
They also use LED bulbs designed in a grid format that maximizes the amount of energy absorbed by the plants. As a result, transportation costs are minimal, and harvesting is automatic. Vegetable growth cycles are also accelerated by being permanently exposed to light. As a result, yields are higher than traditional systems and even industrial agriculture.
But hydroponics also has drawbacks. Some experts question the enormous amounts of energy required for LED lighting. The opportunity regarding this topic is to source the power from green energy, such as solar or wind, and to continue improving the technology associated with the LED lighting.
Nevertheless, if planned holistically, hydroponic farming can be a highly sustainable solution to solve many of the planet’s challenges. This kind of agriculture will continue to grow and improve as technology advances. For example, lighting that requires less energy will appear, and artificial intelligence will help to reduce the high costs of these installations. At the same time, aspects of indoor and outdoor agriculture will be combined, and hydroponic will inevitably become an essential part of our food production system and our landscapes.
Cómo contribuyen los cultivos hidropónicos y la arquitectura a la sostenibilidad
Los cultivos hidropónicos se presentan como una herramienta de la arquitectura en la creación de ciudades y viviendas sostenibles. Estos sistemas no requieren pesticidas, demandan menos agua y espacio, y se pueden instalar en cualquier sitio. ABIBOO Studio integra esta forma de producir alimentos en sus trabajos más recientes. El proyecto Nüwa de una ciudad en Marte y el búnker DBX, ambos integran huertos de este tipo para subsistir en situaciones de ambientes extremos.
En los sistemas hidropónicos las plantas reciben una solución nutritiva disuelta en agua. Las raíces obtienen los elementos químicos necesarios para su desarrollo sin usar tierra. También ahorran espacio porque se pueden apilar en jardines verticales.
Recientemente, las restricciones al movimiento durante la pandemia del Covid hicieron saltar las alamas sobre los sistemas de abastecimiento y pusieron el foco sobre esta tendencia en la producción alimentaria. El cultivo hidropónico en ambientes controlados con un alto componente tecnológico crece exponencialmente. En especial en los Estados Unidos donde agrupa a inversores y start ups. También en China, Japón y otras partes de Asia empiezan a mostrar signos de gran expansión.
Granjas de interior
De hecho en el sector de la agronomía ya se empieza a hablar de “granjas de interior”, en contraposición a la “agricultura a cielo abierto”. Las primeras se sirven de tecnología, algoritmos, análisis de datos e inteligencia artificial. Las segundas, son las granjas tradicionales al aire libre.
Con estos sistemas, la actividad agraria no queda relegada al campo a los cinturones de las ciudades. Las granjas de interior abren un abanico de posibilidades a la producción local porque contribuyen a reducir los desplazamientos y a establecer circuitos cortos de distribución. Modelos como los de la ciudad de los 15 minutos y el territorio de los 30 minutos, que se plantean en París o Melbourne, tendrían aquí una línea de apoyo. Estas propuestas que promueven la reconfiguración urbana, hacen de la proximidad la clave para mejorar la calidad de vida.
Las granjas verticales hidropónicas pueden por ejemplo ser un motor de reactivación de áreas en la ciudad que hayan cambiado su uso y se encuentran abandonadas. A partir de aquí se plantean diseños urbanos más adaptados.
También pueden erigirse como uno de los centros de actividades comunitarias en viejos almacenes o talleres inutilizados en los barrios. En Londres se llevan a cabo cultivos hidropónicos en antiguos refugios anti bombardeos. En Tokio, la compañía Pasona reformó su edificación de nueve plantas en una gigante huerta urbana que convive con las oficinas de sus trabajadores.
De la misma manera que los edificios, las viviendas particulares o los conjuntos habitacionales pueden albergar granjas hidropónicas. Empezar a proyectar teniendo en cuenta espacios para estas actividades, es apostar por una arquitectura más comprometida con el medio ambiente.
Sistemas hidropónicos y cambio climático
La deforestación es una causa importante del cambio climático. La destrucción de zonas forestales favorece el incremento del dióxido de carbono (CO₂.) en la atmósfera porque hay menos árboles para absorberlo. Pero también provoca un desgaste en el suelo contribuyendo a la erosión y la desertificación.
Por ejemplo, sólo en América Latina, la agricultura comercial ha sido la causa del 70 por ciento de la deforestación entre los años 2000 y 2010, según un informe de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) sobre “El estado de los bosques del mundo”.Si en la actualidad se destina 6.000 metros cuadrados de áreas de cultivo por persona promedio, cuánto menos podría reducirse esa cifra con sistemas hidropónicos que no solamente no requieren la tala sino que además no empobrecen el suelo. El proyecto Nüwa para una ciudad sostenible en Marte, calcula que, usando solamente este tipo de cultivos, sería necesario solamente unos 120 metros cuadrados por persona.
Los cultivos hidropónicos son asimismo una alternativa interesante para revertir los estragos del cambio climático en la producción de comida. Según la FAO, la tierra apta para plantaciones, y el agua, serán recursos cada vez más escasos y de menor calidad. Como consecuencia, los rendimientos de los cultivos serán más bajos. Además, advierte sobre el aumento de las plagas y enfermedades en plantas que pondrán en riesgo la seguridad alimentaria en las zonas afectadas.
En la actualidad, un vegetal que crece en tierras de cultivo se desplaza miles de kilómetros antes de llegar a los hogares. Son los denominados “alimentos kilométricos” y su viaje provoca un gran daño ambiental por el aumento de emisiones de CO₂. Esto sin contar los productos y procesos que se aplican a frutas y verduras para mantenerlas frescas y que reducen sus nutrientes hasta el 50 por ciento o más.
Cultivos 100 veces más productivos
Las granjas hidropónicas en ambientes controlados, son 100 veces más productivas que las tradicionales y utilizan un 95 por ciento menos de agua. Su producción no se limita a las estaciones, y el cultivo se puede predecir con exactitud. La clave está en la tecnología. Estas instalaciones cuentan con unidades de tratamiento de aire que capturan el agua transpirada, lo que les permite recircular el 99 por ciento del agua de vuelta al sistema.
También utilizan bombillas LED diseñadas en un formato de rejilla que maximiza la cantidad de energía absorbida por las plantas. Los costes de transporte son mínimos y la cosecha es automática. Los ciclos de crecimiento de los vegetales también se aceleran al estar permanentemente expuestas a la luz. Por ello, los rendimientos son superiores al sistema tradicional e incluso la agricultura industrial.
Pero la hidroponia también plantea inconvenientes. Algunos expertos cuestionan las enormes cantidades de energía que requiere la iluminación LED. La oportunidad en este tema es obtener la energía de fuentes verdes, como la solar o la eólica, y seguir mejorando la tecnología asociada a la iluminación LED.
No obstante, si se planifica de forma integral, la agricultura hidropónica puede ser una solución altamente sostenible para resolver muchos de los retos del planeta. Esta vertiente en la agricultura seguirá creciendo y mejorando a medida que avance la tecnología. Aparecerá iluminación que requiera menos energía y la inteligencia artificial contribuirá a reducir los elevados costes de estas instalaciones. Paralelamente, se irán combinando aspectos de la agricultura indoor y outdoor, y pasará a formar parte de nuestro sistema de producción de alimentos, y nuestros paisajes.
