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Congreso Internacinal de Agricultura en Ambiente Controlado 2015Panamá
Industria de Fábrica de Plantase investigaciones recientes en Taiwán
Wei FANGDepto. de Ingeniería Mecatrónica
Bio-IndustrialUniversidad Nacional de Taiwán
2015.05.19 ~ 05.22Traducido al Español por Eduardo Pittí- FCA-UP
Introduccion
1. Introduccion
2. Algunos Numeros
3. Modelos de Negocio
4. Investigaciones Recientes
5. Conclusion
Agricultura Urbana / Fábrica de Plantas / Agricultura Vertical
Agricultura en Ambiente Controlado (CEA)
Localización de Taiwan
Una breve historia de Fábrica de Plantas en Taiwán (1/3)
Primera Investigación
Relacionada a FPLA1993
Contenedor de 20 pies con paredesinsuladas térmicamente
NTUUniversidad Nacional de
Taiwán
apoyada por NSF, Taiwán
19
Mucho estrés
¡Ayuda!SOS
Basado en Procedimiento Estándar de Operación
Libre de riesgos / complicaciones
¿Qué es FPLA (PFAL)?Fábrica de Plantascon Luz Artificial
FPLA para cultivo de tejidos yproducción de plantas de semi-llero de Phalaenopsis con luzmovible fue desarrollado en2001. Dos edificios de dos Pisos con 7 capas cada uno.
UNT
Centro
De
Taiwán
Una breve historia de Fábrica de Plantas en Taiwán (2/3)
1996
Investigaciones
con LED
Pulso de luz con intensidad adjustable
Ciclo de trabajo, frecuenciaPatentes:
2001 Taiwan
2001 China
2002 US
Se desarrollaron tapas con varios espectros
electromagnéticos
8 Esenciales para Cultivo de TejidosFang，2008
Azul
401~500nmVerde
501~600nm
Rojo601~700nm
Infrarrojo
701~800nm
CW(5500K) 26% 46 262
WW(2700K) 10 45 41 4
8R1B 13 87
7R1G1B 13 7 80
3R3B3IR 46 42 12
6R 100
6B 100
6IR 100
En total se desarrollaron tapas y tubos de
20 espectros para aplicaciones en Cultivo de
Tejidos y Fábricas de Plantas (Fang，2009)
¿Las FPLA nos puedenhacer más ricos,
inteligentes, ecológicos,saludables y felices?
Campo abierto
< 3 kg/m2/año
Invernadero: Semi-cerrado
69 kg/m2/año
FPLA: Cerrado
4 capas > 100 kg/m2/año
FPLA: Cerrado
7 capas > 200 kg/m2/año
FPLA: Cerrado
10 capas > 300 kg/m2/año
Más de 100 veces más en comparación con campo abierto
¿Más de 100 veces?
Misma superficie de terreno100 veces el rendimiento/valor
Misma cantidad de rendimiento99% del área del suelo puede ser ahorradaSe pagó solo por el 1 % del terrenoTambién se puede ahorrar mano de obra
¿Las FPLA nos puedenhacer más ricos,
inteligentes, ecológicos,saludables y felices?
Precio del Terreno vs. Costo de Lámpara
Cuando el terreno es limitado o muy costoso, la FPLA es una buena opción para producción de alimentos.
Taipei
UNT
Una breve historia de Fábrica de Plantas en Taiwán (3/3)
Conocimiento público
de FPLA por primera vez:
2010 Taipei Floral Expo
Tarea extremadamente difícilStand de FP: 8 m x 50 mduración: un mes
Promoción (paso 1/4)
Sitio de Exhibición
• Un prototipo piloto de una Fábrica de Plantas se armó
en la UNT (2011.1.1)
• Hasta el momento, más de 2 000 visitantes
Renovado de un invernadero de azotea descartado
Promoción (paso 2/4)Libros publicados
2010 2011 2011 2012 2013
Promoción (paso 3/4)
Talleres (30 horas)
• Ofrecer cursos cortos en el Centro de Extensión de la UNT
• Desde 2011 más de 400 personas de los sectores
Industrial/Comercial/Agrícola han sido entrenados.
TPFIDA
CPFA
Promoción (paso 4/4)
Socios y Partes Interesadas
ONGs
Instituciones educacionales y de investigación
Gobiernos
Promotores de Bienes Raíces y Constructoras
Compañías de construcción
Industria de Calefacción, Ventilación y A/C
Industria Electrónica
Supermercados
Restaurantes
Servicios de comida institucional (hospitales, escuelas, etc.)
Consumidores
Medios
Etc.
光茵
寰宇綠色
Mapa
Industrial
2013
麗萊登庭茂農業均旺
台灣大學慶聲科技
野菜工房詮興開發
晶發半導體工研院
賽門科技 中華映管
東大一
2013
富士通台灣植物工廠產業發展協會中華植物工廠協會
旺永
工研院南分院
銘祥科技
聚陽光能
金工中心唐榮集團
台灣大學、光茵、浩然、驊陞科技Avata、宇通物聯、億昇
MapaIndustrial
2014日本大阪府立大學太平総研株式会社日本未來株式会社台灣植物工廠產業發展協會中華植物工廠協會農漁畜牧LED應用產業推動聯盟台灣智慧農業產業聯誼會台灣農業跨領域發展協會(AMOT)台灣經濟研究院創業投資商業同業公會
16
東大一 慶聲科技 澳登堡、三愛、贏創、寰宇賽門科技、大同、華映、台達 農委會 研華、創森、金寶、金頓
庭茂、太平洋、矽新連展、鐳德
麗萊登
太極光
高海大
聚陽光能
萬能科大、苗廣豐、賀田、野菜工房詮興開發、中砂、綠舍天地
晶發半導體
工研院德能科研、雅聞、尚懋
富員、久德、欣陽、映興
農試所、旺永
精鑽、皇基、中興、大葉
昊耕、成功大學
碩園、樂佳 屏科大
益菱、銘祥科技 台灣福蝦台灣重工
海博特、盛貽綠能 聯邦奈泡金工中心、唐榮集團綠陽光電
李時珍、振宇農業
Resumen1. Expo de Fábrica de Plantas y más
2. Algunos números3. Modelos de negocios4. Investigaciones recientes5. Conclusión
Consumo de vegetales
País
Corea del Sur
España
Francia
EEUU
Japón
Singapur
Australia
Reino Unido
Países Bajos / Taiwán
persona/día
Consumo diario devegetales /persona/día
578 g
392 g
389 g
337 g
285 g
260 g (95 kg/año)
255 g
249 g
200 g (73 kg/año)
metas a corto plazo
1. Cultivar eficientemente hierbas y verduras de hoja, inocuas y saludablesutilizando el mínimo de recursos creando la menor cantidad de contaminantes.
2. Crear trabajos y beneficios
3. Reemplazar verduras de hoja importadas
4. Establecer Fábricas de Plantas en el extranjero
2012 ~ 2014Expo de Fábrica de Plantas
PIDAPhotonics Industry and Development Association
Asociación del Desarrollo y la Industria Fotónica
OrganizadoresTPFIDA
Asociación de Desarrollo Industrial de Fábricas de Plantas de Taiwán
(fundada en 2011)
Asociación Chung-hwa
de Fábrica de Plantas(fundada en 2012)
CPFA
LED_A Alianza LED para Aplicacionesen la Agricultura (fundada en 2013
Número de Stands
Seminario de ½ día relacionadoa Fábricas de Plantas durantela Exposición de Fábrica de Plantas
1 2 3
2012 2013 2014
2014 Seminario Internacional de
Tecnología Industrial de Fábrica de Plantas
2014 Agricultura Inteligente
(Aplicaciones IoT)
2014 Aplicaciones de Nano
Tecnología en Fábricas de Plantas
SeccionesDel seminario
Financiamiento de investigaciones de Fábricas de Plantas de varias fuentes
• Financiamiento interno de la UNT (2010~2012)– Presupuesto: total 46 millones NT$ (1.5 millones US$)
• Financiamiento de COA(2010~2014)
• Financiamiento de MOE (2013, 2014)– Presupuesto total 12.17 millones NT$
• En total, menos de 0.1 billones NT$(< 0.3 billones JP¥)
– Presupuesto total 20 millones NT$• Financiamiento de NSF (mayoría)(2011~2013)
– Presupuesto total 18.64 millonesNT$
MOE12%
NTU48%
COA21%
NSF19%
Estado de las FPLA en Taiwán (2014.6)
Actualmente con aproximadamente 45 Fábricas de Plantas
FPLAs en China (41 hasta 2014.10)
Haerbin,Heilongjiang,100m2
Beijing，total de cinco, 3269m2
Erdos, Mongolia Interna,100m2
Xian,Shangxi,200m2
Zhengzhou,Henan,200m2
Suzhou,Jiangsu，500m2
Xiaoshan,Zhejiang, 1500 m2
Changchun,Jilin，200m2
Shouguang,Shandong，200m2
Gaoqing,Shandong，616m2
Nanjing,Jiangsu，300m2
Shanghai 1000m2
Changxing,Zhejiang, 880 m2
Zhejiang University, 800 m2
Fuzhou,Fujian,250m2
Dongguan,Guangdong，100m2
Zhuhai,Guangdong，40m2
Proyectos “Llave en mano” provistos porCompañías Taiwanesas
Resumen
1. Expo de Fábricas de Plantas y más
2. Algunos números
3. Modelos de negocios
4. Investigaciones recientes
5. Conclusión
Sitios para FPLA en Taiwán
• Urbano:– Edificios de 1 piso: muchos
– Renovados (sin usar)
fábrica: algunos
sótano: 2
karaoke: 1
invernadero en azotea: 1
• Rural– En invernadero: 2 (tierra de cultivo)
ISO
ISO 9001 (1)
ISO 22000 (1)
2015/4/16
18
ISO
ISO 9001 (1)
ISO 22000 (1)
38
No. de capas en la cama de cultivos
• Mayor altura: 10
– Automático arriba/abajo: 3
• Menor altura: 3
39
• Mayor altura: 10– Automático arriba/abajo: 3
• Menor altura: 3
No. de capas en la cama de cultivos
Sistemas Hidropónicos
• Técnica de Flujo Profundo (DFT).: la mayoría
• Técnica de Película de Nutrientes (NFT): algunos
• Flujo y Reflujo (E&F): pocos
• Smart Valve (No-circulante): 1
Suministro de agua
• Agua purificada (Osmosis Inversa): mayoría
• Agua de grifo con filtros: algunas
• Agua de grifo: pocas
• Agua subterránea con filtro: 1
Arreglo de las tuberías para suplir la solución de
nutrientes (sn) a todas las capas
• Algunas son seriales
–NFT, DFT (flujo de sn a cada capa, una por una)
–Flujo y Reflujo (solamente una capa con sn)
• La mayoría están en paralelo (sn en todas las capas al
mismo tiempo)
–NFT、DFT、E&F
Escala de la Operación• Listos para Comer/Cocinar
– < 100 plantas por día: cerca de10
– 100 ~ 900 plantas: cerca de 30
– 1000 ~ 2000: 4
– 10000 : 1 en construcción
• Para Comer/Cocinar después de lavar– 60000 plantas, 16000 paquetes/día
– Yasai lab.: el más grande en Taiwán
Yasai Lab.El más grande en Taiwán
Diariamente：2.5 t
Cama: Altura 7 m, L 30 m
Área: 400 ping (1 ping=3.3 m2)
1.8 millones de plantas
Acolchado y abanicos para
enfriar los paneles portátiles
de luz
Precio de venta (igual con cultivosde invernadero)
Antes: 200NT$/kgReciente: 92 NT$/kg (3 USD/kg)
Ingresos Mensuales Proyectados(Max)：
6.9 Millones NT$44
• Tubos LED: 15~20 compañías
– 80~120 lm/W– 1.2m (14 W, 20 W), 1.8 m (28W)
• Paneles LED: 10~15
– 50 cm x 60 cm (30 W)000 ~ 1500 NT$ (¥3000 ~ 4500)
• Tubo T5: 3~4
– 1.2 m (30 W)
• CCFL: 1 compañía recientemente cerrada
CCFL= lámpara fluorescente de cátodo frío
– 單價：70 ~ 150 NT$ (¥210 ~ 450)
Tipos de Luz Artificial
Mobilidad de las lámparas
• Fijas (> 25 compañías)
• Arriba y Abajo
–Manualmente (4 compañías)
–Semi-automático (1 con motor)
–Automático (2)
• Oscilatorio (3)
Mobilidad de laslámparas
Oscilatorio Automático de abajo haciabasado en la altura foliar
Espectro Electromagnético
• Más de 35 tipos
–Blanco: con varias temperaturas de color
–Ultra Violeta A + Blanca
–Blanca + Roja
–Roja y Azul: varias combinaciones
–Roja, Verde y Azul: varias combinaciones
Resumen
1. Expo de Fábricas de Plantas y más
2. Algunos números
3. Modelos de Negocios
4. Investigaciones recientes
5. Conclusión
Modelos de Negocios1. Producción en masa + venta de vegetales
2. Producción en masa + varias líneas de productos
3. Producción en masa + Cadena de Restaurante
4. Producción en masa + Economía de la Experiencia
5. Producción en masa + Cadena de Alimentos Orgánicos
6. Proveedor de Electrodomésticos (incluyendo pared de cultivo)
7. Proveedor de Electrodomésticos + Compañía Constructora
8. Proveedor de Electrodométicos para comercios
9. Proveedor de Sistemas de Acuaponía enfocado en Agricultura Sostenida
10. por la Comunidad
11. Educación: talleres, seminarios, tours
12. Consultoría
13. Proveedor de “Llave en mano” que nunca cultiva plantas
14. Proveedor “Llave en mano” con sitio de exhibición
• Listos para Comer/Cocinar
– membresía
– Web
– Restaurantes exclusivos
• Comer/Cocinar después de lavar– Restaurantes regulares
– Mayoristas
– Supermercado
Producción en masa + venta de vegetales
Producción en masa + varias líneas de productos
Producción en masa + Cadena de Restaurante
2010: 1 centro de producción en masa + 1 restaurante
2014: 1 centro de producción en masa + 8 restaurantes
2010 2013 2014
Producción en Masa + Economía de Experiencia
Lleno de grandes
recuerdos y gran sabor
Producción en masa + Cadena de Alimentos Orgánicos
Electrodomésticos
UV
+
TiO2
Tienda de Electrodomésticos
Granja de Luz驊陞科技
EnergizingGreenLife
Unidad Casera
En primer plano
Unidad casera + Unidad Comercial
Unidad Casera + Unidad Comercial
Paquete de Accesorios
Proveedor Llave en Mano con sitio exhibición
FPLA dentro de un edificio de oficinas
Glonacal Green Tech.
• 2013.11
– HwanYu Green Tech.
400 plantas/día, 300 m2
• 2014.4
– LianJan Tech. Corp.
300 plantas/día, 165 m2
• 2014.9
– Leider Tech. Corp.
800 plantas/day, 495 m2
Resumen
1. Expo de Fábricas de Plantas y más
2. Algunos números
3. Modelos de Negocios
4. Investigaciones recientes
5. Conclusión
System
Cultural vegetables production
tronics functional plants
2015/4/16
38
1.
2.
3.
4.
5.
ResumenExpo de Fábricas de Plantas y más
Algunos números
Modelos de Negocios
Investigaciones recientes
Conclusión
78
Investigaciones Recientes
79
ICT
–
– Application of elitephototrophic bacterialinoculant to reduce nitratecontent in hydroponic leafy
Practice Development of generic
culturing system with various
hydroponic system in one
design
- – Spectrums for red leaflettuce for medicinal and for
– Nueva fuente de luz para plantas funcionales
• Medición en tiempo real de imágenes 3D y peso húmedo de lechugas
cultivadas hidroponicamente en Fábricas de Plantas
• Monitoreo selectivo de iones de macroelementos en Sistema Hidropónico
• Desinfección: generación de agua de electrolisis para desinfección en FP.
•
•
WSN / IOT aplicados en FP
Trazabildiad en productos de FP
System
ICT
– Medidas cuantitativas del rendimiento
de FPLA
– Incrementando la eficiencia de FPLA
en varios aspectos
– Modelo de crecimiento: modelo
simplificado de invernadero asumiendo
niveles constantes de CO2, nitrato y DLI.
WSN / IOT aplicados en FP
Trazabildiad en productos de FP
– Nueva fuente de luz para plantas funcionales
• Medición en tiempo real de imágenes 3D y peso húmedo de lechugas
cultivadas hidroponicamente en Fábricas de Plantas
• Monitoreo selectivo de iones de macroelementos en Sistema Hidropónico
• Desinfección: generación de agua de electrolisis para desinfección en FP.
--Aplicación de inoculantes bacterias
fototróficas élite para reducir el contenido de
nitratos en frondosos hidropónico
-Desarrollo de sistema de cultivo genérico con
varios sistemas hidropónicos de producción de
hortalizas en un diseño
Cultura
Practice
– Espectros de hoja roja de lechuga para medicamentos y para las plantas funcionales
Mechatronics
Mediciones cuantitativas (1/4)
• Lm/W (eficacia luminosa) no sirve para iluminación
horticultural.
• PPF/W es erróneo, debería ser
PPF x Área (in m2) / W
• PPF xArea / W = µmol / J
• Algunos números para llevar a casa:
µmol/J Comment
<2.0 Busque ayuda
2~2.5 Pobre
2.5~3.0 Promedio
3.0~4.0 Bueno
>4.0 Excelente
Eficiencia de la Iluminación
Comp_Espec
de Fuentes de
luz
Reflectores
Superiores
No. de tubos o
paneles
PPF*-2-1
μmolms
PPFxÁrea-1
(μmols)
Consumo de
poder,
W
Eficiencia,-1
μmolJ
S_CW1.8 Y 6Tubos 334.9±86.6 723.4 172.97 4.2
T_V Y 9tubos 281.6±59.4 608.4 195 3.1
H_CW Y 9tubos 273.9±79.8 73.9 212 3.1
T_A Y 9tubos 225.8±49.1 487.8 189 2.6
E_CW Y 9tubos 263.8±64.2 569.8 228 2.5
T_A Norequerido 12paneles 411.5±103.2 888.9 432 2.1
T_N Y 9tubos 186.7±39.3 403.2 196 2.1
E_WW Y 9tubos 210.8±51.0 455.3 229 2.0
T_N Norequerido 12paneles 378.4±95.4 809.6 428 1.9
T_M Y 9tubos 168.0±39.1 326.9 193 1.9
T_M Norequerido 12paneles 387.3±99.4 836.5 442 1.9
T_Y Y 9tubos 168.3±34.7 363.5 188 1.9
S_R Norequerido 12paneles 291.0±71.3 628.6 334 1.9
T5FL_CW Y 9tubos 250.0±57.5 540 283 1.9
Mediciones Cuantitativas (2/4)
(valor teorético)• µmol / J todavía no es suficiente
• g_DW/mol de quanta recibido
• g_FW/mol de quanta provisto
• (de siembra a cosecha)
• g_FW/nivel de poder consumido
• (de siembra a cosecha)
Mediciones Cuantitativas (3/4)
µmol/J
g_FW/Mol provisto
g_FW/grado de
poder
consumido
100 g_FW <1.5 grados
Efecto de espectros, nutrientes, y todos los otrosparámetros/condiciones ambientales y culturalesque pueden ser evaluados cuantitativamente.
Consumo de poder de luz artificial
Para la producción de lechuga:
Mediciones cuantitativas (4/4)
Ingresos-----------Costo Elec.
g_FW x $/g
Grado x
$/grado
Con los valores disponibles de precio y costo de electricidad, se pueden
hacer decisiones de negocio, se puede evaluar las tecnologías.
Costo Mundial de electricidad/grado
Taiwán
http://theenergycollective.com
Tubos LED eficientes
Ángulo de tubo adjustable
Reflectores en ambos extremos puede removerse
Lámparas LED
Comp_Espec
(Ángulo rotatorio
de tubos terminales)
S_CW1.8
(0 grados)
S_CW1.8
(20 grados)
S_CW1.8
(40 grados)
PPFμmol m -2 avg-1
313.6± 69.8
326.2± 77.4
334.9± 86.6
* Consumo de poder por tubo es 28.83 W, el número de tubos LED usados es 6/cama.
PPFavg x Area
μmol/s
677.5
704.6
723.4
Consumo
de Poder, W
172.97
172.97
172.97
Eficienciaμmol/J
3.9
4.1
4.2
Medición inalámbrica de T, HR y Quanta
Sensores
de T, HR
Sensor de
lx (lux)
FW：75.6 g FW：61.2 g
FW：30.9 g
WSN / IOT en FPLAs
Red de Sensores Inalámbricos/Internet de las cosas
Medición Automática en tiempo real deimagen 3D y peso húmedo
Sistema de imágenes
Interfaz de usuarios
Sistema de pesado
Medición automática de información3D de cada planta
F arm
攝影機
F型手臂
馬達
camera
Medición del peso húmedo
Medición en tiempo real del volumeny del peso húmedo
Integrar 8 líneas en 1 línea es el objetivo de la investigación
2015/4/16
46
Medición en tiempo real del volumeny del peso húmedo
Integrar 8 líneas en 1 línea es el objetivo de la investigación
95
Desarrollo deelectrodos selectivos de iones para la detección de
macroelementos en la solución de nutrientes
Sensores tradicionales: 1000 US$/piezaP, S
Costo de nuevos sensores: < 1 US$/pieza
96
Desarrollo de
electrodos selectivos de iones para la detección de
macroelementos en la solución de nutrientes
P, SCosto de nuevos sensores: < 1 US$/pieza Sensores tradicionales: 1000 US$/pieza
2015/4/16
47
Rango:
20 M ~ 100mM
99
OLED vs. LEDs
Retoños cultivados con OLED
tienen mayor capacidad
antioxidante.RGB
R
OLED
WW
B
100
OLED vs. LEDs
Retoños cultivados con OLED
tienen mayor capacidad
antioxidante.
OLED
RGB
R
WW
100
B
FP_LA
Conclusiones
1. Se forma una nueva industria en Taiwán
2. Obtener interés global en productos/sistemasLocal para locales
Proveer alimentos saludables e inocuos a la comunidad local
Reemplazar verduras de hoja importadas
3. Proveer sistemas “Llave en mano” al mundo
4. Muchos modelos de negocio estaban en ejecución.
5. Puede jugar un rol imporante en la agriculturaurbana.
Las FPLA nos pueden hacer más ricos,
inteligentes, ecológicos, saludables y
felices
Preguntas y Respuestas
Desarrollo
reciente por
Compañías
Taiwanesas
1 luz fluorescente
+
Paneles o tubos
LED de 14
espectros
