En mi enfoque, decidí no tomar un enfoque directo de calorías, simplemente porque esto no es práctico. Una planta de Kale ocupará aproximadamente el mismo espacio (horizontal) que una planta de papa y, sin embargo, producirá aproximadamente 1/3 a 1/2 de la densidad calórica por unidad de espacio. Eso es solo una estimación. La papa tiene aproximadamente 77 (k) calorías / gramo, mientras que Kale tiene aproximadamente 47 (k) calorías / gramo. Sin embargo, Kale es mucho menos densa. Tenemos que aplicar esto a todos nuestros cultivos. Entonces, en cambio, decidí trabajar desde lo que es una aproximación considerable a nuestras necesidades de espacio, la tecnología actual y dar un amortiguador para el interés, la variedad, los fallos, etc. Yo diría que, incluso en este espacio, es mejor que no tenga fallas importantes. .
La razón por la cual las respuestas a esta pregunta variarán de forma tan disparatada en los requisitos de espacio es, en primer lugar, un espacio vertical que, cuando lo comparamos con el espacio horizontal, tendrá que agregar aproximadamente una huella adicional para cada nivel adicional. En segundo lugar, existen amplias variaciones entre los métodos de cultivo y los rendimientos, y podemos ver números en todo el mapa. Sin embargo, un sistema de acuaponia estaría en casa en la ecuación y tal vez algunos pollos o algo así como conejillos de Indias (estoy hablando en serio, no es que los haya comido, pero lo hacen en Perú, ¿no?) O incluso mejores insectos. Estos pueden levantarse de los desechos del desperdicio de alimentos y el estiércol podría empaparse y reimplantarse en el sistema como fertilizante. ¿No estoy seguro de si todavía están haciendo eso en sistemas hidropónicos mixtos?
Asumiremos que la hidroponía no solo es más adecuada para el cultivo en interiores, sino que también evita los problemas asociados con el agotamiento del suelo en un sistema cerrado, pero de todos modos necesitamos reabastecernos con fertilizantes, es un sistema mejor para el cultivo en interiores. (Nota, solo contabilicé la iluminación en esta estimación).
Basado en varios indicadores de personas como Eliot Coleman, los dos ejemplos aquí, y mi propia experiencia con un jardín sostenible de 1500 pies ^ 2 que tuve durante años, puedo decir con seguridad que podría cultivar todas mis calorías en 1500 pies ^ 2 con espacio de sobra.
También es seguro asumir una eficiencia ligeramente mayor para los LED. Muchas de las bombillas actuales están llegando al límite. Encontré un modelo de espectro completo de LED muy decente al responder esta pregunta y el consumo aproximado es de 330 W y cubre una cubierta de 16 pies ^ 2. Tener un sistema desplegable como este elimina los problemas con el diseño personalizado y potencialmente para ahorrar muy poco, tiene mucho que ganar. Estos cuestan alrededor de $ 900, pero a granel sería alrededor de $ 800. Puedo garantizarte que tendrás dificultades para mejorar los pies cuadrados y esperar grandes resultados.
Entonces, si seguimos este método, sabemos que una de esas luces funciona el 75% del día o 18 horas, aunque podemos argumentar a favor y en contra de esta y otras cuestiones, pero supongamos que estamos buscando un contenido calórico estricto principalmente .
Entonces 1500 pies ^ 2/16 pies ^ 2 = 93.7, entonces digamos 94 de estas luces. (Por otro lado, con la iluminación LED debe estar muy cerca del dosel, por lo que aprovechar los niveles de derrame no lo va a comprar mucho)
94 * 330 W * 18 h / día / 1000 = 564.3 kWh / día
564,3 kWh / día * 365 días = 205969 kWh
Las luces LED costarían 94 * 800 = $ 75,000.
Así que mi estimación para las piezas OTS, y un 50% más de espacio que la de Ian es casi el doble del costo de la energía. La mayor diferencia aquí es la suposición de que uno puede traducir una caloría directamente de la luz solar. No todas las plantas son iguales y no todos los cultivos crecen igual. Los cultivos “calóricos” energéticamente densos serían los mejores, pero los humanos necesitan variedad para mantener la salud y combatir las enfermedades. Después de todo, la idea es la autosuficiencia, no más confianza. Por supuesto, la única forma de realmente saber es comenzar con un área de 16 pies ^ 2, y ver qué creces en un año debajo de eso. Tome solo alimentos densos en calorías y extrapoleos. Estoy seguro de que puedo proporcionar una mejor respuesta, pero eso es mucho más trabajo del que tengo ahora por ahora 🙂.
Para hacer esto con la energía solar, necesitaría aproximadamente el equivalente a 113 x 1000 W de paneles para la Zona 5. Esto costaría aproximadamente alrededor de $ 190,000 más la implementación, etc.
Entonces, por el costo de un buen hogar, podría tener un sistema que produciría seguridad alimentaria durante mucho tiempo. Durante toda la vida puede ser un descanso aun considerando que una factura de alimentos de alta gama es de alrededor de $ 400 / mo $ 4800 (eso incluye otras cosas, por lo que para ser justos también podríamos decir que lo que estamos produciendo son precios orgánicos de alta gama.
Obviamente, si tuviéramos que complementar simplemente con LED y tener el efecto invernadero o incluso la luz del día parcial, podríamos reducir drásticamente el costo de la energía. Otra cosa es que, si vives allí, nunca tendrás que calentar el lugar. Una cosa, según mi propia experiencia, es que cultivar alimentos requiere mucha energía en sí mismo. No solo la energía para la fotosíntesis, sino la energía para cuidar los cultivos, bombear el agua, cosechar los cultivos, procesar los cultivos, cocinar los cultivos … etc. Es todo un sistema. Ah, también lo olvidé, probablemente querrás un sistema de CO2 en algo de esta magnitud.
Según un artículo publicado en el Boston Globe *, la familia promedio de cuatro estadounidenses requiere 9,200 kilocalorías por día. [1] Para una persona, este es un promedio de 2,300 (que en mi opinión es alto para el estadounidense “promedio” [a menos que los analistas estuvieran considerando el contenido calórico necesario para mantener el jardín], pero trabajaremos con eso). Entonces, como ejemplo, 2,300 kilocalorías por día equivalen a 6,5 libras de papas por día. Ahora, por supuesto, no podríamos simplemente sobrevivir con patatas (¿probablemente?), Pero supongamos una dieta vegetariana por simplicidad.
Para producir 2,300 kilocalorías de productos consumibles por día, los analistas proyectan que se necesitarían 0,44 acres de tierra, el equivalente a unos 19,000 pies cuadrados. Entonces, suponiendo que no empleó ningún método de cultivo vertical, se requiere que el espacio de almacén sea menor a 20,000 pies cuadrados. Para la perspectiva, sería un almacén un poco menos de la mitad del tamaño de un campo de fútbol americano.
*** Me gustaría ceder a la respuesta de Ian en la parte de electricidad, ya que estoy mucho menos calificado que él, pero dejaré mi respuesta para su propia disección. No consideré cosas como el control del clima y el uso de la energía de bombeo de agua *** Ahora, para la iluminación, tengo una experiencia limitada en la configuración de la lámpara de crecimiento , así que voy a hacer algunas suposiciones aquí para dar una cifra aproximada. El LumiGrow Pro 650 de FarmTek es un modelo hortícola que utiliza diodos emisores de luz (LED) para permitir al productor ajustar el espectro de luz de las plantas a continuación. Al hacerlo, consume 650 vatios. El área de la luz crece mide 1.15 pies cuadrados, pero supongo que puede colocarlos unos centímetros y colgarlos lo suficientemente alto como para que la luz emitida pueda cubrir aproximadamente 4.4 pies cuadrados (espacio de 6 pulgadas en todos los lados) y seguir siendo efectivos. Para esta cobertura, el almacén de 19,000 pies cuadrados requeriría 4,318 luces de crecimiento (lo cual también parece ser muy numeroso, así que tal vez habría un espaciado más distante entre las luces – Pero vamos a seguir con esto). Cuatro mil trescientos dieciocho luces de crecimiento usarían 2,8 millones de vatios por hora. Suponiendo un “día” de 12 horas, la iluminación usaría 33,600 kWh / día o 12,3 millones de kWh / año.
De nuevo, un sistema vertical podría reducir sustancialmente la huella, pero puede que no reduzca tanto los requisitos de luz, ya que cada planta necesita su cantidad de luz solar necesaria independientemente de un sistema vertical u horizontal.
Ahora, por la bonificación: Producir eso fuera de la red. Los analistas afirman que un hogar consume poco menos de 11,000 kWh de energía por año, y que generar tal potencia requeriría 375 pies cuadrados. Si bien la adición de paneles solares a su almacén ayudaría, solo produciría el 4.5% de la potencia que necesita su configuración. No puedo pensar en ninguna tecnología actual que pueda cerrar la brecha del 95.5% y permanecer fuera de la red, a pesar de un complejo sistema de represas y norias. Pero si tuvieras acceso a eso, dudo que estarías creciendo en un almacén para empezar.
* Es importante tener en cuenta que el Boston Globe publicó el artículo, pero fue un análisis realizado por la organización One Block Off the Grid. La compañía de energía solar puede presentar un ligero sesgo hacia la agricultura y los métodos de sostenibilidad que sesgarían los números de análisis a favor de la energía solar.
Notas a pie de página
[1] ¿Cuánta tierra necesitas para alimentar a una familia?
Lo siento, esta no es una pregunta que consideraría intentar dar una respuesta precisa. ¿Por qué? Debido a que las variables hacen que sea poco práctico responder (y no me refiero a lo poco práctico que es hacer lo que usted mencionó).
Entonces, para este año, ¿el único alimento será el que se cultiva en el almacén? En otras palabras, ¿no hay trigo, maíz, avena, arroz, etc.? No hay productos de origen animal? ¿Qué hay de las grasas? Son absolutamente esenciales en la dieta y la única buena fuente de grasas vegetales (que se puede cultivar y cosechar en un año, no necesita un área grande para crecer y que yo sepa) son los cacahuetes. Acostúmbrate a beber solo agua o algunos jugos de verduras (pero eso puede ser un desperdicio). No hay café, té o dulces. No consuma bebidas alcohólicas a menos que desee preparar algunas de las verduras más dulces (remolacha y zanahoria).
Tendrás que comer MUCHAS verduras para obtener las calorías necesarias hasta que las verduras con almidón o cualquier semilla maduren lo suficiente como para hacer la diferencia. Toma 3 o 4 meses antes de que pueda comer papas, legumbres u otras semillas. Podrá comenzar a cosechar remolachas y zanahorias aproximadamente 2 meses después de la siembra, pero no lo suficiente como para satisfacer sus necesidades calóricas o se los habrá comido todos antes de que sean lo suficientemente grandes.
No hay fuentes de vitamina B12 a base de plantas, por lo que su dieta será deficiente en ese nutriente. Si su dieta previamente estaba bien equilibrada, debería tener suficientes tiendas para que dure todo el año. La mayoría de las diferentes vitaminas B que necesitamos provienen de fuentes animales (huevos, carne y leche) o de semillas (principalmente granos, legumbres y nueces). Ninguno de los grupos de alimentos estará disponible para usted excepto las legumbres y solo después de varios meses hasta que estén maduras. Es probable que te encuentres mostrando signos leves a medianos de diferentes deficiencias de vitamina B ya que son vitaminas solubles en agua y no están bien almacenadas en el cuerpo. Busque beriberi (deficiencia de tiamina [B1]), ariboflavinosis (deficiencia de riboflavina [B2]) y pelagra (deficiencia de niacina). No dice que una persona desarrollaría estos en toda regla, pero es bueno entender lo que puede suceder. Una persona debería elegir sabiamente las plantas en las que planea vivir durante el año. Lo mejor es leer lo que constituye una buena dieta vegana para tratar de prevenir cualquier deficiencia que pueda surgir en las elecciones de plantas mal planificadas.
Ian, creo que en tus cálculos, es probable que no tomes en cuenta los desechos de las plantas. Si cultiva lechuga, estará consumiendo toda la planta menos raíces. Si cultiva frijoles o tomates, solo usará una pequeña parte de la planta y el resto no será comestible, o en el caso de los tomates, las hojas y los tallos son tóxicos.
¿No sería mejor utilizar la electricidad y el dinero para el uso instalando un techo transparente y la parte superior de las paredes de este almacén y los medios para mantener una temperatura pareja utilizando la ventilación? ¿Y por qué necesitarías un solo gran edificio del tamaño de un almacén para cultivar las plantas? ¿No sería más práctico tener varios edificios diferentes para poder agrupar plantas que tengan requisitos de temperatura y luz similares?
Oh, espera … ¿suena esto como una serie de invernaderos puestos uno al lado del otro? Supongo que esa idea ya se ha hecho antes. 😉
[Nota: Reduje mi respuesta original para incluir solo el uso de electricidad de iluminación. Creo que la electricidad HVAC variará demasiado dependiendo del clima. Además, estos números están definitivamente en el extremo inferior de una estimación. La fotosíntesis podría ser fácilmente inferior al 3%]
Utilizando los cálculos a continuación, estimo que se necesitan aproximadamente 94,000 kWh de electricidad por año para proporcionar 2000 calorías por día solo para iluminación (HVAC también usará electricidad). También estimo unos 908 pies cuadrados de plantas bajo luz , con un espacio de almacenamiento que varía según el porcentaje de plantas y pasillos y el número de “niveles” de crecimiento de plantas que tiene.
Para estimar la energía necesaria para la iluminación, necesitamos saber cuánta electricidad se necesita para producir una caloría de comida (4184 Joules). Esto requiere asumir una eficiencia para la conversión de electricidad a luz, y de luz a biomasa (eficiencia fotosintética). Usaré las siguientes suposiciones.
- Electricidad a la eficiencia lumínica de los LED: 30%
- Eficiencia fotosintética de las plantas: 3%
Asi que,
4184 [J] /0.3/0.03 = 464888 Joules Electricidad a una caloría de comida
Luego, para obtener esto en KWh, divida por los Joules en un KWh (3600000).
464888 [J / Cal food] / 3600000 [J / kWh] = 0.129 kWh por caloría de alimento
Luego, para determinar el kWh necesario para todo un año, multiplique por 2000 calorías por día y 365 días por año.
0,129 [kWh] * 2000 [cal / día] * 365 [día / año] = 94,269 kWh por año
Estimar los pies cuadrados de almacén necesarios es un poco más difícil (y muy variable). Pero hagamos algunas suposiciones. Este enlace afirma que la mayoría de los cultivos que se cultivan en interiores usan alrededor de 2,500 pies-velas de luz. Usando este enlace para convertir velas ft a W / m ^ 2, 2,500 pies-velas son aproximadamente 170 W / m ^ 2 (usando plantas crecen fluorescentes).
Usando las eficiencias anteriores para obtener 2000 cal / día.
94,269 [kWh / año] / 8760 [h / año] = 10,761 W de iluminación en promedio
Ahora supongamos que las luces solo pasan 18 h / día o el 75% del día, obtenemos:
10,761 W / 0,75 = 14,348 W de iluminación cuando está encendida
Para obtener espacio en m ^ 2: 14,348 [W] / 170 [W / m ^ 2] = 84,4 m ^ 2 = 908 pies cuadrados de plantas bajo luz.
