環境制御農業

環境制御農業（CEA）は、屋内農業（IA）と垂直農法を含む、食品生産に向けた技術ベースのアプローチです。CEAの目的は、作物の発育全体を通じて屋外の要素から保護し、最適な生育条件を維持することです。生産は、温室や植物工場などの密閉された栽培構造内で行われます。^[1]

植物は、根域に適切な量の水と栄養素を供給するため、また十分な毎日の光量を確保するために補助照明を供給するために、無土壌培地で栽培されることが多い。CEAは、水、エネルギー、スペース、資本、労働力などの資源の使用を最適化します。CEAの技術には、水耕栽培、空中栽培、養殖、アクアポニックスが含まれます。^[2]

制御環境農業では、さまざまな技術で食料を栽培することができます。現在、温室産業はCEA産業の最大の構成要素ですが、もう1つの急成長分野は垂直農業です。制御環境農業は、一年中作物を生産する能力があり、植物が受け取る炭素と栄養素の量を調整することで収穫量を増やすことができます。^[3]

都市農業を考慮すると、CEAは再利用された建物内、目的に合わせて建てられた建物内、または地下室や地下空間に存在することができます。^[4]起業家や家庭が新鮮な食品の需要の高まりに応えようとしているため、この傾向は代替食品ネットワークへとますます広がっています。^[5]

制御可能な変数:

環境：

• 温度（空気、養液、根域、葉）
• 相対湿度(%RH)
• 二酸化炭素（CO ₂）
• 光（強度、スペクトル、持続時間、間隔）

文化:

• 水質
• 栄養濃度（窒素、カリウム、リンなどのPPM）
• 栄養素のpH（酸性度）
• 栽培期間と密度
• 栽培品種
• 害虫駆除

CEA の施設は、完全に 100% 環境制御された密閉型閉ループ システムから、散水、照明、換気をコンピューター制御する自動温室まで多岐にわたります。畑で栽培された作物に施される温室やプラスチック フィルム、プラスチックで覆われたトンネルなどのローテク ソリューションは、環境改変農業と呼ばれます。

CEA法は文字通りあらゆる作物の栽培に使用できますが、現実的には作物は経済的に採算が取れていなければならず、これは現地の市場価格や資源コストによって大きく異なります。現在、トマト、葉物野菜、ハーブが最も経済的に採算が取れている作物です。^[6]

作物は、食用、医薬品、栄養補助食品として栽培できます。また、食用またはバイオ燃料用の藻類の栽培にも使用できます。

CEA 方式は、汚染源を除去することで食品の安全性を高め、外部環境条件の影響を受けず、季節性を排除して安定した市場価格を作り出すことで供給の安全性を高め、農家と消費者の両方にとって有益です。監視ソフトウェアと自動化を使用すると、必要な人的労働量を大幅に削減できます。

CEAは研究に使用され、他のすべての変数を同じままにして、生産の特定の側面を分離することができます。たとえば、光合成の調査中に、このようにして着色された温室ガラスの使用を透明ガラスと比較することができます。^[7]

2011 年 2 月のScience Illustrated誌の記事には、「商業農業において、CEA は効率を高め、害虫や病気を減らし、資源を節約することができます。… 従来の農場をコンピューターと LED ライトで再現するのは費用がかかりますが、同じ大きさの土地に比べて最大 20 倍の高品質で無農薬の農産物を生産できるため、長期的には費用対効果が高いことが証明されています。14,000 平方フィートの厳重に監視された植物は、太陽光発電工場で年間 1,500 万本の苗木を生産しています。このような工場は、中国の都市部で高まる高品質の果物や野菜の需要を満たすために必要となるでしょう。」と書かれています。^[8]

伝統的な畑作に対するCEAの利点: ^[9]

• 水効率^[10]
• 空間利用効率
• 輸送要件の削減
• 一年中安定した生産
• 悪天候からの保護
• 肥料の流出を減らす
• 快適な労働環境

2018 年の USDA ワークショップの結果によると、

都市部および都市近郊における屋内農業（IA）は、安定した地元産の新鮮な農産物の生産者および流通業者として機能する可能性を秘めています。これらの農場が戦略的に配置されていれば、地元での食料生産、加工、流通の可能性は、手頃な価格で新鮮な農産物に確実にアクセスできない都市部にとって特に大きな影響を与える可能性があります。このような農場は、新興セクターでの訓練、雇用、ビジネス開発の機会を創出することで、従来十分なサービスを受けられなかったコミュニティに広範囲にわたる影響を与える可能性もあります。^[11]

2021年半ばの時点で、世界中で1655万平方フィート（380エーカー/ 154ヘクタール）の屋内農場が運営されていると報告されています。屋内農業の現状に関する年次報告書によると、2022年までに2200万平方フィート（505エーカー/ 204ヘクタール）に拡大すると予想されています。^[12]（比較すると、米国農務省は2012年に米国だけで9億1500万エーカー（3800万ヘクタール）の農地があると報告しました。）[ 13 ^]

2018年現在、米国には推定40の屋内垂直農場があり、そのうちのいくつかは商業的に販売される農産物を生産していますが、他の農場はまだ消費者に販売されていません。^[14]別の情報源によると、2018年には100以上の新興企業が誕生すると推定されています。 ^[15]アジアでは、屋内農業の導入は消費者の品質に対する需要によって推進されてきました。^[16] Recirculating Farms Coalitionは、米国の水耕栽培農家の業界団体です。^[17]

2020年に米国で実施された屋内農業に関する調査^[18]では、屋内生産は次のような結果となった。

• 26%葉物野菜、
• ハーブ20%
• 16%マイクログリーン
• トマト10%
• 28% その他

2011年に設立されたエアロファームズは、2017年に4000万ドルを調達し、2015年にニュージャージー州ニューアークに世界最大の屋内農場を開設したと報じられている。 ^[19] 2018年までに10番目の屋内農場を建設した。^[19] 2023年6月現在、エアロファームズは「業界と資本市場の大きな逆風」を理由に連邦破産法第11章の適用を申請した。^[20]

屋内農業の経済性は高く、資本投資とエネルギー運用コスト^[11]（特に電気代）が高く、その結果、いくつかの新興企業が閉鎖に追い込まれました。^[21] 2018年の米国の調査では、屋内農業事業の利益率はわずか51％でした。^{[22] CEAのエネルギーコストの制限を克服する1つの方法は、低コストの}農業用発電 と組み合わせることです。 ^{[23] [24]これは、カナダ食糧安全保障構造省[25]}が農業用トンネルを開発したときに行われました。これは、（1）垂直栽培専用の建物用の高R値断熱材、（2）高効率発光ダイオード照明、（3）ヒートポンプ、および（4）太陽光発電（PV）を使用して、25年間既知の電気コストを提供します。^[26]

2020年の米国の調査によると、一般的な屋内農業作物は、収穫量1ポンドあたり、投入資材（特に種子、栽培用培地、栄養素）に0.47ドル（葉物野菜）から1.38ドル（マイクログリーン）を費やしているが、トマトは1ポンドあたり0.06ドルの投入資材と報告されている。コンテナ農場の労働コストは1ポンドあたり2.35ドルと報告されている。しかし、同じ調査では、屋内農業は従来の畑での農業よりも1ポンドあたりの収益が高いと指摘されている。^[27]

アジア太平洋地域では、人口増加と人口を養うための農業用地の需要増加が相反しており、屋内農業は年平均成長率（CAGR）29％で成長し、2021年の7億7,000万米ドルから2026年には27億7,000万米ドルに成長すると予想されています。^[12]

LED照明の進歩は、経済的実現可能性を向上させるための最も重要な進歩の1つです。^{[14] [12]} CEAへの投資には高額な費用がかかるため、持続可能な慣行を革新するための研究開発を通じてのみ克服できる課題があります。これらの農場ネットワークの生産力は、インフラ価値への投資を正当化し、炭素排出量と戦う2030年のSDGに貢献します。^[5]

2017年、米国国立有機基準委員会は、水耕栽培された農産物に有機認証ラベルを貼ることを許可する投票を行った。^[17]

• 建物一体型農業
• アリゾナ大学環境制御農業センター (CEAC)
• 垂直農法

• 都市農業ツールキット、米国農務省
• 「温室自動化と制御環境農業の進歩：植物工場と都市農業への移行」、2018 年 1 月、Int J Agric & Biol Eng、第 11 巻第 1 号、USDA.gov からコピー
• 「屋内農業が急速に加速」、2015年5月21日、Vegetable Growers News、 2022年1月9日閲覧（詳細データ）。