垂直農法

複合用途の超高層ビルは、建築家ケン・ヤンによって提案され、建設されました。ヤンは、密閉された大量生産農業の代わりに、気候制御と消費のために、植物を屋外の複合用途超高層ビル内で栽培すべきだと提案しています。この垂直農法は、都市全体に食料を供給することを目指す卸売生産と流通ではなく、個人またはコミュニティの使用に基づいています。^{[ 11 ]}

生態学者のディクソン・デスポミエは、垂直農法は環境上の理由から正当であると主張している。彼は、高層ビル内で植物を栽培することは、自然景観で植物を生産するいくつかの方法よりも、投入エネルギーが少なく、汚染も少ないと主張している。デスポミエは、垂直農法に移行することで、農地が自然の状態（つまり森林）に戻り、気候変動の影響を逆転させるのに役立つと考えている。さらに彼は、自然景観は自然な農業生産には毒性が強すぎると主張している。垂直農法は、農業に伴う寄生リスクの一部を取り除くことになるだろう。^{[ 12 ]}

デスポミエの垂直農場の概念は、1999年にコロンビア大学で生まれた。これは、超高層ビルで商業目的で植物を大量栽培することを提唱している。^{[ 13 ]}

複数の企業が、都市部でリサイクルされた輸送コンテナを積み重ねて利用するシステムを開発している。これらの輸送コンテナは、標準化されたモジュール式の栽培環境チャンバーとして機能する。コンテナを積み重ねることで、単位面積当たりの農産物収量密度を高めることが可能になる。しかし、積み重ねられたコンテナは、いかに効率的かつ低コストで各段にアクセスするかという課題を抱えている。

Freight Farmsは 、12m×2.4m の輸送コンテナ内に垂直水耕栽培、LED照明、気候制御を備えた完全なシステムである「Greenery」を製造した。 ^{[ 14 ]} Podponicsは、100個以上の積み重ねられた「グロウポッド」で構成される垂直農場をアトランタに建設したが、2016年5月に破産したと報じられている。^{[ 15 ]}

2017年、TerraFarmsは、植物を監視するために人工ニューラルネットワークと統合されたコンピュータビジョンを含む40フィートの輸送コンテナのシステムを提供しました^{[ 16 ] 。植物は遠隔監視されました。TerraFarmシステムは「従来の屋外農業と同等のコストを達成した」 [ 17 ]}と主張され、各ユニットは「3～5エーカー（1～2ヘクタール）の農地」に相当する生産を行い、水の再利用と空調による蒸発水の回収により、97%少ない水を使用しました^{[ 18 ] 。 [ 19 ]}

廃坑での垂直農法は「深層農法」と呼ばれ、安定した地下温度と都市部近郊または都市部内の立地条件を利用するために提案されている。また、近隣の地下水を利用することで、農場への給水コストを削減できる。^{[ 20 ]}

VF に貢献した初期の建築提案には、ル・コルビュジエの Immeubles-Villas (1922) や SITE の Highrise of Homes (1972) などがあります。^{[ 24 ]} SITE の Highrise of Homes は、1909 年のLife Magazine の定理 をほぼ復活させたものです。^{[ 25 ]}タワー型水耕栽培の建築例は、ジョン・ヒックスのThe Glass Houseに記録されています。オーストリアのランゲンロイスにある園芸学校の垂直農場や、ウィーン国際園芸博覧会 (1964) のガラスの塔の写真は、垂直農場が存在していたことを示しています。^{[ 26 ]}垂直農業を可能にする技術的先例は、温室や水耕栽培技術の開発を通じて園芸の歴史に遡ることができます。初期の水耕栽培施設は、水耕栽培技術を建築システムに統合しました。これらの園芸建築システムは、温室技術から発展しました。英国惑星間協会は月面環境向けの水耕栽培装置を開発し、その他にも宇宙探査初期には様々な建築プロトタイプが開発された。

アルメニアのタワー型水耕栽培施設は、垂直農場の最初の建築例であり、ショルト・ダグラスの『水耕栽培：ベンガル方式』に記録されている。この本は1951年に初版が発行され、当時の東パキスタン（現在のバングラデシュ）とインドの西ベンガル州のデータが掲載されている。^{[ 27 ] [ 28 ]}

後に発表または建設された先駆的な例としては、ケン・ヤンのバイオクライマティック・スカイスクレイパー（メナラ・メシニアガ、1992年建設）、MVRDVのピッグシティ（2000年）、MVRDVのメタシティ／データタウン（1998～2000年）、ピッチ＝アギレラのガーデンタワーズ（2001年）などがある。^{[ 24 ]}

ケン・ヤンはおそらく、居住ユニットと食料生産を組み合わせた「複合用途型」バイオクライマティック・スカイスクレイパーという概念を提唱した最も広く知られた建築家だろう。

ディクソン・デスポミエは、環境健康科学と微生物学の教授である。彼は1999年に、医療生態学の授業で大学院生たちを対象に、VF（植物性農場）というテーマを再び取り上げた。彼は、1つの街区に30階建ての農場を建設すれば、野菜、果物、卵、肉など5万人分の食料を供給できると推測し、上層階では水耕栽培を行い、下層階は植物の残渣を食べる鶏や魚の飼育に適していると説明した。

デスポミエの提案の多くは環境科学や工学の観点から異議を唱えられてきたが、デスポミエは食料生産を変革できるという主張を広めることに成功した。批評家たちは、人工照明、暖房、その他の作業に必要な追加エネルギーが、建物が消費エリアに近いという利点を上回ると主張した。^{[ 29 ] [ 30 ]}

デスポミエは当初、屋上庭園5ヘクタール（13エーカー）のみを使ってマンハッタンの全人口（約200万人）に食料を供給するという課題をクラスに与えた。クラスの計算によると、屋上庭園方式では人口のわずか2％しか養えないことが分かった。結果に満足できなかったデスポミエは、植物を屋内で垂直に栽培するという即興的な提案をした。2001年までに、垂直農場の最初の概要が発表された。デスポミエはインタビューで、垂直農場がどのように機能するかを説明した。

各フロアには、独自の灌水および栄養監視システムが設置されます。すべての植物には、植物が吸収した栄養素の量と種類を追跡するセンサーが取り付けられます。空気をサンプリングし、さまざまなウイルスや細菌感染症の断片を使用するだけで植物病原体の存在を検出するDNAチップ技術を利用して、植物の病気を監視するシステムも用意されます。これは非常に簡単にできます。さらに、ガスクロマトグラフは、農産物に含まれるフラボノイドの種類を分析することで、植物を収穫する時期を教えてくれます。これらのフラボノイドは、特にトマトやピーマンのような香りの強い農産物に、皆さんが好む風味を与えるものです。これらはすべて市販の技術です。垂直農場を建設する能力は既に存在します。私たちは何も新しいものを作る必要はありません。^{[ 31 ]}

建築設計は、クリス・ジェイコブス、アンドリュー・クラニス、ゴードン・グラフの各デザイナーによって独自に制作された。^{[ 32 ] [ 33 ]}

マスメディアの注目はニューヨーク誌に掲載された記事から始まり、その後他の記事^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}やラジオやテレビの特集が続きました。

2011年、シカゴの工場では建物内に嫌気性消化槽を建設していた。これにより、農場は電力網から独立して運営できるようになる。さらに、嫌気性消化槽は、そうでなければ埋め立て処分される近隣の事業所からの廃棄物をリサイクルする予定である。^{[ 38 ]}

2014年現在、Vertical Fresh Farmsはニューヨーク州バッファローでサラダグリーン、ハーブ、スプラウトを専門に運営している。^{[ 39 ]} 3月には、当時世界最大の垂直農場がペンシルベニア州スクラントンにオープンした。これはGreen Spirit Farms（GSF）によって建設された。同社は3.25ヘクタールの平屋建ての建物に入居しており、6段積みのラックに1700万の植物を収容している。この農場では、年間14回のレタスの収穫に加え、ほうれん草、ケール、トマト、ピーマン、バジル、イチゴを栽培する予定だった。農場内の空気から除湿機で水分を回収する。^{[ 21 ]}

米国国防高等研究計画局（DARPA ）は、ワクチンに有用なタンパク質を生成する遺伝子組み換え植物を生産する18階建てのプロジェクトを運営している。^{[ 21 ]}

Plenty社は、複数の作物に対応した新しいAI制御モジュール式栽培システムを設計しました。同社はバージニア州チェスターフィールドに農場を開設し、年間180万キログラム（400万ポンド）以上のイチゴを栽培する予定です。この農場は、従来の農業に比べて土地と水の使用量を97%削減しています。^{[ 40 ]}  

2025年8月、米国を拠点とする垂直農場会社「80 Acres Farms」がSoil Organicsと合併した。同社は米国で7つの垂直農場を運営しており、年間最大2000万ポンドの水耕栽培農産物を生産していると推定されている。^{[ 41 ]}

2048年までに世界の人口は30億人増加し、その80%近くが都市部に住むと推定されている。^{[ 44 ]}垂直農場は、追加の農地を作る必要性を減らすかなくす可能性を秘めている。^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

熱帯地域以外の伝統的な農業とは異なり、屋内農業では一年中作物を生産できます。オールシーズン農業では、作物に応じて、耕作面積の生産性が4～6倍になります。イチゴなどの作物では、その倍率は30倍にもなることがあります。^{[ 47 ] [ 48 ]}

さらに、作物は栽培地で消費されるため、長距離輸送に伴う時間遅延は、腐敗、害虫被害、エネルギー需要の減少につながるはずです。世界的に見ると、収穫された作物の約30%が腐敗や害虫被害で廃棄されていますが、先進国ではこの割合ははるかに低くなっています。^{[ 37 ]}

デスポミエは、矮性品種の作物（例えば、サイズは小さいが栄養価の高い矮性小麦^{[ 49 ]}）、通年作物、および「スタッカー」植物ホルダーを考慮に入れると、建物ブロック（2ヘクタールまたは5エーカー）の基部を持つ30階建ての建物は、従来の農業の1,000ヘクタール（2,400エーカー）に匹敵する年間作物を生産できると示唆している^{[ 37 ]}。

伝統的な屋外農業で栽培される作物は、好ましい天候に依存しており、望ましくない気温、雨、モンスーン、雹、竜巻、洪水、山火事、干ばつの影響を受けます。^{[ 42 ]}「最近の3回の洪水（1993年、2007年、2008年）により、米国では数十億ドルの作物損失が発生し、表土の損失はさらに壊滅的でした。降雨パターンと気温の変化により、今世紀末までにインドの農業生産量が30％減少する可能性があります。」^{[ 50 ]}

VFの生産性は天候にほとんど左右されないが、地震や竜巻は依然として脅威となる。

悪天候の問題は、伝統的な農業がほとんど不可能なアラスカやカナダ北部のような北極圏や亜北極圏の地域では特に重要です。食料不安は、新鮮な農産物を長距離輸送しなければならず、コストが高く栄養価が低い北部の遠隔地のコミュニティで長年の問題となっています。^{[ 51 ]}コンテナベースの農場は、より南の地域から物資を輸送するよりも低コストで年間を通して新鮮な農産物を提供でき、マニトバ州チャーチルやアラスカ州ウナラスカ などの地域で多くの農場が運営されています。^{[ 52 ] [ 53 ]} 作物の栽培の中断と同様に、地元のコンテナベースの農場は、伝統的な方法で栽培された農産物を遠隔地のコミュニティに届けるために必要な長いサプライチェーンよりも、中断の影響を受けにくいです。2017年5月と6月の洪水により、チャーチルとカナダの他の地域を結ぶ唯一の恒久的な陸上接続を形成する鉄道線が閉鎖された後、チャーチルの食料価格は大幅に上昇しました。^{[ 54 ]}

VFの生産性向上により、VF1単位あたり最大20単位の屋外農地が自然の状態に戻る可能性がある^{[ 55 ] [ 56 ] 。}

垂直農法は農地面積を削減し、多くの天然資源を節約することになる。^{[ 37 ]}農業による自然生態系への侵食によって引き起こされる森林破壊や砂漠化を回避できる。屋内での食料生産は、従来の耕作、植え付け、農機具による収穫を削減またはなくし、土壌を保護し、排出量を削減する。

リンなどの肥料成分の不足^{[ 57 ]}は工業型農業にとって脅威となっている。垂直農場システムの閉鎖循環設計は栄養素の損失を最小限に抑える一方、従来の畑農業では流出や浸出によって栄養素が失われる^{[ 58 ] 。}

人為的な大量絶滅に対処するためには、地球の陸地の広範囲から人間の活動を撤退させる必要があるかもしれない。

従来の農業は野生生物の個体群を破壊し、実行可能な代替手段がある場合には非倫理的である可能性がある。ある研究では、収穫後にアカネズミの個体数が1ヘクタールあたり25匹から5匹に減少したことが示され、従来の農業では毎年1ヘクタールあたり10匹の動物が殺されていると推定されている。^{[ 59 ]} それに対して、垂直農法は野生生物にほとんど害を与えない。^{[ 59 ] [ 60 ]}

伝統的な農業は危険な職業であり、しばしば農民の健康に影響を与えます。そのようなリスクには、マラリアや住血吸虫などの感染性病原体や土壌微生物への曝露、有毒な農薬や殺菌剤への曝露、毒蛇などの野生動物との遭遇、大型工業農業機械の使用時に発生する可能性のある怪我などがあります。VFはこれらのリスクの一部を軽減します。^{[ 42 ]}現代の工業的な食品システムは、不健康な食品を安価にする一方で、新鮮な農産物を高価にし、不健康な食習慣を助長します。これらの習慣は、肥満、心臓病、糖尿病などの健康問題につながります。

食料不安は絶対的貧困につながる主要因の一つである。農場を建設することで、持続可能性や基本的なニーズを犠牲にすることなく、文化的に重要な食料の継続的な生産が可能になり、これは社会の貧困からの回復にとって重要な意味を持つ可能性がある。^{[ 61 ]}

垂直農法は、他の技術や社会経済的慣行と組み合わせることで、都市が食料の自給率を大幅に維持しながら拡大することを可能にする可能性がある。これにより、大規模な都市中心部は食料の制約を受けることなく成長することができる。^{[ 42 ]}

垂直農場は、メタン消化装置を利用してエネルギーを生成することができる。メタン消化装置は農場で発生する有機廃棄物をバイオガスに変換するために敷地内に建設することができ、バイオガスは一般的に65％のメタンとその他のガスから構成されている。このバイオガスを燃焼させて温室用の電力を生成することができる。^{[ 62 ]}

垂直農場は多額の初期投資を必要とし、一部のスタートアップ企業は利益を上げる前に倒産している。^{[ 63 ]} 反対派は垂直農場の潜在的な収益性に疑問を呈している。^{[ 64 ]}その経済的および環境的利点は、農場から消費者に食料が届くまでの距離であるフードマイルを最小限に抑えるという概念に部分的に依存している。しかし、最近の分析によると、輸送は都市住民に食料を供給する経済的および環境的コストのごくわずかな要因にすぎない。この分析は、「フードマイルはせいぜいマーケティングの流行にすぎない」と結論付けている。^{[ 65 ]}したがって、施設はコストを削減するか、価格を高く設定して都市にとどまることを正当化する必要があるだろう。

同様に、電力需要が化石燃料で満たされる場合、環境への影響は純損失となる可能性があります。^{[ 66 ]}農場に電力を供給するために低炭素設備を構築することさえ、石炭の燃焼を減らしながら従来の農場をそのままにしておくほど理にかなっていないかもしれません。

60ヘクタールの垂直農場の初期建設費用は1億ドルを超えるだろう。^{[ 67 ]}主要都市ではオフィスの占有コストが高く、東京、モスクワ、ムンバイ、ドバイ、ミラノ、チューリッヒ、サンパウロなどの都市のオフィススペースは1平方メートルあたり1850ドルから880ドルに及ぶ。^{[ 68 ]}

中古の40 フィート輸送コンテナから作られたTerraFarmシステムの開発者たちは、自分たちのシステムが「従来の屋外農業と同等のコストを達成した」と主張した。^{[ 17 ]}

生育期には、太陽光が垂直面に極端な角度で当たるため、平地に植えた場合よりも作物に届く光量が大幅に少なくなります。そのため、補助照明が必要になります。ブルース・バグビーは、垂直農法の電力需要は、自然光のみを使用する従来の農法と比べて競争力がないと主張しました。^{[ 29 ] [ 69 ]}環境ライターのジョージ・モンビオットは、パン1斤分の穀物を栽培するのに十分な補助照明を提供するコストは約15ドルになると計算しました。^{[ 70 ]}エコノミスト誌の記事では、「ガラスの超高層ビルで栽培される作物は日中に自然光がいくらか当たるとしても、それでは不十分であり、人工照明の電力コストが屋内農業を法外に高価にするだろう」と主張しました。^{[ 71 ]}

「垂直農場」は制御された環境を提案しているため、暖房と冷房のコストは他のタワーと同様になります。栄養分と水を分配するために配管とエレベーターシステムが必要です。米国北部大陸部では、化石燃料による暖房コストは1ヘクタールあたり20万ドルを超える可能性があります。^{[ 72 ]}

イングランドのグロスターシャーにあるジョーンズ・フード・カンパニーは、2024年に14,500平方メートル（156,000平方フィート）の栽培スペースを持つ農場を開設し、再生可能エネルギーのみで稼働させていた。^{[ 73 ] [ 74 ]} 同社は利益を上げることができず、2025年4月に経営破綻した。^{[ 75 ]}  

使用される発電方法によっては、温室栽培の農産物は露地栽培の農産物よりも多くの温室効果ガスを発生させる可能性がある^{[ 76 ]}。これは主に、1キログラムあたりのエネルギー使用量が多いためである。垂直農場は、通常の温室に比べて1キログラムあたりのエネルギー消費量がはるかに多く、これは主に照明の増加によるものである。発生する汚染物質の量は、エネルギーの生成方法によって異なる。

温室では一般的に、大気中の二酸化炭素濃度の3～4倍に二酸化炭素濃度を補充します。この二酸化炭素濃度の増加により_{光合成速度}が50%増加し、収量の増加につながります。^{[ 77 ]}一部の温室では、この目的のためだけに化石燃料を燃焼させています。炉などからの二酸化炭素源に_は、二酸化硫黄やエチレンなどの汚染物質が含まれており、植物に大きなダメージを与えるためです。^{[ 77 ]} つまり、垂直農場では二酸化炭素源が必要であり_{、おそらく}燃焼によるものになるでしょう。また、必要な換気によって二酸化炭素が大気中に漏れる可能性もあり_ます。

温室栽培者は、植物が栄養成長期か生殖成長期かを制御するために、植物の光周期性を利用するのが一般的です。この制御の一環として、照明は日没後から日の出前まで、または夜間を通して定期的に点灯されます。単層の温室は光害に関して批判を受けています。^{[ 78 ]}

水耕栽培温室では定期的に水を交換するため、肥料や農薬を含む水が生成され、これを処分する必要がある。排水を近隣の農地や湿地に散布する最も一般的な方法は、都市型垂直農場ではより困難になるだろう。^{[ 79 ]}