Agricultura vertical

Vista interior de la granja vertical de Freight Farms, construida con contenedores de carga. Foto: Freight Farms

Introducción: ¿Qué es la agricultura vertical?

Las tierras agrícolas de primera calidad pueden ser escasas y costosas. Con el crecimiento demográfico mundial, la demanda tanto de más alimentos como de más tierras para cultivarlos no deja de aumentar. Sin embargo, algunos emprendedores y agricultores están empezando a buscar espacio hacia arriba, en lugar de hacia afuera, para producir más alimentos.

Una solución a nuestra necesidad de más espacio podría encontrarse en los almacenes abandonados de nuestras ciudades, en los nuevos edificios construidos en terrenos con daños ambientales e incluso en los contenedores de carga usados del transporte marítimo. Esta solución, conocida como agricultura vertical, consiste en cultivar plantas en ambientes interiores controlados, con iluminación, nutrientes y temperaturas precisas. En la agricultura vertical, las plantas en crecimiento se apilan en capas que pueden alcanzar varios pisos de altura (Despommier, 2011).

El origen del concepto contemporáneo de agricultura vertical se remonta a la idea visionaria propuesta por el profesor Dickinson Despommier de la Universidad de Columbia. En colaboración con un grupo de estudiantes, su equipo conceptualizó una innovadora granja en un rascacielos diseñada para producir de manera sostenible alimentos suficientes para alimentar a 50 000 personas. Desde esta iniciativa pionera, la industria de la agricultura vertical ha experimentado un crecimiento exponencial y se espera que alcance los 18.9 mil millones de dólares en Estados Unidos para el 2028 (Martínez, 2023).

Para 2022, el panorama se había transformado, con la aparición de aproximadamente 2,000 granjas verticales en todo Estados Unidos. Entre los líderes de la industria que encabezan el avance en la agricultura vertical mecanizada en interiores se encuentran entidades destacadas como Plenty, Bowery Farms y AeroFarms. Estas iniciativas innovadoras representan un cambio de paradigma en las prácticas agrícolas, ya que aprovechan tecnologías avanzadas para maximizar la eficiencia y la sostenibilidad en la producción de alimentos (Rogers, 2024).

Tipos de granjas verticales

Las granjas verticales pueden tener diferentes formas y tamaños, desde sencillos sistemas de dos niveles o montados en la pared hasta grandes almacenes de varias plantas de altura. Sin embargo, todas las granjas verticales utilizan uno de estos tres sistemas sin suelo para proporcionar nutrientes a las plantas: hidropónico, aeropónico o acuapónico. La siguiente información describe estos tres sistemas de cultivo:

Gráfico sobre hidroponía. Ilustración: NCAT

1. Hidroponía. El método de cultivo predominante en las granjas verticales es la hidroponía, una técnica sin suelo que consiste en cultivar plantas en soluciones nutritivas. En este sistema, las raíces de las plantas se sumergen en una solución nutritiva cuidadosamente controlada, lo que garantiza una composición química precisa. Entre los diferentes tipos de sistemas hidropónicos se encuentran el de flujo y reflujo, en el que la solución nutritiva inunda y drena periódicamente la zona radicular, y la técnica de película nutritiva (NFT), en la que una delgada película de solución nutritiva fluye continuamente sobre las raíces. Para mejorar la estabilidad y mitigar posibles fallas del sistema, las plantas también pueden incrustarse en un medio de cultivo, como la fibra de coco, lo que mantiene la humedad de las raíces y facilita el acceso a los nutrientes (Rajaseger et al., 2023).

Gráfico sobre el cultivo aeropónico. Ilustración: NCAT

2. Aeroponía. La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) es la responsable de desarrollar esta innovadora técnica de cultivo en interiores. En la década de los noventa, la NASA se interesó en encontrar formas eficientes de cultivar plantas en el espacio y acuñó el término «aeroponía», definido como «el cultivo de plantas en un entorno de aire y neblina, sin tierra y con muy poca agua».

Los sistemas aeropónicos, que antes eran una rareza en el mundo de la agricultura vertical, ahora están ganando gran popularidad. Empresas como AeroFarms están a la vanguardia, demostrando la eficiencia y la escalabilidad de los sistemas aeropónicos. Estos sistemas se encuentran entre los más eficientes para las granjas verticales, ya que consumen hasta un 95 % menos de agua que incluso los sistemas hidropónicos más eficientes. Además, se ha demostrado que las plantas cultivadas en sistemas aeropónicos absorben más minerales y vitaminas, lo que las hace más saludables y potencialmente más nutritivas, lo que a su vez atrae un interés y una inversión cada vez mayores en el sector (Gurley, 2020)

Gráfico sobre acuaponía. Ilustración: NCAT

3. Acuaponía. Un sistema acuapónico lleva el sistema hidropónico un paso más allá, al combinar plantas y peces en un mismo ecosistema. Los peces se crían en estanques interiores y producen desechos ricos en nutrientes que se utilizan como fuente de alimento para las plantas de la granja vertical. Las plantas, a su vez, filtran y purifican las aguas residuales, las cuales se reciclan y se devuelven a los estanques de peces (Khandacker y Kotzen, 2018).

Estación Experimental Agrícola de Arkansas y 80 Acre Farms. Foto: Wikimedia Commons

La granja acuapónica más grande de Estados Unidos, Superior Fresh, con sede en Wisconsin, utiliza 1,1 toneladas de alimento para peces para producir 1 tonelada de pescado y 10 toneladas de verduras de hoja verde y hortalizas en un invernadero de 3 acres (Fletcher, 2019).

Los sistemas de agricultura vertical pueden clasificarse además según el tipo de estructura que los alberga.

Las granjas verticales ubicadas en edificios a menudo se ubican en edificios abandonados de las ciudades, como la granja vertical Area 2, con sede en Virginia, una antigua fábrica de papel donde cultivan tubérculos, verduras de hoja verde y hierbas para la comunidad local.

Las granjas verticales en contenedores de carga son una opción cada vez más popular. Estas granjas verticales utilizan contenedores de carga de 40 pies, que normalmente se emplean para transportar mercancías por todo el mundo. Varias empresas están reacondicionando estos contenedores para convertirlos en granjas verticales autónomas, equipadas con luces LED, sistemas de riego por goteo y estantes apilados verticalmente para sembrar y cultivar una gran variedad de plantas. Estas unidades autónomas cuentan con sistemas de gestión del crecimiento controlados por computadora que permiten a los usuarios monitorear todos los sistemas de forma remota desde un teléfono inteligente o una computadora. Tres de las empresas líderes en la producción de granjas verticales en contenedores de carga son Freight Farms, CropBox y Growtainers.

Granja vertical urbana «RusEco». Foto: S. Sobyanin; Wikimedia Commons

Ventajas y desventajas de las granjas verticales

Dickson Despommier, en su libro *La granja vertical: Alimentar al mundo en el siglo XXI*, enumeró una serie de beneficios ambientales y sociales de la agricultura vertical. A continuación se presenta una adaptación de los puntos principales de Despommier:

• Producción agrícola continua. La tecnología de agricultura vertical puede garantizar la producción agrícola durante todo el año en regiones no tropicales. La producción es mucho más eficiente que la agricultura tradicional. Según Despommier, un solo acre de una granja vertical en interior puede producir un rendimiento equivalente a más de 30 acres de tierras de cultivo, si se toma en cuenta el número de cosechas producidas por temporada.
• Eliminación de herbicidas y pesticidas. Las condiciones de cultivo controladas en una granja vertical permiten reducir o eliminar por completo el uso de pesticidas químicos. Algunas operaciones de agricultura vertical utilizan mariquitas y otros controles biológicos cuando es necesario para hacer frente a las infestaciones de plagas.
• Protección frente a las variaciones en la producción agrícola causadas por las condiciones climáticas. Dado que los cultivos en una granja vertical se desarrollan en un entorno controlado, están a salvo de fenómenos climáticos extremos como sequías, granizo, inundaciones e incluso huracanes.
• Conservación y reciclaje del agua. Las técnicas de cultivo hidropónico que se utilizan en las granjas verticales consumen entre un 70 % y un 95 % menos de agua que la agricultura convencional.
• Respetuoso con el clima. El cultivo en interiores reduce o elimina el uso de tractores y otra maquinaria agrícola de gran tamaño que se utiliza habitualmente en las granjas al aire libre, lo que a su vez reduce el consumo de combustibles fósiles. Según Despommier, la implementación de granjas verticales a gran escala podría dar lugar a una reducción significativa de la contaminación del aire y de las emisiones de CO₂. Además, las emisiones de carbono podrían reducirse porque los cultivos de una granja vertical por lo general se transportan a solo unas cuadras de la instalación de producción, en lugar de ser transportados en camión o por barco a cientos o miles de millas desde una granja convencional hasta el mercado.
• Respetuosa con las personas. La agricultura convencional es una de las ocupaciones más peligrosas en los Estados Unidos. Algunos riesgos laborales comunes que se evitan en la agricultura vertical son los accidentes al manejar maquinaria agrícola grande y peligrosa y la exposición a sustancias químicas tóxicas (Despommier, 2011).

A pesar de estas ventajas percibidas de las granjas verticales, algunos expertos en agricultura se muestran escépticos respecto a que los costos y beneficios salgan a cuenta. Algunos consideran que los altos precios de los bienes raíces urbanos en muchas ciudades podrían descartar la posibilidad de las granjas verticales (aunque el uso de almacenes abandonados o sitios contaminados ambientalmente podría mejorar la viabilidad económica). Además, el elevado consumo de electricidad para la iluminación y la climatización en una granja vertical afecta la viabilidad económica. A continuación se presenta un resumen de las desventajas percibidas de la agricultura vertical:

• Costos de terrenos y construcción. Los emplazamientos urbanos para granjas verticales pueden ser bastante caros. Algunas granjas verticales existentes se encuentran en almacenes abandonados, zonas en desuso o sitios del programa Superfund, lo cual puede resultar más económico para la construcción.
• Consumo de energía. Aunque los costos de transporte pueden ser considerablemente menores que en la agricultura convencional, el consumo de energía para la iluminación artificial y el control climático en una granja vertical puede aumentar significativamente los costos operativos. Un informe de 2021 del Censo Global de Agricultura en Ambiente Controlado (Global CEA Census) destaca que, mientras que los invernaderos consumen aproximadamente 5,4 kWh por kilogramo de producto cultivado, la agricultura vertical en interiores consume 38,8 kWh por kilogramo de producto cultivado. Si bien se están desarrollando luces LED que pueden reducir el consumo de energía y, en climas más soleados, se puede utilizar energía solar, aún persiste el debate sobre el verdadero impacto ecológico de la agricultura vertical en comparación con la agricultura tradicional (Tahir, 2024).
• Número limitado de especies de cultivos. En los sistemas hidropónicos, las verduras de hoja verde, como la lechuga, la espinaca y la col rizada, son los cultivos más populares debido a sus ciclos de vida cortos y sus necesidades nutricionales relativamente bajas. Estas características las hacen muy adecuadas para el ambiente controlado de la agricultura hidropónica, lo que permite cosechas más rápidas y un uso eficiente de los recursos. Por el contrario, los cultivos con ciclos de vida más largos y requisitos nutricionales más complejos, como los jitomates y los pepinos, son menos preferidos, ya que exigen una gestión y recursos más intensivos. Esto hace que las verduras de hoja verde sean la opción óptima para maximizar la productividad y la rentabilidad en los sistemas hidropónicos (Stanghellini y Katzin, 2024).
• Necesidades de polinización. Los cultivos que requieren polinización por insectos se encuentran en desventaja en una granja vertical, ya que por lo general se excluye a los insectos del entorno de cultivo. Es posible que las plantas que necesitan polinización deban ser polinizadas a mano, lo que requiere tiempo y mano de obra del personal. Sin embargo, en 2017, la startup italiana BuzzUp desarrolló un sistema de polinización de precisión supervisado por inteligencia artificial y algoritmos que utiliza abejas melíferas y abejorros para lograr una polinización óptima en la agricultura de interior, lo cual puede ayudar a diversificar las especies de cultivos y ha demostrado alcanzar rendimientos un 20 % más altos que los de los polinizadores no supervisados (Despommier, 2013).

¿Y qué hay de los gastos de iluminación?

En la mayoría de las granjas verticales se utilizan diodos emisores de luz (LED) de alta eficiencia, con bombillas especiales que emiten únicamente los espectros de luz roja y azul, los más beneficiosos para optimizar el crecimiento de las plantas. La eliminación de la emisión de otras longitudes de onda de luz ayuda a reducir los costos de energía hasta en un 15 %. Sin embargo, la factura eléctrica total (y la huella de carbono) de un invernadero vertical autónomo aún puede ser considerable. Entre los avances recientes se encuentran los LED ajustables, que adaptan los espectros de luz según la etapa de crecimiento de las plantas, lo que mejora aún más la eficiencia y reduce los costos. La investigación y el desarrollo continuos de LED aún más eficientes ayudarán a reducir los costos y la contribución a la contaminación por carbono de la iluminación LED en las operaciones de agricultura vertical (Katzin et al., 2021).

Grandes hileras de lámparas fluorescentes proporcionan el espectro de luz que mantiene con vida durante todo el año los lechos flotantes de plantas en The Plant Chicago, una instalación de agricultura vertical. Fuente: Peter Gray/Harvest Public Media

¿Pueden las granjas verticales obtener la certificación orgánica?

Los agricultores valoran la etiqueta «Certificado Orgánico por el USDA», y los consumidores suelen pagar un precio más alto por los productos orgánicos certificados. El Programa Orgánico Nacional (NOP) del USDA, conforme a la norma 7 CFR Parte 205, establece normas nacionales con el asesoramiento de la Junta Nacional de Normas Orgánicas (OSB). En 2017, se actualizaron las regulaciones del NOP para permitir que los sistemas hidropónicos obtengan la certificación orgánica si utilizan insumos orgánicos, tales como semillas orgánicas, fuentes naturales de nutrientes y sustancias aprobadas para el control de plagas, y cumplen con los criterios para preservar los recursos naturales y el equilibrio ecológico. En 2022, la Corte de Apelaciones del Noveno Circuito confirmó un fallo que permite que los productos hidropónicos se vendan como orgánicos, lo que mantiene vivo el debate sobre la aplicación de la Ley de Producción de Alimentos Orgánicos (OFPA) a la hidroponía. Para obtener más información, visita el sitio web del NOP o ponte en contacto con los agentes certificadores acreditados que figuran en la lista del USDA.

Aunque la certificación orgánica para los sistemas hidropónicos y acuapónicos ya está permitida según las regulaciones del NOP, siempre y cuando cumplan con los criterios de uso de insumos orgánicos y mantenimiento del equilibrio ecológico, el debate sigue siendo intenso. Los críticos sostienen que la verdadera agricultura orgánica requiere suelo y actividad biológica, y argumentan que los sistemas sin suelo no pueden encarnar los principios holísticos de la agricultura orgánica. Esta controversia ha llevado a que algunos grupos realicen esfuerzos continuos para revocar la aprobación de la certificación orgánica para la hidroponía, lo que pone de relieve la división persistente dentro de la comunidad de agricultores orgánicos (NOSB, 2010).

Financiamiento para granjas verticales

Obtener financiamiento inicial para cualquier proyecto agrícola es difícil. Esto es especialmente cierto para los agricultores y emprendedores que están estableciendo operaciones comerciales de agricultura vertical. Sin embargo, tanto fuentes de financiamiento públicas como privadas han apoyado a las granjas verticales en los últimos años y, a medida que la tecnología madura, es probable que haya más inversión en este sector. Es esencial contar con un plan de negocios bien elaborado, que incluya los costos de capital, las estrategias de mercadotecnia, la dotación de personal y la base de clientes, antes de buscar financiamiento.

Los programas federales y estatales de préstamos y subvenciones, que por lo general están disponibles para proyectos de agricultura tradicional y sostenible, también pueden aprovecharse para proyectos de agricultura vertical. El USDA enumera varias subvenciones y oportunidades de financiamiento que podrían ser adecuadas para la agricultura vertical en interiores:

• Servicio de Comercialización Agrícola (AMS) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). El AMS administra programas que apoyan los sistemas alimentarios locales y regionales, entre los que podrían incluirse iniciativas de agricultura vertical. Subvenciones como el Programa de Promoción de Mercados Agrícolas (FMPP) y el Programa de Promoción de Alimentos Locales (LFPP) tienen como objetivo fortalecer las oportunidades de mercado para los productores locales.
• Programas de Desarrollo Rural del USDA. El Departamento de Desarrollo Rural del USDA ofrece diversos programas de subvenciones y préstamos para apoyar el desarrollo económico en las zonas rurales. Los proyectos de agricultura vertical en regiones rurales pueden ser elegibles para recibir apoyo a través de programas como la Subvención para Productores de Valor Agregado (VAPG) o el Programa de Energía Rural para Estados Unidos (REAP).
• Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura (NIFA) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). El NIFA apoya actividades de investigación, educación y extensión en el ámbito de la agricultura. Es posible que haya oportunidades de financiamiento disponibles a través de los diversos programas de subvenciones del NIFA, como el Programa de Investigación y Educación en Agricultura Sostenible (SARE), que promueve prácticas agrícolas sostenibles.
• Programa de Agricultura Urbana e Innovación en la Producción (UAIP) del USDA. Las subvenciones competitivas del UAIP impulsan o amplían las iniciativas de agricultores, jardineros, ciudadanos, funcionarios gubernamentales, escuelas y otras partes interesadas en zonas urbanas y suburbanas. Los proyectos pueden centrarse en áreas como el acceso a los alimentos, la educación, los costos empresariales y de puesta en marcha para nuevos agricultores, así como en el desarrollo de políticas relacionadas con la zonificación y otras necesidades de la producción urbana.
• Programa de Subvenciones en Bloque para Cultivos Especializados del USDA. Las granjas verticales especializadas en cultivos de alto valor, como hierbas, microverduras o verduras especiales, pueden obtener apoyo a través del Programa de Subvenciones en Bloque para Cultivos Especializados, cuyo objetivo es mejorar la competitividad de los cultivos especializados en el mercado.
• Iniciativa de Investigación, Educación y Extensión sobre Producción Agrícola Urbana, en Interiores y Otros Sistemas Emergentes (UIE). La UIE es un programa de subvenciones competitivas de la NIFA puesto en marcha en 2022 para apoyar actividades de investigación, educación y extensión que faciliten el desarrollo de sistemas de producción agrícola urbanos, en interiores y otros sistemas emergentes.

Conclusión

La evolución de la agricultura vertical, desde un concepto novedoso hasta un fenómeno en auge, se hace evidente en el creciente número de granjas verticales en todo Estados Unidos y más allá. A diferencia de su enfoque inicial en las verduras para ensalada, las granjas verticales actuales diversifican su oferta de cultivos para abastecer a las comunidades locales y a las tiendas de alimentos especializados de alta gama. Este movimiento global resulta particularmente beneficioso en regiones propensas a los huracanes y que enfrentan escasez de agua, gracias a sus ventajas inherentes de eficiencia en el uso del espacio y menor consumo de agua.

De cara al futuro, se prevé que las granjas verticales den prioridad a los cultivos de alto rendimiento y ciclo corto, en consonancia con las preferencias de los consumidores por productos frescos y de origen local. La participación activa de las comunidades locales y las tiendas de alimentos especializados desempeña un papel crucial en el sostenimiento de estos sistemas agrícolas innovadores, lo que contribuye a su viabilidad económica. A pesar de los desafíos relacionados con el consumo de electricidad, la agricultura vertical ha respondido con soluciones innovadoras, como la adopción de sistemas de iluminación LED de alta eficiencia y prácticas integrales de gestión energética.

Cabe destacar que la industria ha invertido en estrategias como el aislamiento de edificios, sistemas avanzados de climatización y la integración de energía solar para mitigar los costos de electricidad, lo que reduce tanto la huella ecológica como mejora la viabilidad económica. El futuro de la agricultura vertical se presenta prometedor, caracterizado por un compromiso con la sustentabilidad, la eficiencia económica y la resiliencia frente a los desafíos ambientales. Los urbanistas y los defensores de la agricultura sustentable siguen de cerca estos avances, reconociendo el potencial de la industria para inspirar una transformación agrícola global hacia un futuro más sustentable y productivo.

Granjas verticales en Estados Unidos

A diciembre de 2023, hay cientos de granjas verticales en Estados Unidos. A continuación se presenta una lista selectiva de algunas de las granjas mencionadas en este artículo, así como de otras granjas verticales estadounidenses dignas de mención.

AeroFarms
Newark, Nueva Jersey
Sistema de agricultura vertical basado en la aeroponía. Está desarrollando la granja vertical más grande del mundo (69,000 pies cuadrados).

Bowery Farms Inc.
Nueva York, Nueva York
Empresa dedicada a la agricultura vertical y la agricultura digital con granjas en funcionamiento en Nueva Jersey, Maryland y Pensilvania. Se especializa en el cultivo y la distribución de lechuga, verduras de hoja verde y hierbas sin pesticidas.

Dream Harvest
Houston, Texas
Granja vertical de interior donde se cultivan diversas variedades de verduras de hoja verde.

Plenty
Compton, California
Plenty está construyendo actualmente la granja vertical de interior más avanzada del mundo, que abastecerá a las tiendas de comestibles de alta gama con verduras frescas durante todo el año, libres de pesticidas.

Area 2 Farms
Arlington, Virginia
Una granja vertical que ha reconvertido una antigua fábrica de procesamiento de papel y un almacén para cultivar verduras de hoja verde y otros vegetales utilizando técnicas avanzadas de agricultura de precisión.

Vertical Harvest
Jackson Hole, Wyoming
Una granja vertical con un carrusel giratorio de tres pisos, adosada a un estacionamiento.

FarmBox Foods
Castle Rock, Colorado
Una granja vertical en contenedores de carga dedicada al cultivo de verduras de hoja verde. En 2020, lanzaron una granja en contenedores especializada en hongos gourmet.

Referencias

Despommier, Dickson. 2013. «Farming up the City: The Rise of Urban Vertical Farms». Trends in Biotechnology. Vol. 31, n.º 7. págs. 388-389.

Despommier, Dickson. 2011. La granja vertical: cómo alimentar al mundo en el siglo XXI. Editorial Picador, Nueva York, NY.

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Junta Nacional de Normas Orgánicas (NOSB). 2010. Normas de producción para plantas terrestres en macetas y recintos: Recomendación formal de la Junta Nacional de Normas Orgánicas (NOSB) al Programa Orgánico Nacional (NOP). 29 de abril.

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Tahir, Faheem. 2024. «La mayor empresa de agricultura vertical». Yahoo Finance. 30 de junio.

Esta publicación ha sido elaborada por el NCAT a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, en el marco de un acuerdo de cooperación con el Departamento de Desarrollo Rural del USDA. Esta publicación también ha sido posible, en parte, gracias al financiamiento de la Subvención para Investigación Agrícola y Alimentaria n.º 2012-68006-30177 de la NIFA del USDA.