Електроземлеробство може стати двигуном сільського господарства

Науково-технічний прогрес сягнув таких висот, що здатен замінити сонце та потребу у фотосинтезі. Електроземлеробство вже серйозно розглядають як рушійну силу в рослинництві. Відповідний спектр інноваційних технологій привертає увагу завдяки своєму потенціалу для сталого розвитку й адаптації до кліматичних змін

Це звучить досить незвично для нашого вуха, але електричне рослинництво опинилося на вістрі аграрного прогресу. Електроземлеробство (electroculture) — це інноваційний напрям у сільському господарстві, який застосовує електричні або електромагнітні поля, струми чи інші форми енергії для стимуляції росту рослин, підвищення врожайності. А також зменшення залежності від традиційних ресурсів, таких як сонячне світло чи хімічні добрива.

Головні аспекти електроземлеробства

Електромагнітні поля. Дослідження, проведені, зокрема, в США та Європі, показують, що слабкі електромагнітні поля можуть пришвидшувати проростання насіння, ріст коренів і фотосинтез. Наприклад, експерименти в Університеті Каліфорнії (2023) продемонстрували, що електромагнітна стимуляція може збільшити врожайність томатів на 20–30%.

Електростимуляція коренів. Застосування низьковольтних струмів до кореневої системи покращує поглинання поживних речовин. У Нідерландах стартап Volt4Crops тогоріч отримав фінансування для створення портативних пристроїв, які генерують електричні поля для стимуляції росту рослин. Вони вже тестуються на полях малих і середніх господарств.

Рисова стимуляція. Дослідники з Китайської академії сільськогосподарських наук тестують електромагнітні поля для підвищення врожайності рису. Попередні результати показують збільшення врожаю на 15% без додаткових добрив.

Енергоефективні системи зрошення. Електроліз води використовують для створення «електрифікованої води», яка, за даними досліджень у Японії, може підвищувати стійкість рослин до хвороб і шкідників. Цю технологію застосовують у гідропонних системах, де електрично заряджену воду використовують для зрошення.

Мінімізація ресурсів. Електроземлеробство зменшує залежність від хімічних добрив і пестицидів, що відповідає глобальному попиту на екологічно чисте сільське господарство. Наприклад, у Великій Британії проводять експерименти з електростимуляцією для зменшення використання азотних добрив на 30%.

Інтеграція з відновлюваною енергією. Системи електроземлеробства успішно комбінують із сонячними панелями чи іншими джерелами зеленої енергії, що робить їх економічно вигідними. В Австралії ферми тестують сонячні електрогенератори для живлення систем електростимуляції.

Застосування в закритих фермах. У США та Сінгапурі електроземлеробство інтегрують у вертикальні ферми, де контрольовані електричні поля замінюють традиційні методи освітлення, знижуючи витрати енергії.

Електроземлеробство без сонячного світла

Іскри харчової революції. Проте всі наведені вище аспекти електроземлеробства дещо тьмяніють на тлі технології, що вже називають кроком до парадигмального зсуву в харчовій промисловості. Одним із найцікавіших проривів у сфері біотехнологій та сільського господарства є розроблення вчених Університету Каліфорнії в Ріверсайді (UC Riverside, США) у співпраці з Університетом Делавера (University of Delaware). Вона дозволяє рослинам й іншим харчовим організмам рости без природного фотосинтезу, використовуючи штучний процес, що базується на електрокаталізі.

Електролізна заміна фотосинтезу. Традиційний фотосинтез у рослинах залежить від сонячного світла, де завдяки хлорофілу CO₂ воду та енергію світла перетворюють на глюкозу та кисень. Нова технологія обходить цей біологічний процес, замінюючи його штучним, який використовує електрику для створення головних поживних речовин.

Основний елемент — електролізер. Це пристрій, що перетворює вуглекислий газ (CO₂) на ацетат (основний компонент оцту). Електричний струм надходить від сонячних панелей, роблячи систему гібридною: органічною (для зростання організмів) та неорганічною (для електролізу). Це дозволяє перетворювати сонячну енергію безпосередньо на їжу без втручання біологічного фотосинтезу.

Ацетатне живлення. Ацетат служить джерелом вуглецю та енергії для харчових організмів, які ростуть у повній темряві. Організми засвоюють ацетат і перетворюють його на основні молекулярні будівельні блоки (наприклад, білки, вуглеводи).

Учені тестували зелені водорості, дріжджі, грибний міцелій (для виробництва грибів), а також культурні рослини — квасоля (cowpea), томати, тютюн, рис, канолу та зелений горох.

Зазначається, що цей підхід не вимагає сонячного світла для самого зростання, але використовує його опосередковано через електрику від панелей, що робить процес ефективнішим, ніж природний фотосинтез.

Відповідно до наведених даних, такий підхід у 4 рази ефективніший для виробництва водоростей, ніж традиційний фотосинтез, і у 18 разів ефективніший для дріжджів проти вирощування на цукрі з кукурудзи.

Загалом більшість тестованих рослин успішно інтегрували ацетат у свої структури. Дослідники зазначають, що з подальшою селекцією та генетичною інженерією рослини зможуть використовувати ацетат як додаткове джерело енергії, підвищуючи врожайність.

Для космосу і землі. Одна з дослідниць, Елізабет Ганн (Elizabeth Hann), заявила: «Ми виростили харчові організми без жодного внеску від біологічного фотосинтезу. Ця технологія ефективніша для перетворення сонячної енергії на їжу». Технологія вже визнана NASA в рамках Deep Space Food Challenge як переможець першої фази, що підкреслює її потенціал для космічних місій. А там вже можна думати і про вирощування помідорів на Марсі.

А у своєму приземленому варіанті цю технологію вже розглядають як потенційно важливий крок для продовольчої безпеки. Адже вона дозволяє вирощувати їжу в закритих приміщеннях, в урбанізованому середовищі, роблячи виробництво їжі стійкішим і незалежним від природних умов. Також це зменшує потребу в ґрунті, знижуючи екологічне навантаження. Зазначається також економія води до 95%, порівнюючи з традиційним гідропонним або ґрунтовим землеробством і мінімізації потреби в пестицидах.

Перспективи та виклики. Електроземлеробство — перспективний, радикально новий підхід, який може суттєво змінити планування та розвиток сільського господарства. Вважається, що в найближчі 5–10 років електроземлеробство може стати головним елементом сталого сільського господарства, особливо в поєднанні з відновлюваною енергією та біотехнологіями.

Однак про значне поширення цього напряму говорити зарано. Насамперед його розвиток стримує висока початкова вартість обладнання. Висока вартість інфраструктури й експлуатації — будівництво і утримання повністю контрольованих систем, сонячні панелі чи електролізери тощо — робить справу занадто дорогою для основних культур. Крім того, існує потреба в додаткових дослідженнях і розробках для масштабування технології.

Іван Кандул