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矽谷室內有機農場—LED電源和點滴節水

發文時間: 2019/12/05   文 / 黃肇鑣矽谷 瀏覽數 / 8,100+

最近美國發生兩起大批蔬菜中毒事件,波及全美,其生產地皆在加州近矽谷的蔬菜生產地,主因是灌溉水不潔。近年有不少人重視養生,嘗試有機食物。我們常常聽到或在網上看到大型有機農場,室內自動化的傳輸設備,大批日光燈高照,巧妙的循環用水,來生產有機農作物,但是投資都要數百萬或千萬美元以上。最近有機會在矽谷參觀一個相當有規模的室內有機農產,用相當簡單的設備、 LED光能和節約的點滴用水戶等,居然能生產有機蔬菜,很值得介紹。

圖/作者提供。

以上圖片,第一行兩圖,攝於現場,廠房相當龐大高挑、暗房式生產設備。第二行兩圖係現場收獲的香菜,味覺相當清香,以上三圖皆由筆者所攝。其次為光合作用Photosynthesis的示意圖(取自網路)它說明一般在日光下植物成長的過程。第三行為葉綠素(chlorophyll)在日光照射下光能吸收的能力曲線,藍色光和紅色光兩波段吸收的能量最多,也是最有效率。所以市面上可以買到紅藍燈群如最右圖片,作為室內生產使用的LED(取自網路)。

最近有機會參觀友人創辨的室內有機農場,他是機械工程師出身,獲史丹佛的MBA ,曾經在矽谷的電子公司擔任高管,提前退休後,決定嘗試和幾位友人創業有機農場,經過好幾年的努力,去年決定和合夥人創業,用節水省電的方式,生產高附加值的有機蔬菜。他將兩年前在車庫裡試驗成功的機械設備擴大,在矽谷郊區San Jose租下一個廠房,室內占地約14,000平方英尺,目前僅運用一半面積作廠房。

室內農廠和點滳用水

龐大高挑的庫房裏排列數千部小型托盤,每個托盤上鋪着約三到四吋的推土(vermiculite)它是火山附近採取的土壤,很容易聚集水分而不會漏水,種下各種各樣高附加價值的香菜種子,托盤從一端送入,經過20多道人工簡單搬運,約三週後香菜成果由另外一端收成,包裝成精緻的小盒子,送去舊金山和灣區高級的西餐館。

廠房有如舊式照相底片的大型暗房,進入之前,訪客皆要先洗手烘亁,才能參觀。室內空氣有排氣設備使蚊蟲不入,每個蔬菜托盤上有多排紅色及藍色LED燈盅,照耀著香菜葉子,工作人員分段將一排排托盤輪流旋轉,用很少量的水滴和肥料液注入香菜葉片和根莖,紅藍色LED盅燈僅耗非常少電力,每一個托盤上的蔬菜或香菜皆由Barcode管理,沒有自動化設備,由少數幾位工作人員手工搬運,但井井有條。沒有病蟲害,也不要殺蟲劑,每一滴水和肥料液皆用在香菜上。香菜收成後、根莖則刴碎參入下一批推土中。

總設備約數十萬美元,周轉資金似乎不用太多,除了需要購買蔬菜種子外,也需要肥料(液體點滴,或稱營養液),紅藍串連的LED燈具等,但費用皆相當少, 其次為工作人員薪資。因為日夜蔬菜都可成長,晚上和週末皆不須人工,僅須定期做廠房的維護,注意空氣的流通和營養液供應等,應該可以有不少利潤,但是他的花費最多卻是高昂的廠房房租。因為地處矽谷市郊,房租每平方英尺高達$1.35美元每個月,因此每個月得負擔房租高達$18,900美元,友人說目前沒有太多利潤。目前他僅僅用了一半廠房,有機會產能擴大一倍,他正試驗各種高附加價值的蔬果,將來如果遷到數十哩以外的地方,廠房租金要便宜得多,但送貨運輸的成本會增加了!

太空計畫和藍光LED

過去20多年美國太空計劃(NASA)的研發成果之一就是發現太陽日光照射對農業植被覆蓋的影響,包括葉綠素( chlorophyll)在日光照耀下光能吸收的分析能力,說明藍色光和紅色光對植被的重要性。讀者可以參考NASA發表的論文和視頻。近年來由於LED開發出各種廉價省電的串燈設計,可以應用在室內農場的生産。至於各種鮮花,水果因為要運用相當水源和循環回收,就得另外設計不同的LED光譜,所以蔬菜,鮮花和水果得運用不同的LED 設計。

所用的紅色長波燈LED已經商業化許多年,但是藍色LED燈是近年來在工業界開發成功的短波LED,所以紅色和藍色LED剛好覆蓋蔬菜長成的兩段最有效的能量區,這是美國NASA曾經在太空計畫中做實驗成功的成果,分享於各科學界。

有機蔬菜和展望

美國的有機蔬菜超市,最著名的為Whole Food超市,賣的蔬果非常昂貴。他們自己也在New Jessy超市有一樓中樓廠房生產有機蔬菜,希望試著推廣。一般在市場買的有機蔬果,除非是正式保證的品牌,其實不見得可靠。最近去一家華資經營的超市,它一大包的小白菜,每磅單價便宜只要$4~5.00美元,底部常常看得到不少沙土,真不知道它農場是如何管理?

矽谷友人收成的香菜,個個賣相很好,裝盒入庫,食品供應商每天來取貨,當天的香菜每盒批貨價重量不足半磅約$10美元。一般有機蔬菜包裝好在超市每包半磅約賣$4.00美元,如果要重視養生,廉價大量生產有機蔬菜仍然須要努力。

另外由於全球城市化,森林濫墾濫伐,加上沙漠化的現象等使農耕地積大量減少,糧食供應將會是個大問題,近年來生物科技在藥物開發已有相當成就,然而在糧食和蔬菜各方面的研究,包括基因改造,室內LED光電運用和多壘層垂直vertical farming農廠等應會有很大的發展空間。

總之,從矽谷此行也看到另外一類工程師,運用其專長,在其壯年時離開電子工廠另創一番新事業,希望友人的創業成功,此行也讓我學習到一些新知識和大家分享。