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