Source material

Capítulo 21 La acuapónica en el entorno construido

1. 21.1 Introducción

   Original publication 2019 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   La acuapónica ha sido reconocida como una de las «diez tecnologías que podrían cambiar nuestras vidas» por el mérito de su potencial para revolucionar cómo alimentamos a las crecientes poblaciones urbanas (Van Woensel et al. 2015). Este sistema de crecimiento recirculante sin suelo ha estimulado el aumento de la investigación académica en los últimos años y ha inspirado el interés en el público, según lo documentado por una alta proporción de resultados de búsqueda de Google a Google Scholar en 2016 (Junge et al. 2017). Durante mucho tiempo, la acuapónica se ha practicado principalmente como un pasatiempo en el patio trasero. Actualmente se utiliza cada vez más comercialmente debido al fuerte interés de los consumidores por los métodos agrícolas ecológicos y sostenibles. Una encuesta realizada por el equipo CITYFOOD en la Universidad de Washington en julio de 2018 muestra que el número de operaciones acuapónicas comerciales ha aumentado rápidamente en los últimos 6 años. Esta búsqueda focalizada de operaciones acuapónicas identificó 142 operaciones acuapónicas activas con fines de lucro en América del Norte. Sobre la base de información en línea, el 94% de las fincas han comenzado su operación a escala comercial desde 2012; solo nueve granjas acuapónicas comerciales han estado operando desde hace más de 6 años (Fig. 21.1).

   La mayoría de las operaciones acuapónicas encuestadas se encuentran en zonas rurales y a menudo están conectadas a granjas existentes para aprovechar los bajos precios de la tierra, disponibles

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="zoom: 48%;»/

   Fig. 21.1 Practicantes acuapónicos existentes en América del Norte, 142 empresas comerciales (rojo) y

   17 centros de investigación (azul), (CITYFOOD, julio 2018)

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="zoom: 75%;»/

   Fig. 21.2 Acuapónica en toda Europa: 50 centros de investigación (azul) y 45 empresas comerciales (rojo). (EU Aquaponics Hub 2017)

   infraestructura y códigos de construcción propicios para las estructuras agrícolas. Sin embargo, un número creciente de operaciones acuapónicas también se encuentran en las ciudades. Debido a su huella física relativamente pequeña y alta productividad, las operaciones acuapónicas son muy adecuadas para la práctica en entornos urbanos (Junge et al. 2017). Las encuestas realizadas bajo los auspicios del Hub Aquaponics de la Unión Europea (UE) en 2017 identificaron 50 centros de investigación y 45 empresas comerciales que operan en la Unión Europea (Fig. 21.2). Estas empresas varían en tamaño desde pequeño a mediano.

   21.1.1 Acuapónica en entornos urbanos

   El espacio es una mercancía valiosa en las ciudades. Las granjas urbanas tienen que ser ingeniosas para encontrar sitios disponibles como lotes vacantes, tejados existentes y almacenes infrautilizados que sean asequibles para un negocio agrícola (de Graaf 2012; De La Salle y Holanda 2010). Las granjas acuapónicas urbanas necesitan equilibrar los costos de producción más altos con las ventajas competitivas de comercialización y distribución que ofrecen las ubicaciones urbanas. El mayor beneficio para localizar las operaciones acuapónicas en las ciudades es un mercado de consumo creciente con interés en productos frescos, de alta calidad y cultivados localmente. Al cumplir con las regulaciones locales para productos orgánicos, las granjas urbanas pueden alcanzar precios premium para sus verduras de hoja cultivadas acuapónicamente, hierbas y tomates (Quagrainie et al. 2018). A diferencia de la hidropónica, la acuapónica también tiene la capacidad de producir pescado, mejorando aún más la viabilidad económica en un entorno urbano que a menudo tiene diversas necesidades dietéticas (König et al. 2016). Las granjas acuapónicas urbanas también pueden ahorrar algunos costos operativos al reducir la distancia de transporte al consumidor y reducir la necesidad de almacenamiento de cultivos (dos Santos 2016).

   Las condiciones ambientales urbanas también pueden ser ventajosas para las granjas acuapónicas. Las temperaturas medias en las ciudades son más altas que en las zonas rurales (Stewart y Oke 2010). En las regiones más frías, en particular, las granjas pueden beneficiarse de un clima urbano más cálido, lo que puede ayudar a reducir la demanda de calefacción y los costes operativos (Proksch 2017). Las granjas acuapónicas que se integran con los sistemas de construcción de un edificio anfitrión pueden utilizar aún más recursos urbanos como el calor residual y el COSub2/sub en el aire de escape para beneficiar el crecimiento de las plantas como alternativa a la fertilización convencional de COSub2/sub. Las granjas urbanas también pueden ayudar a mitigar los aspectos negativos del efecto de las islas térmicas urbanas durante los meses de verano. La vegetación adicional, incluso si se cultiva en invernaderos, ayuda a reducir la temperatura ambiente a través del aumento de la evapotranspiración (Pearson et al. 2010). En acuapónica, el uso de infraestructuras de recirculación de agua reduce el consumo general de agua para la producción de pescado y lechuga y, por lo tanto, puede tener un efecto positivo en el ciclo urbano del agua. Los productos cultivados con acuaponía se esfuerzan por cerrar el ciclo de nutrientes, evitando así la producción de escorrentía agrícola. A través de la gestión inteligente de los recursos dentro de los principales sistemas ambientales, la acuapónica ayuda a reducir el consumo excesivo de agua y la eutrofización generalmente creada por la agricultura industrial.

   21.1.2 La acuapónica como agricultura ambiental controlada (CEA)

   Las técnicas agrícolas tradicionales para extender la temporada de cultivo natural varían desde modificaciones ambientales mínimas, como casas temporales de aro utilizadas en campos basados en el suelo, hasta el control ambiental total en instalaciones permanentes que permiten la producción durante todo el año independientemente del clima local ( Agricultura ambiental controlada 1973). Esta última estrategia también se conoce como agricultura ambiental controlada (CEA) e incluye invernaderos e instalaciones de cultivo en interiores. Además de controlar el clima interior, CEA también reduce significativamente el riesgo de pérdida de cultivos por calamidades naturales y la necesidad de herbicidas y pesticidas (Benke y Tomkins 2017). La mayoría de las operaciones acuapónicas se conciben como CEA, ya que combinan dos sistemas complejos de cultivo (acuicultura e hidropónica), que requieren condiciones de crecimiento controladas para garantizar una productividad óptima. Además, CEA permite que la producción durante todo el año amortice altas inversiones en infraestructura acuapónica y logre precios de cultivo premium en el mercado fuera de la temporada de crecimiento natural. El rendimiento de los recintos agrícolas acuapónicos depende en gran medida del clima local y de los cambios estacionales (Graamans et al. 2018).

   Dado que la acuapónica es una disciplina relativamente joven, la mayor parte de la investigación existente se centra a nivel del sistema, por ejemplo, estudios que evalúan la integración técnica de la acuicultura con la hidropónica en diferentes configuraciones (Fang et al. 2017; Lastiri et al. 2018; Monsees et al. 2017). Aunque los componentes individuales del sistema acuapónico y sus interacciones pueden optimizarse aún más para la productividad, su rendimiento dentro de un entorno controlado no se ha abordado de manera exhaustiva. Investigaciones recientes en CEA han comenzado a evaluar el rendimiento del sistema hidropónico en conjunto con el rendimiento del entorno construido, aunque hasta la fecha solo hay un estudio que modela el rendimiento del sistema aquapónico en una envoltura controlada (Benis et al. 2017a; Körner et al. 2017; Molin y Martin 2018a; SanJuandelMás et al. 2018).

   21.1.3 Colaboraciones en Investigación Acuapónica

   La expansión actual del interés en la acuapónica llevó a la creación de varias colaboraciones interdisciplinarias relacionadas con la acuapónica financiadas por la Unión Europea (UE). El proyecto COST FA1305, que creó el EU Aquaponics Hub (2014-2018) reunió a la investigación acuapónica y a los productores comerciales para comprender mejor el estado del arte en la acuapónica y generar esfuerzos coordinados de investigación y educación en toda la UE y en todo el mundo. Innovative Aquaponics for Professional Application (INAPRO) (2014—2017), un consorcio de 17 socios internacionales, tuvo como objetivo avanzar en los enfoques actuales de la acuapónica rural y urbana a través del desarrollo de modelos y la construcción de invernaderos prototípicos. El proyecto CITYFOOD (2018—2021) dentro de la Iniciativa de Crecimiento Urbano Sostenible (SUGI), cofinanciado por la UE, el Foro Belmont y las respectivas fundaciones científicas, investiga la integración de la acuapónica en el contexto urbano y su posible impacto en los desafíos globales del nexo alimento-agua-energía.

2. 21.2 Clasificación de la Acuapónica Ambiental Controlado

   Original publication 2019 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   El término acuapónica se utiliza para describir una amplia gama de diferentes sistemas y operaciones, muy variando en tamaño, nivel tecnológico, tipo de recinto, propósito principal y contexto geográfico (Junge et al. 2017). La primera versión de los criterios de clasificación para granjas acuapónicas incluyó objetivos de las partes interesadas, volumen del tanque y parámetros que describen componentes de la acuicultura y del sistema hidropónico (Maucieri

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="zoom: 48%;»/

   Fig. 21.3 Criterios de clasificación para identificar tipos de explotaciones acuapónicas

   et al. 2018). Un gran grupo de investigadores emprendió un trabajo adicional para definir la acuapónica y presentar una nomenclatura basada en el consenso internacional (Palm et al. 2018). Esto llevó a una discusión exhaustiva sobre los tipos y escalas de sistemas y, lo que es más importante, una definición de acuapónica que es: «la mayoría (\ > 50%) de los nutrientes que sostienen el crecimiento óptimo de las plantas deben derivarse de residuos procedentes de la alimentación de los organismos acuáticos.» Sin embargo, ambas definiciones se centran en la y no tienen en cuenta otros aspectos esenciales de una granja acuapónica comercial en funcionamiento. A medida que las operaciones acuapónicas pasen a formar parte de las economías locales, los criterios de clasificación identificados por la investigación interdisciplinaria en campos como la arquitectura, la economía y la sociología también serán esenciales.

   Esta propuesta de clasificación se centra en el campo emergente de las operaciones acuapónicas comerciales a través de la lente del entorno construido. Las características clave que describen una operación acuapónica se dividen en cuatro categorías diferentes: sistema de crecimiento, recinto, operación y contexto (Fig. 21.3). Estas categorías para los criterios de clasificación se afectan entre sí a través de escalas, donde las configuraciones del sistema de crecimiento pueden afectar el rendimiento contextual de la granja como negocio, o las demandas del mercado local pueden determinar el tipo de cultivo cultivado en el sistema aquapónico. Algunos criterios de clasificación de las explotaciones son relevantes en todas las escalas, como «tamaño», medido en volumen del tanque, área en crecimiento, número de empleados e ingresos anuales (Tabla 21.1).

   • Sistema de crecimiento Los criterios de clasificación describen la configuración del sistema acuícola e hidropónico interconectado. Esto incluye especificaciones para los componentes físicos que permiten la recirculación de agua y nutrientes (tales como tanques de agua, filtros, bombas y tuberías), organismos vivos que transforman los nutrientes disponibles en diferentes etapas (incluyendo especies de peces, plantas y microorganismos) y valores que describen el rendimiento del sistema, tales como temperatura, niveles de pH, contenido de oxígeno/carbono y conductividad eléctrica (Alsanius et al. 2017).

   Tabla 21.1 Posibles criterios de clasificación para los tipos de explotaciones acuapónicas

   tabla tead tr class="encabezado» El sistema de crecimiento/th th Gabinete /th th Operación /th th Contexto /th /tr /thead tbody tr class="impar» TDATipo de sistema de acuicultura/td td Tipología de gabinete /td td Propósito /td td Ubicación geográfica /td /tr tr class="incluso» Especie de peces TD/td td Sistema estructural /td td Partes interesadas /td td Contexto físico /td /tr tr class="impar» TDTemperatura del agua/td td Material de la cubierta del conjunto de sobres /td td Modelo de negocio /td td Impacto ambiental /td /tr tr class="incluso» Sistema de filtración TD/td td Sistemas de calefacción/refrigeración /td td Trabajo distribución /td td Contexto socioeconómico /td /tr tr class="impar» Tipo TDFeed/td td Fuente de luz /td td Tipo de financiación /td td rowspan=4 Impacto social /td /tr tr class="incluso» Tipo de sistema TDHydroponic /td td Sistema de ventilación /td td Plan de comercialización /td /tr tr class="impar» Especie tdCrop/td td rowspan=2 Integración de edificios de host /td td rowspan=2 Modelo de distribución /td /tr tr class="incluso» Sistema de distribución de agua/td /tr /tbody /tabla

   • Los criterios de clasificación del recinto definen las características de los edificios que albergan los sistemas de cultivo, a la siguiente escala. La mayoría de las granjas acuapónicas utilizan recintos CEA que varían al identificar la tipología (como un invernadero o almacén), el sistema estructural, los sistemas de calefacción y refrigeración, la iluminación, la ventilación y los sistemas de control de humedad (Benke y Tomkins 2017).
   • Los criterios de clasificación de operaciones describen cómo funciona cada granja acuapónica como un negocio y una granja, lo que incluye la experiencia humana y la aportación de mano de obra necesaria para cultivar y vender productos. Los criterios de esta sección incluyen el tipo de financiación, la estructura y gestión del negocio, los requisitos laborales y la división, el esquema de comercialización, el modelo de distribución de productos y el propósito general de la instalación acuapónica.
   • Los criterios de clasificación de contexto, a mayor escala, describen la ubicación geográfica, el contexto físico, la integración urbana y el impacto social general de las granjas acuapónicas. Los criterios contextuales describen cómo una granja acuapónica forma parte de la cadena alimentaria urbana y el entorno construido, capaz de influir en el crecimiento económico, la participación social y los impactos ambientales a gran escala a escala de la ciudad (dos Santos 2016).

3. 21.3 Tipologías de cerramientos y casos prácticos de granjas comerciales

   Original publication 2019 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Esta investigación se centra en definir criterios de clasificación acuapónica a nivel de recinto para complementar las definiciones existentes a nivel de sistema. Los tipos de cerramientos discutidos aquí trabajan con diferentes sistemas de construcción, niveles de control tecnológico, estrategias pasivas de control climático y fuentes de energía para lograr un clima interior apropiado. La mejor aplicación de cada tipología de recinto depende principalmente del tamaño de la operación, la ubicación geográfica, el clima local, las especies de peces y cultivos objetivo, los parámetros requeridos de los sistemas que alberga y el presupuesto. Este estudio identifica cinco tipologías de cerramientos diferentes y define las características de los espacios interiores que albergan la infraestructura acuícola.

   21.3.1 Tipologías de invernadero

   Esta clasificación incluye cuatro categorías de invernaderos (invernaderos de tecnología media, invernaderos solares pasivos, invernaderos de alta tecnología e invernaderos en tejados) que son aplicables a operaciones acuapónicas a nivel comercial (Tabla 21.2). Los invernaderos existentes pueden no encajar exactamente en una sola tipología, pero entran dentro de un espectro de tecnología media a alta tecnología mediante la incorporación selectiva de técnicas de control ambiental activas y pasivas.

   Invernaderos de tecnología mediana Los invernaderos con niveles intermedios de tecnología para controlar el clima interior incluyen Quonset independiente o conectado a canalones (tipo Nissen choza), hoop house (polytunnel) e invernaderos pares. Por lo general, están cubiertos con doble película de polietileno (PE) o paneles de plástico rígido, como paneles acrílicos (PMMA) y paneles de policarbonato (PC). Estos invernaderos son menos costosos de instalar, aunque el revestimiento de película necesita ser reemplazado con frecuencia debido al rápido deterioro causado por la exposición constante a la radiación UV (Proksch 2017). Estos invernaderos protegen los cultivos de fenómenos meteorológicos extremos y hasta cierto punto patógenos, pero sólo ofrecen un nivel limitado de controles climáticos activos. En cambio, dependen de la radiación solar, los sistemas de sombreado simples y la ventilación natural. Con su limitada capacidad para modificar las condiciones de crecimiento dentro de un cierto rango, los invernaderos de tecnología media rara vez se utilizan para albergar granjas acuapónicas en climas fríos. Esto se debe a que la alta inversión inicial en los componentes hidropónicos y acuícolas requiere un entorno estable y una producción fiable durante todo el año para ser comercialmente viable.

   Las operaciones acuapónicas en climas más cálidos han demostrado con éxito el uso de invernaderos de tecnología media que emplean refrigeración por evaporación y sistemas de calefacción simples. Por ejemplo, Sustainable Harvesters en Hockley, Texas, EE.UU. utiliza un simple invernadero Quonset (12.000 sf/1110 msup2/sup) para la producción de lechuga durante todo el año sin depender de un amplio calentamiento o iluminación suplementarios. Ouroboros Farms en Half Moon Bay, California, EE.UU. utiliza un invernadero existente (20.000 sf/1860 msup2/sup) para producir lechuga, hojas verdes y hierbas (Fig. 21.4). Debido al clima templado, la granja utiliza principalmente sombreado estático y poca calefacción y enfriamiento suplementarios. Ambas granjas, como muchas operaciones de tecnología media más pequeñas, colocan sus acuarios en el mismo espacio de invernadero que el sistema de cultivo hidropónico. Las granjas cultivan especies de peces que toleran un amplio rango de temperatura (tilapia) y sombrean tanques acuícolas para evitar el sobrecalentamiento y el crecimiento de algas.

   Cuadro 21.2 Comparación de los estudios de casos por tipologías de recintos

   tabla tead tr class="encabezado» TCea tipo/ésima th Estudios de casos /th th Sistema de construcción /th th Controles /th th Temporada de crecimientosupa/sup y latitud /th th Zonas de dureza upb/sup /th /tr /thead tbody tr class="impar» td rowspan=6 invernaderos medianos/td td rowspan=3 Ouroboros Farms, Half Moon Bay, California, Estados Unidos (20,000 sf/1860 msup2/sup) /td td rowspan=3 GH existente, conectado a canaletas con dos tramos pares, revestidos con vidrio de un solo panel, tanques de peces en GH /td td rowspan=3 Sombreado estático, cortinas de sombreado /td td rowspan=2 319 días/ 10,6 meses /td td 10a /td /tr tr class="incluso» td 30 a 35 °F /td /tr tr class="impar» td 37.5˚ N /td td -1.1 a 1.7° C /td /tr tr class="incluso» td rowspan=3 Cosechadoras sostenibles, Hockley, TX, Estados Unidos (12.000 sf/1110 msup2/sup) /td td rowspan=3 Cuadro Quonset, multi-túnel (3) GH, recubierto con película PE y paneles de plástico rígido, peceras en GH /td td rowspan=3 Refrigeración evaporativa, ventilación forzada /td td rowspan=2 272 días/ nueve meses /td td 8b /td /tr tr class="impar» td 15 a 20 °F /td /tr tr class="incluso» td 30.0 ˚N /td td -9.4 a 6.7° C /td /tr tr class="impar» td RowSpan=6invernaderos solares pasivos/td td rowspan=3 Invernadero solar Aquaponic, Neuenburg am Rhein, Alemania (2000 sf/180 msup2/sup) /td td rowspan=3 Invernadero solar (chino), con pared de adobe como masa térmica adicional, revestida con película ETFE, tanques de peces en GH /td td rowspan=3 Módulos fotovoltaicos personalizados para sombreado y producción de energía /td td rowspan=2 202 meses/ 6,6 meses /td td 8a /td /tr tr class="incluso» td 10—15 ˚F /td /tr tr class="impar» td 47,8 ˚N /td td

   • 12,2 a -9,4 °C /td /tr tr class="incluso» td rowspan=3 Invernadero ecológico en Finn & Roots, Bakersfield, VT, EE.UU. (6000sf/ 560 msup2/sup) /td td rowspan=3 Invernadero solar, tierra protegida, ángulo empinado de cubierta orientada al sur (ca. 60), aislamiento grueso, acristalamiento solar especial, tanques de peces en el norte, lado subterráneo /td td rowspan=3 Calor radiante alimentado por madera, cortina de energía, ventilación con efecto apilable, iluminación LED suplementaria /td td rowspan=2 108 días/ 3,6 meses /td td 4a /td /tr tr class="impar» td -30 a -25 °F /td /tr tr class="incluso» td 44.8˚ N /td td -34.4 a -31.7 ˚C /td /tr tr class="impar» td RowSpan=6invernaderos de alta tecnología/td td rowspan=3 Superior Fresh Farms, Hixton, WI, Estados Unidos (123.000 sf/11,430 msup2/sup) /td td rowspan=3 Estilo Venlo, conectado a la canaleta, (20 41 bahías), revestida de vidrio, peceras en edificio separado /td td rowspan=3 Entorno CEA controlado por ordenador, iluminación LED suplementaria, /td td rowspan=2 122 días/ 4,1 meses /td td 4b /td /tr tr class="incluso» td -25 a -20 °F /td /tr tr class="impar» td 44,4 N /td td -31.7 a -28.9 ˚C /td /tr tr class="incluso» td rowspan=3 Blue Smart Farms, Cobbitty, Nueva Gales del Sur, Australia (53.800 sf/5000 msup2/sup) /td td rowspan=3 Estilo Venlo, canaletas conectadas, (14 18 bahías), revestida de vidrio, construcción de dos pisos, tanques de peces en el nivel inferior /td td rowspan=3 Control biológico de plagas del medio ambiente CEA controlado por ordenador /td td rowspan=2 300 días/ 10 meses /td td 9b /td /tr tr class="impar» td 25 a 30 °F /td /tr tr class="incluso» td 34.0˚S /td td -3.9 a -1.1 ˚C /td /tr tr class="impar» td RowSpan=6Rooftop invernadero/td td rowspan=3 ECCO-Jäger Aquaponik Dachfarm, Bad Ragaz, Suiza (12.900 sf/1200 msup2/sup) /td td rowspan=3 Estilo Venlo, conectado a la canaleta, (7 13 bahías), revestida de vidrio, peceras en el nivel inferior /td td rowspan=3 Ambiente CEA, iluminación LED suplementaria, uso del calor de escape de las instalaciones de refrigeración /td td rowspan=2 199 días/ 6,6 meses /td td 7b /td /tr tr class="incluso» td 5 a 10 °F /td /tr tr class="impar» td 47.0˚ N /td td -15.0 a -12.2 ˚C /td /tr tr class="incluso» td rowspan=3 BIGH's Ferme abat-toir, Bruselas, Bélgica (21.600 sf/2000 msup2/sup) /td td rowspan=3 Estilo Venlo, conectado a la canaleta, (15 10 bahías), revestida de vidrio, peceras en el nivel inferior /td td rowspan=3 Entorno CEA, iluminación LED suplementaria /td td rowspan=2 224 días/ 7.3 meses /td td 8b /td /tr tr class="impar» td 15 a 20 °F /td /tr tr class="incluso» td 50.8˚ N /td td -9.46 a -6.7 ˚C /td /tr tr class="impar» td RowSpan=6Espacios de cultivo en interior/td td rowspan=3 Urban Organics, Schmidt's Brewery, St. Paul, Minnesota, Estados Unidos (87.000 sf/8080 msup2/sup) /td td rowspan=3 Almacén de estructura de acero, altamente aislado, apilado, acuarios de peces en espacio separado /td td rowspan=3 Iluminación UV fluorescente, entorno CEA controlado por ordenador /td td rowspan=2 140 días/ 4,7 meses /td td 4b /td /tr tr class="incluso» td -25 a -20 °F /td /tr tr class="impar» td 45.0˚ N /td td -31.7 a 28,9 °C /td /tr tr class="incluso» td rowspan=3 Nutraponics, Sherwood Park, AB, Canadá (10.800 sf/1000 msup2/sup) /td td rowspan=3 Almacén de estructura de acero, altamente aislado, apilado, acuarios de peces en espacio separado /td td rowspan=3 Iluminación LED, entorno CEA controlado por ordenador /td td rowspan=2 121 días/4 meses /td td 4a /td /tr tr class="impar» td -30 a -25 °F /td /tr tr class="incluso» td 53.5˚ N /td td -34.4 a -31.7 ˚C /td /tr /tbody /tabla

   Temporada de cultivo libre de SUPA/Supfrost-free, Asociación Nacional de Jardinería, Herramientas y Aplicaciones, https://garden.org/ apps/calendar/

   SUP/SUPbasado en el Mapa de Zona de Resistencia del USDA, que identifica la temperatura media anual mínima invernal (1976—2005), dividida en zonas de 10 F. Mapas de plantas, https://www.plantmaps.com/ index.php

   ** Invernaderos solares pasivos** Este tipo de invernadero está diseñado para ser calentado exclusivamente por energía solar. Elementos de masa térmica sustanciales, como una pared sólida orientada al norte, almacenan energía solar en forma de calor que luego se reirradia durante los períodos más fríos por la noche. Este enfoque protege los cambios de temperatura del aire y puede reducir o eliminar la necesidad de combustibles fósiles. Los invernaderos solares tienen un lado transparente orientado al sur y un lado opaco, masivo y altamente aislado orientado al norte. La integración de grandes volúmenes de agua en forma de tanques de peces es una ventaja para el rendimiento térmico de este tipo de invernadero. Además, los tanques pueden ubicarse en zonas del invernadero menos adecuadas para el cultivo de plantas o parcialmente sumergidas en el suelo para una mayor estabilidad térmica.

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="zoom: 75%;»/

   Fig. 21.4 Ouroboros Farms (Half Moon Bay, California, Estados Unidos)

   El invernadero solar Aquaponic (2000 sf/180 msup2/sup), desarrollado y probado por Franz Schreier, ha demostrado ser un entorno adecuado para albergar un pequeño sistema aquapónico en el sur de Alemania. El invernadero recoge la energía solar a través de su techo arqueado orientado al sur y su pared revestida con película de tetrafluoroetileno (ETFE). El calor se almacena en tanques de peces parcialmente sumergidos, piso y pared norte revestida de adobe para ser disipado por la noche. Los paneles fotovoltaicos (PV) hechos a medida del invernadero transforman la radiación solar en energía. Situado en el clima más frío de Vermont, EE.UU., el Eco-Ark Invernadero en la granja Finn & Roots (6000 sf/560 msup2/sup) alberga un sistema aquapónico que funciona con un enfoque solar pasivo similar. El invernadero tiene un techo transparente empinado (aprox. 60˚) orientado al sur con acristalamiento solar especial (Fig. 21.5). Su lado norte opaco y altamente aislado se sumerge en una ladera y alberga los tanques de peces. Además de estos controles pasivos, el Eco-Ark tiene una calefacción radiante por suelo radiante que complementa la calefacción durante las estaciones más frías.

   Los invernaderos de alta tecnología de estilo Venlo, los invernaderos de alta tecnología que cuentan con un alto nivel de tecnología para controlar el clima interior son el estándar para CEA hidropónica a escala comercial. Los invernaderos de alta tecnología se caracterizan por controles computarizados e infraestructura automatizada, como cortinas térmicas automáticas, matrices automáticas de iluminación y sistemas de ventilación de aire forzado. Estas tecnologías permiten un alto nivel de control ambiental, aunque se producen a costa de un alto consumo de energía.

   img src=» /images/learn-library/32392581-63cb-423e-b8b6-baf400d07aed.jpg "style="zoom: 75%;»/

   Fig. 21.5 Eco-Ark Invernadero en Finn & Roots Farm (Bakersfield, Vermont, Estados Unidos)

   Algunas granjas acuapónicas comerciales a gran escala utilizan esta tipología de invernadero para su producción vegetal, como las granjas Superior Fresh, ubicadas en Hixton, Wisconsin, EE.UU. (123.000 sf/11.430 msup2/sup), con los sistemas de acuicultura alojados en un recinto opaco separado. La iluminación y calefacción LED suplementarios automatizados permiten a las granjas Superior Fresh cultivar hojas verdes durante todo el año a pesar de la falta de luz del día en el invierno, donde la temporada de cultivo natural y libre de heladas dura solo 4 meses. Los sistemas automatizados para el control del clima interno permiten operar invernaderos de alta tecnología en cualquier parte del mundo. El invernadero Blue Smart Farms utiliza una variedad de sensores para optimizar el sombreado durante los calurosos veranos australianos.

   Thanet Earth, el mayor complejo de invernaderos del Reino Unido, se encuentra en el sureste de Inglaterra. Sus cinco invernaderos cubren más de 17 acres (7 hectáreas) cada uno, cultivando tomates, pimientos y pepinos utilizando hidroponía (Fig. 21.6). Esta empresa está alimentada por un sistema combinado de calor y energía (CHP) que proporciona energía, calor y COSub2/sub para los invernaderos. El sistema CHP funciona de manera muy eficiente y canaliza el exceso de energía al distrito local alimentándolo a la red de suministro de energía local. Además, las tecnologías controladas por ordenador como las cortinas de energía, la iluminación suplementaria de descarga de alta intensidad y la ventilación regulan las condiciones de cultivo en interiores.

   Invernaderos de tejadores Este tipo más reciente incluye invernaderos construidos en la parte superior de los edificios anfitriones, ya sea como remodelación de estructuras existentes o como parte de nuevas construcciones. Debido a los altos costos de la tierra, ahorrar espacio es cada vez más importante para las granjas acuapónicas en contextos urbanos. Conectar un invernadero con un edificio existente es una estrategia para los agricultores urbanos que buscan revitalizar el espacio infrautilizado y encontrar una ubicación céntrica en la ciudad. Los invernaderos de tejado ya son utilizados por los productores hidropónicos a escala comercial, pero son un tipo de recinto relativamente raro para las granjas acuapónicas debido al peso adicional del agua que puede tensar las estructuras existentes más allá de su capacidad de carga. Las pocas granjas acuapónicas que existen actualmente dan prioridad a los sistemas de distribución de agua liviana (técnica de película nutritiva o cultivo basado en medios de comunicación en lugar de cultivo de aguas profundas) y ubican sus acuarios en el nivel inferior al espacio de cultivo debido a una demanda relativamente menor de luz natural.

   img src=» /images/learn-library/d3c2c5a9-cd6e-4ed4-86c1-49691ee052ff.jpg "style="zoom: 75%;»/

   Fig. 21.6 Thanet Earth, invernaderos de última generación con suministro combinado de calor y energía, (Isla de Thanet en Kent, Inglaterra, Reino Unido)

   Recientemente se han abierto dos granjas en la azotea con sistemas aquapónicos de alta tecnología en Europa. Ambos consultaron con consultores de sistemas agrícolas Efficient City Farming (ECF) en Berlín. ECCO-Jäger Aquaponik Dachfarm en Bad Ragaz, Suiza, se encuentra en la cima de un centro de distribución de una empresa familiar de productos. El invernadero de la azotea de estilo Venlo (12.900 sf/1200 msup2/sup) está ubicado en un edificio de depósito de dos pisos; los tanques de peces están instalados en el piso debajo del invernadero. Al cultivar hojas verdes y hierbas en su azotea, ECCO-Jäger reduce la necesidad de transporte y puede ofrecer productos inmediatamente después de la cosecha. Además, la finca aprovecha el calor residual generado por su almacenamiento en frío para calentar el invernadero. El matadero Ferme de BIGH (21.600 sf/2000 msup2/sup) es una versión más grande de un invernadero similar al estilo Venlo (Fig. 21.7), que ocupa el techo del mercado Foodmet en Bruselas, Bélgica. Estos primeros ejemplos apuntan a un mayor potencial para optimizar el rendimiento tanto aquapónico como envolvente mediante la conexión de flujos de agua, energía y aire entre la granja y el edificio anfitrión, conocido como agricultura integrada en edificios (BIA). En la actualidad, se está investigando el emblemático invernadero hidropónico integrado situado en el edificio compartido por el Instituto de Ciencia y Tecnología Ambientales (ICTA) y el Instituto Catalán de Paleontología (ICP) de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) para derminar los beneficios de la aunque no existe ningún ejemplo de este tipo en el ámbito de la acuapónica para determinar los beneficios de la plena integración de los edificios, aunque no existe tal ejemplo en el ámbito de la acuapónica.

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="zoom: 75%;»/

   Fig. 21.7 Matadero BIGH Ferme con el invernadero de alta tecnología en el fondo (Bruselas, Bélgica)

   21.3.2 Tipo de cultivo en interior

   Los espacios de cultivo en interiores dependen exclusivamente de la luz artificial para la producción de plantas. A menudo, estos espacios de cultivo están altamente aislados y revestidos de un material opaco, originalmente concebido como salas de almacenamiento o fabricación industrial. Los espacios de cultivo interior suelen tener un mejor aislamiento que los invernaderos debido al material envolvente, aunque no pueden depender de la luz diurna ni de la calefacción natural. La suposición es que esta tipología es más adecuada para climas extremos, donde las oscilaciones de temperatura son de mayor preocupación que la iluminación (Graamans et al. 2018), aunque se necesita una investigación más concluyente.

   Urban Organics opera dos granjas acuapónicas de cultivo en interiores a escala comercial dentro de dos fábricas de cerveza renovadas en el núcleo industrial de St. Paul, Minnesota, EE.UU. Las dos granjas cultivan hojas verdes y hierbas en camas de crecimiento apiladas iluminadas por luces de cultivo fluorescentes (Fig. 21.8). Su segundo sitio permite a Urban Organics aprovechar la infraestructura cervecera alrededor de un acuífero existente; el agua del acuífero necesita un tratamiento mínimo y se suministra a 10 °C a tanques de trucha arcoíris y carbón ártico. El uso de las estructuras existentes redujo los costos de construcción de Urban Organics y ofreció la oportunidad de revitalizar una zona difícil de la ciudad. En un clima aún más frío, Nutraponics cultiva verdes frondosos en un almacén en una parcela rural a 40 km de Edmonton, Alberta, Canadá. Dado que los productos locales dependen en gran medida de las oscilaciones de temperatura estacionales, Nutraponics gana una ventaja competitiva en el mercado empleando iluminación LED para acelerar el crecimiento de los cultivos durante todo el año (Fig. 21.9).

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="zoom: 75%;»/

   Fig. 21.8 Urban Organics (St. Paul, Minnesota, Estados Unidos)

   21.3.3 Recintos para Acuicultura

   Los recintos para el componente acuícola de las operaciones acuapónicas no son técnicamente tan exigentes como el diseño del recinto para los componentes hidropónicos, ya que los peces no requieren luz solar para prosperar. Sin embargo, el control de las condiciones de cultivo en interiores permite a los agricultores optimizar el crecimiento, reducir el estrés y establecer calendarios precisos para la producción pesquera, lo que da a sus poblaciones una ventaja competitiva en el mercado (Bregnballe 2015). Los recintos espaciales de acuicultura son principalmente necesarios para mantener estables la temperatura del agua. Los tanques de peces deben ser capaces de soportar rangos de temperatura del agua cómodos para especies de peces específicas, peces de agua caliente 75-86˚F (24-30˚C) y peces de agua fría 54-74˚F (12-23˚C) (Alsanius et al. 2017). El agua y la temperatura ambiente pueden controlarse de manera más eficiente si los acuarios están alojados en un espacio bien aislado con pocas ventanas para minimizar las ganancias solares durante los meses de verano y las pérdidas de temperatura cuando la temperatura exterior baja (Pattillo 2017), como se demuestra en la puesta en marcha del recinto INAPRO. El gran volumen de agua necesario para el cultivo de peces debe considerarse desde una perspectiva arquitectónica, ya que tiene consecuencias para los sistemas estructurales y de acondicionamiento dentro de un edificio.

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="zoom: 75%;»/

   Fig. 21.9 Nutraponics (Sherwood Park, Alberta, Canadá)

4. 21.4 Evaluación de tipologías de gabinete y posibles aplicaciones

   Original publication 2019 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   El rendimiento real de las granjas acuapónicas depende de muchos factores específicos de cada caso. A partir de la comparación de un conjunto relativamente pequeño de estudios de caso se pueden extraer algunas conclusiones preliminares sobre las ventajas, los desafíos y las posibles aplicaciones de las tipologías de cerramientos. Se necesitará un estudio empírico de un número más significativo de estudios de casos existentes para establecer una correlación entre el tipo de recinto, la ubicación geográfica y el éxito comercial.

   invernaderos medianos ofrecen una opción comercialmente factible para operaciones acuapónicas sólo en climas templados con inviernos suaves y veranos moderados, debido a su limitada capacidad de control ambiental. En lugares que no requieren mucha calefacción y refrigeración, las granjas que utilizan esta tipología de invernadero pueden operar de manera eficiente en el uso de los recursos con una menor inversión inicial para su recinto. Estas granjas generalmente operan con un presupuesto más bajo e incluyen los tanques de peces en el mismo invernadero, lo que limita su selección de especies de peces a aquellas con una gran tolerancia a la temperatura y atrae su enfoque comercial hacia la producción de lechuga, hojas verdes y hierbas.

   Invernaderos solares pasivos dependen de sistemas pasivos, específicamente el uso de masa térmica, para controlar el clima interior. El uso de esta tipología para sistemas acuapónicos es ventajoso ya que el gran volumen de agua en los acuarios proporciona una masa térmica adicional. Debido a su eficiencia energética, a menudo se utilizan en latitudes septentrionales donde los invernaderos convencionales requerirían un alto nivel de calefacción suplementaria. Sin embargo, el funcionamiento de cualquier invernadero en esas regiones depende del uso de iluminación suplementaria debido a los bajos niveles de luz y a las breves horas de luz durante la temporada de invierno. Aunque los invernaderos solares pasivos en Europa y América del Norte se utilizan actualmente a pequeña escala experimental, la aplicación más general exitosa de estos invernaderos de una sola pendiente y eficiencia energética en 1,83 millones de acres (0,74 millones de hectáreas) de tierras agrícolas en China muestra que esta tipología puede ser implementado con éxito a gran escala (Gao et al. 2010).

   Los invernaderos de alta tecnología_, especialmente los grandes sistemas conectados a canaletas de estilo Venlo, son el estándar de la industria para la producción hidropónica comercial. Las mayores granjas acuapónicas comerciales bien financiadas utilizan esta tipología para sus sistemas de cultivo hidropónico junto con un recinto separado para su infraestructura acuícola. Esta configuración garantiza el más alto nivel de control ambiental, así como la productividad de cultivos y peces. Técnicamente, este tipo de invernadero se puede operar en cualquier lugar, siempre y cuando los ingresos producidos paguen los altos costos de energía y operación en climas extremos. Sin embargo, este tipo de operación puede no ser sensible al medio ambiente en algunas latitudes septentrionales debido a la gran necesidad de calefacción e iluminación suplementaria. La huella ambiental exacta de un invernadero de alta tecnología solo puede evaluarse por proyecto y depende principalmente de la calidad de las fuentes de energía utilizadas para el calor y la luz suplementarios.

   La mayoría de los invernaderos de la azotea son invernaderos de alta tecnología de estilo Venlo construidos en tejados. Aunque se aplican beneficios y desafíos similares, la construcción de invernaderos en tejados es aún más costosa que la de los invernaderos de alta tecnología habituales, principalmente debido a los códigos de construcción y a los requisitos arquitectónicos. El sistema estructural de los invernaderos de tejados suele ser sobredimensionado para cumplir con los códigos de construcción para edificios de oficinas comerciales, que son más estrictos que los requisitos de código de construcción para las estructuras agrícolas. Además, las operaciones acuapónicas en tejados necesitan infraestructura adicional para acceder al techo y cumplir con la normativa sobre incendios y salidas, lo que ha generado un invernadero equipado con aspersores en un ejemplo reciente (Proksch 2017). La aplicación más prometedora de los invernaderos de techo se encuentra en la parte superior de los edificios anfitriones en los centros urbanos. Los techos urbanos a menudo ofrecen un amplio acceso a la luz solar, que los invernaderos requieren para funcionar eficazmente, un recurso que suele faltar, o al menos no es consistente debido a las sombras, a nivel del suelo en áreas urbanas densas (Ackerman 2012). Si se diseñan a propósito, los edificios anfitriones pueden ofrecer otros recursos, como el calor de escape y el COSub2/sub, que pueden hacer más factible la operación de una granja acuapónica en la azotea. Este tipo de integración con el edificio anfitrión puede generar sinergias energéticas y ambientales que mejoran el rendimiento tanto del invernadero como del edificio de acogida.

   img src=» /images/learn-library/4a30cd17-4777-4bb6-bbdf-2b9aad15b807.jpg "style="zoom: 75%;»/

   Fig. 21.10 Recinto acuapónico INAPRO con dos secciones, opaco para peces e invernadero para plantas (Murcia, España)

   Espacios de cultivo en interior dependen enteramente de la iluminación artificial y de los sistemas de control activo para la calefacción, la refrigeración y la ventilación, lo que da como resultado un alto nivel de consumo de energía, huella ambiental y costo de operación. Esta tipología es más aplicable en zonas con inviernos fríos y temporadas de crecimiento cortas, donde la exposición natural a la luz solar y la ganancia de calor es baja y se necesita una suplementación extensa para operar un invernadero acuapónico comercial. El uso de un recinto opaco permite altos niveles de aislamiento, lo que reduce la pérdida de calor durante los meses de invierno y proporciona autonomía frente a los cambios de temperatura externos. Además de su dependencia de la iluminación eléctrica, el cultivo en interiores supera la productividad de los invernaderos medida en otros recursos, como el agua, el COSub2/sub y el área de tierra (Graamans et al. 2018). Además, la producción por unidad de superficie puede ser mucho mayor mediante el uso de sistemas de cultivo apilados. En cuanto a la integración urbana de la acuapónica en las ciudades, los espacios de cultivo interior permiten la reutilización adaptativa de edificios industriales y almacenes, lo que puede reducir el costo inicial de la construcción del recinto y apoyar la integración de fincas acuapónicas en barrios desatendidos.

   La puesta en marcha del proyecto Innovative Aquaponics for Professional Applications (INAPRO, 2018) incluyó la comparación del mismo sistema acuapónico de vanguardia y la tecnología de invernadero, en una serie de emplazamientos en Alemania, Bélgica y España. El sistema acuapónico ubicado en China estaba alojado en un invernadero solar pasivo. Las instalaciones acuapónicas del INAPRO en Europa utilizaron un invernadero con revestimiento de vidrio para la producción de plantas y un componente de cobertizo de tipo industrial para tanques de peces y unidades de filtración (Fig. 21.10). El proyecto INAPRO demuestra que las tecnologías de invernadero deben adaptarse y elegirse para adaptarse a las condiciones climáticas locales. El equipo español INAPRO encontró, que el recinto seleccionado era muy adecuado para las regiones más frías del norte de Europa, pero no las más cálidas, regiones mediterráneas en el sur de Europa. Esta observación destaca la importancia de realizar más investigaciones sobre el desempeño de las tipologías de invernaderos para avanzar en el campo de las operaciones acuapónicas comerciales.

   Si bien la comparación de las diferentes tipologías revela ciertos patrones de rendimiento entre tipología, ubicación e inversión (cuadro 21.3), para una comprensión completa del rendimiento agrícola y el impacto ambiental, se necesita un sistema más robusto para el análisis y diseño de los recintos agrícolas.

5. 21.5 Evaluación de Impacto como Marco de Diseño

   Original publication 2019 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   El crecimiento de la acuapónica y las afirmaciones generalizadas de que la acuapónica es más sostenible que otras formas de producción de alimentos han estimulado la discusión y la investigación sobre cuán sostenibles son estos sistemas en realidad. La evaluación del ciclo de vida (ACV) es un método de cuantificación clave que se puede utilizar para analizar la sostenibilidad tanto en la agricultura como en los entornos construidos mediante la evaluación del impacto ambiental de los productos a lo largo de su vida útil. Para un edificio, un ACV puede dividirse en dos tipos de impacto: el impacto embodied que incluye la extracción de materiales, fabricación, construcción, demolición y eliminación o reutilización de dichos materiales, y el impacto operacional que se refiere al mantenimiento de sistemas de construcción (Simonen 2014). Del mismo modo, la realización de una evaluación de un producto agrícola también puede dividirse en el impacto estructural de la envolvente del edificio y de la infraestructura del sistema, el impacto de la producción asociado con el cultivo continuo y el impacto _post-cosecha del envasado, el almacenamiento y la distribución (Payen et al. 2015). La realización de un ACV de una granja acuapónica requiere la comprensión simultánea de los impactos tanto en la construcción como en la agricultura, ya que existe una superposición en la fase operacional de la envolvente con la fase producción de un cultivo. La forma en que un edificio opera sus sistemas de calefacción, refrigeración e iluminación influye directamente en el cultivo del cultivo; por el contrario, los diferentes tipos de cultivos requieren diferentes condiciones ambientales. Existen numerosos estudios que comparan los resultados del ACV para diferentes tipos de edificios situados en diferentes contextos (Zabalza Bribián et al. 2009). Del mismo modo, el ACV ha sido utilizado por el sector agrícola para comparar eficiencias de diferentes cultivos y sistemas de cultivo (He et al. 2016; Payen et al. 2015). La evaluación del rendimiento de la agricultura y la acuapónica en el medio ambiente controlado en particular requiere una hábil integración de las dos metodologías en una sola evaluación (Sanyé-Mengual 2015).

   El marco de ACV de granja acuapónica propuesto (Fig. 21.11) es intencionalmente amplio para captar una amplia gama de tipologías agrícolas encontradas en el campo. Para aplicar los resultados del ACV a las explotaciones existentes, se deben incluir factores como los datos climáticos y económicos para validar la evaluación ambiental (Goldstein et al. 2016; Rothwell et al. 2016)

   La siguiente sección discute una colección de estrategias de diseño de cerramientos de granjas acuapónicas basadas en el inventario de ACV de granjas acuapónicas que sintetiza la literatura existente con estudios de caso y sugiere direcciones para el trabajo futuro. La integración única de los impactos acuapónicos y relacionados con la construcción es de particular interés.

   Cuadro 21.3 Comparación de las tipologías de agricultura ambiental controlada

   tabla tead tr class="encabezado» Tipo/ésima th Beneficios /th th Desafíos /th th Costo e ingresos/sup /th /tr /thead tbody tr class="impar» td rowspan=2 invernaderos medianos/td td Se basa casi en su totalidad en la energía solar, bajo requerimiento de energía adicional /td td Opciones limitadas de control ambiental, susceptibles a las fluctuaciones ambientales /td td rowspan=2 Menor costo de construcción, (aprox. 30—100 $/msup2/sup) /td /tr tr class="incluso» td Menos dependencia de materiales no renovables y fuentes de energía /td td Sólo aplicable a especies de peces con una gran tolerancia a la temperatura, (si los tanques están en el invernadero) /td /tr tr class="impar» td rowspan=2 invernaderos solares pasivos/td td Se basa en sistemas pasivos, utiliza masa térmica, (incluidos los tanques de peces) para amortiguar las oscilaciones de temperatura /td td El control con sistemas pasivos requiere más experiencia y diseño deliberado /td td rowspan=2 Menor costo de construcción, (aprox. 30—100 $/msup2/sup) /td /tr tr class="incluso» td Bajo consumo de energía, potencialmente sin necesidad de combustibles fósiles /td td Requiere iluminación suplementaria, si se encuentra en latitudes septentrionales debido a los bajos niveles de luz /td /tr tr class="impar» td rowspan=2 invernaderos de alta tecnología/td td Niveles más altos de controles /td td Se basa en sistemas activos para el calor, la refrigeración, la ventilación y la iluminación complementaria /td td rowspan=2 Alto costo de construcción, (aprox. 100—200 $/msup2/sup y más) /td /tr tr class="incluso» td Alta productividad con potencial para escalar /td td Alto consumo de energía y costo de operación /td /tr tr class="impar» td rowspan=5 invernaderos en la azotea/td td Niveles más altos de controles /td td rowspan=2 Se basa en sistemas activos para el calor, la refrigeración, la ventilación y la iluminación complementaria /td td rowspan=5 Costo de construcción muy alto (aprox. 300—500 $/msup2/sup) /td /tr tr class="incluso» td Alta productividad /td /tr tr class="impar» td rowspan=3 Potencial de sinergias energéticas y ambientales, si se integran con el edificio de acogida /td td Alto consumo de energía y costo de operación /td /tr tr class="incluso» td Requiere el cumplimiento del código a nivel de edificios de oficinas comerciales /td /tr tr class="impar» td El transporte de suministros a la azotea es un reto de infraestructura /td /tr tr class="incluso» td rowspan=4 Espacios de cultivo en interior/td td Posibilidad de reutilización adaptativa de edificios industriales /td td Depende totalmente de la iluminación eléctrica y de los sistemas de control activo para calefacción, refrigeración y ventilación /td td El costo de la construcción puede ser menor si se puede utilizar un edificio existente /td /tr tr class="impar» td Alta productividad por unidad de huella a través de sistemas de crecimiento apilados /td td rowspan=3 Alto consumo de energía y costo de operación /td td rowspan=3 El costo depende también del sistema en crecimiento, apilando múltiples niveles /td /tr tr class="incluso» td Alto nivel de aislamiento posible /td /tr tr class="impar» td Reducción de pérdida de calor durante los meses de invierno /td /tr /tbody /tabla

   supa/sup Basado en Proksch (2017)

   

   Fig. 21.11 Ejemplo de un proceso de LCA integrado que incluye el rendimiento del sistema acuapónico y de la construcción. (Basado en Sanyé-Mengual et al. 2015).

   21.5.1 Impactos encarnados: Energía encarnada y carbono encarnado

   Materiales de estructura y construcción La energía incorporada es el cálculo de la suma de energía utilizada para extraer, refinar, procesar, transportar, producir y ensamblar un material o producto. El carbono incorporado es la cantidad de COSub2/sub emitida para producir el mismo material o producto. En comparación con las operaciones agrícolas convencionales de campo abierto, el impacto encarnado de un sistema de cultivo en ambiente controlado es mayor debido al aumento de la extracción y fabricación de materiales en la etapa de construcción (Ceron-Palma et al. 2012). Por ejemplo, en el invernadero de techo ICTA-ICP, la estructura de la envoltura genera un 75% más de Potencial de Calentamiento Global (PCA) que una estructura de invernadero multitúnel basada en el suelo debido a la cantidad de policarbonato utilizado en la construcción (Sanyé-Mengual et al. 2015). Del mismo modo, una simulación integrada de invernadero de edificios situada en Boston dio lugar a un mayor impacto ambiental en la etapa de construcción, debido a la extracción de minerales de hierro para la fabricación de acero estructural (Goldstein 2017). Los impactos incorporados asociados con los envolventes ambientales controlados pueden mitigarse mediante el uso inteligente de materiales (dado que los ajustes del código de construcción se realizan para evitar el sobredimensionamiento de los elementos estructurales), pero sin embargo superarían los de la agricultura tradicional. Cultivar alimentos en un sobre construido siempre requerirá más recursos al principio en comparación con simplemente plantar verduras en un campo abierto, aunque también aumentará drásticamente la cantidad de alimentos que se pueden producir por huella de área en el mismo período de tiempo.

   Para evitar impactos ambientales relacionados con la estructura, algunas operaciones acuapónicas utilizan edificios existentes en lugar de construir una nueva envoltura. Urban Organics en St. Paul, Minnesota, Estados Unidos reformó dos edificios cerveceros como sus espacios de cultivo interior. En otro ejemplo de reutilización adaptativa, The Plant en Chicago, Illinois, EE.UU. opera su incubadora de alimentos y su colectivo agrícola urbano en un edificio de fábrica de 1925 utilizado anteriormente por Peer Foods como instalación de envasado de carne (Fig. 21.12). Los equipos de aislamiento y refrigeración existentes fueron reutilizados para controlar las fluctuaciones de temperatura en la instalación acuapónica experimental.

   Equipos y sustratos Aquaponicos Cuando se integran en edificios, la elección de material para tanques acuapónicos se convierte en una consideración importante de diseño, ya que puede limitar el montaje y el transporte al edificio. Por ejemplo, las piezas de polietileno se pueden ensamblar in situ utilizando soldadura de plástico, pero esto no es posible con piezas de fibra de vidrio (Alsanius et al. 2017). Además, la fabricación de equipos de sistemas acuapónicos puede contribuir significativamente al impacto ambiental general; por ejemplo, el poliéster reforzado con fibra de vidrio utilizado para el tanque de agua de 100 msup3/sup en el invernadero de la azotea ICTAICP es responsable del 10 al 25% del impacto ambiental en la fabricación etapa (Fig. 21.13). La elección del sustrato para plantas en un sistema acuapónico tiene una ramificación de peso para la estructura del edificio anfitrión, pero también contribuye al impacto ambiental. En un estudio reciente realizado sobre acuapónica integrada con paredes vivas, lana mineral y fibra de coco se realizó comparativamente, a pesar de que una es compostable y la otra es de un solo uso (Khandaker y Kotzen 2018).

   

   Fig. 21.12 The Plant (Chicago, Illinois, Estados Unidos)

   Mantenimiento de estructuras y equipos La selección inicial de materiales para equipos aquapónicos y componentes de envolvente determina el mantenimiento a largo plazo de las granjas acuapónicas. La fabricación de materiales más duraderos, como vidrio o plásticos rígidos, requiere una mayor inversión inicial en recursos ambientales que las películas de plástico; sin embargo, las películas requieren un reemplazo más frecuente; por ejemplo, se espera que el vidrio siga funcionando durante más de 30 años, mientras que el revestimiento más convencional La película de polietileno sólo puede durar de 3 a 5 años antes de volverse demasiado opaca (Proksch 2017). Dependiendo de la vida útil prevista de una envoltura de sistema aquapónico, puede ser más ventajoso elegir un material con una vida útil más corta y un menor impacto en la fabricación. La película ETFE utilizada en el invernadero solar Aquaponic es un compromiso prometedor entre la longevidad y la sostenibilidad, aunque es necesario seguir investigando. El equipo acuapónico estándar consiste en tanques de agua y tuberías. Las tuberías para sistemas acuapónicos a menudo se fabrican a partir de PVC, lo que produce un impacto ambiental significativo en su proceso de fabricación, pero no requiere reemplazo por hasta 75 años. Algunos proveedores aquapónicos ofrecen bambú como alternativa orgánica.

   

   Fig. 21.13 Sección de construcción con invernaderos en la azotea por Harquitectes, Edificio ICTA-ICP (Bellaterra, España)

   21.5.2 Impactos operacionales

   Energía En 2017, el 39% del consumo total de energía en Estados Unidos correspondió al sector de la construcción (EIA). El sector agrícola representó aproximadamente el 1,74% del consumo total de energía primaria estadounidense en 2014, dependiendo en gran medida de los gastos indirectos en forma de fertilizantes y plaguicidas (Hitaj y Suttles 2016). La eficiencia energética es un campo de investigación bien establecido tanto en el entorno construido como en la agricultura, que a menudo define los impactos operativos de un producto, un edificio o una granja en el ACV general (Mohareb et al. 2017). Integrar el uso de energía edificable y agrícola puede optimizar el rendimiento de ambos (SanjuandelMas et al. 2018).

   Calefacción Los requisitos energéticos para la calefacción de espacios de cultivo son de particular interés en los climas del norte, donde la extensión de una temporada de crecimiento naturalmente corta da a las granjas acuapónicas integradas en edificios una ventaja competitiva en el mercado (Benis y Ferrão 2018). Sin embargo, en climas más fríos, el consumo de energía de los sistemas de calefacción activos contribuye significativamente al impacto ambiental general: en una evaluación de los espacios de cultivo acondicionados en Boston, Massachusetts, los costos de calefacción neutralizaron los beneficios de eliminar las millas alimentarias en la cadena alimentaria urbana (Benis et al. 2017b; Goldstein 2017). Esto no es cierto en los climas mediterráneos, donde las condiciones climáticas son propicias para la agricultura y donde las estructuras de invernadero convencionales y casi todo el año pueden depender de la calefacción solar pasiva (Nadal et al. 2017; Rothwell et al. 2016).

   Tanto en climas fríos como cálidos, la integración de sistemas de cultivo controlados en los tejados existentes puede proporcionar aislamiento al edificio anfitrión, una granja en Montreal, informa Quebec que capta el 50% de las necesidades de calefacción de invernadero de la estructura existente, reduciendo así la carga de calefacción (Goldstein 2017). Los sistemas de iluminación también pueden ser parcialmente responsables de satisfacer la demanda de calefacción en aplicaciones de crecimiento vertical interior, como fábricas de plantas o contenedores de transporte (Benis et al. 2017b).

   La captura de calor residual es otra estrategia de diseño prometedora que puede optimizar el rendimiento tanto de la estructura huésped como del sistema de crecimiento. Estudios posteriores a la ocupación del invernadero experimental en la azotea del ICTA-ICP en Bellaterra, España, indican que la integración del edificio con el invernadero produjo un ahorro equivalente de carbono de 113,8 kg/msup2/sup/año en comparación con un invernadero independiente convencional calentado con aceite (Nadal et al. 2017). Sin la intervención de los sistemas activos de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), la masa térmica del laboratorio huésped/edificio de oficinas elevó la temperatura del invernadero en 4.1C durante los meses más fríos, permitiendo el cultivo de tomate durante todo el año.

   Refrigeración En climas mediterráneos y tropicales, el enfriamiento artificial es a menudo un requisito para cultivar productos durante todo el año. En una simulación de invernadero en tejados, las cargas de refrigeración representaron hasta el 55% de la demanda total de energía agrícola en Singapur y en el clima más templado de París, el 30% (Benis et al. 2017b). Las demandas de energía de refrigeración son especialmente altas en climas áridos, que pueden beneficiarse más de la reducción de los costos convencionales de transporte de productos perecederos (Graamans et al. 2018; Ishii et al. 2016). El enfriamiento evaporativo, el enfriamiento de niebla y el sombreado son algunas de las estrategias para reducir las temperaturas en granjas acuapónicas y mejorar el rendimiento de las granjas en términos de rendimiento.

   Los sistemas acuapónicos integrados en el edificio tienen la ventaja de almacenar masa térmica en tanques de peces para aliviar las cargas de refrigeración y calefacción. En los casos en que este modo de refrigeración pasiva no satisface la demanda de refrigeración, la refrigeración por evaporación se utiliza con mayor frecuencia. El invernadero Sustainable Harvesters produce lechuga para el área de Houston, Texas, EE.UU. durante todo el año mediante el uso de un sistema de enfriamiento de ventiladores y almohadillas, un subconjunto de tecnología de enfriamiento por evaporación. El aire caliente desde el exterior de la envoltura pasa primero a través de un medio de celulosa húmeda antes de entrar en el espacio de crecimiento. Como resultado, el aire interior es más fresco y más húmedo. El enfriamiento evaporativo es más eficaz en climas secos, pero requiere un alto uso de agua, lo que puede ser una limitación para las granjas en zonas áridas del mundo.

   La refrigeración por niebla es una estrategia alternativa. En un invernadero enfriado por niebla, las plantas se empañan periódicamente con agua de los aspersores superiores hasta que el espacio alcanza la temperatura deseada para el cultivo. El enfriamiento por niebla utiliza menos agua que el enfriamiento por evaporación, pero aumenta la humedad relativa de un espacio en crecimiento. Si se combina con la estrategia de ventilación adecuada, la refrigeración por niebla puede ser una tecnología de ahorro de agua especialmente adecuada para regiones áridas (Ishii et al. 2016). Además, el enfriamiento de niebla disminuye la tasa de evapotranspiración en las plantas, lo cual es fundamental para optimizar el metabolismo de las plantas en sistemas acuapónicos (Goddek 2017). El invernadero insignia de las granjas Superior Fresh utiliza un sistema computarizado de enfriamiento de niebla para mantener las temperaturas de cultivo durante la temporada de calor.

   Los dispositivos de sombreado también pueden contribuir a reducir las temperaturas del invernadero. Tradicionalmente, el blanqueo estacional de cal de los invernaderos se utilizó para reducir los niveles de radiación solar durante los meses más calurosos (Controled Environment Agriculture 1973). Sin embargo, el sombreado se puede integrar con otras funciones de construcción. Una prometedora estrategia de sombreado es el uso de módulos fotovoltaicos semitransparentes para enfriar simultáneamente el espacio y producir energía (Hassanien y Ming 2017). El invernadero solar Aquaponic combina su matriz fotovoltaica con la funcionalidad de sombreado; utiliza paneles giratorios de aluminio como dispositivos de sombreado que funcionan como colectores solares con la ayuda de células fotovoltaicas montadas. El sistema fotovoltaico integrado transforma entonces el exceso de radiación solar en energía eléctrica.

   **Iluminación La principal ventaja de los invernaderos sobre los espacios de cultivo interior es su capacidad de capitalizar la luz del día para facilitar la fotosíntesis. Sin embargo, las granjas en climas extremos pueden encontrar que satisfacer las cargas de calefacción o refrigeración para una envoltura transparente no es financieramente viable; en este caso, los agricultores pueden optar por cultivar cultivos en espacios de cultivo de interior con una envoltura aislada (Graamans et al. 2018). Las granjas acuapónicas que operan en espacios de cultivo interior dependen de una iluminación eléctrica eficiente para producir cultivos.

   Muchos avances en la iluminación agrícola contemporánea se originaron en fábricas de plantas japonesas, utilizadas para optimizar el rendimiento de las plantas en sistemas hidropónicos densos mediante la sustitución de la luz solar por longitudes de onda de luz diseñadas (Kozai et al. 2015). Actualmente, la iluminación LED es la opción más popular para sistemas de iluminación hortícola eléctrica. Son un 80% más eficientes que las lámparas de descarga de alta intensidad y un 30% más eficientes que sus homólogos fluorescentes (Proksch 2017). La iluminación LED continúa siendo investigada para optimizar la eficiencia energética y el rendimiento de los cultivos (Zhang et al. 2017). Los invernaderos de gran escala como Superior Fresh, Wisconsin, EE.UU. dependen de regímenes de iluminación computarizados y suplementarios para extender el período de fotosíntesis de su cultivo en latitudes septentrionales.

   Generación de energía Limitada por los mismos factores que todos los CEA, la gestión energética de una granja acuapónica depende del clima exterior, la selección de cultivos, el sistema de producción y el diseño de la estructura (Graamans et al. 2018). El cultivo de productos a través de la acuapónica no es inherentemente sostenible si no se gestiona adecuadamente; todos los factores anteriores pueden afectar a la eficiencia energética para mejor o para mal (Buehler y Junge 2016). En muchos casos, el CEA es más intensivo en energía que la agricultura convencional de campo abierto; sin embargo, un mayor gasto energético puede estar justificado si la forma en que suministramos energía cambia hacia fuentes renovables y se incorporan estrategias eficientes de calefacción, refrigeración e iluminación en el diseño de la granja.

   La generación de energía fotovoltaica (PV) puede desempeñar un papel importante en la compensación de los impactos operativos de la acuapónica ambiental controlada, reduciendo la tensión ambiental. En un ejemplo de invernadero de alta tecnología en Australia, el uso de energía de una matriz fotovoltaica provocó una reducción del 50% en las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida en comparación con el escenario de la red convencional (Rothwell et al. 2016). La generación de energía renovable se puede combinar con granjas acuapónicas, si el espacio lo permite, por ejemplo, el invernadero aquapónico Lucky Clays Fresh en una granja rural en Carolina del Norte funciona con energía generada por turbinas eólicas y paneles fotovoltaicos situados en otra parte de la parcela del propietario.

   Agua La eficiencia en el uso del agua ha sido citada a menudo como un beneficio importante de la CEA y los sistemas hidropónicos (Despommier 2013; Specht et al. 2014). Los sistemas acuapónicos son aún más adecuados para aumentar la eficiencia hídrica — donde 1 kg de pescado producido en un sistema acuícola convencional requiere entre 2500 y 375.000 L, la misma cantidad de peces criados en un sistema acuapónico requiere menos de 100 L (Goddek et al. 2015). La captura de aguas pluviales y la reutilización de aguas grises se han propuesto como dos estrategias para contrarrestar aún más los impactos de las cuencas hidropónicas o acuapónicas. En el invernadero ICTA-ICP existente, entre el 80 y el 90% de las necesidades de agua para la producción de tomates en un sistema hidropónico agregado se cubrieron mediante la captura de agua de lluvia en el plazo de un año a partir de la operación (Sanjuan-Delmás et al. 2018). Sin embargo, la capacidad de captación de agua de lluvia para satisfacer la demanda de cultivos depende del contexto climático. En un estudio que evaluó la viabilidad de la producción de invernadero en tejados en parques minoristas existentes en ocho ciudades de todo el mundo, siete alcanzaron la autosuficiencia de cultivos a través de la captura de agua de lluvia, sólo Berlín no lo hizo (Sanyé-Mengual et al. 2018).

   Algunas instalaciones de CEA existentes ya reutilizan las aguas grises para mejorar la eficiencia (Benke y Tomkins 2017). Sin embargo, la reutilización de las aguas grises en un contexto urbano es actualmente limitada debido a la falta de apoyo reglamentario y a la falta de investigación sobre los riesgos para la salud del uso de aguas grises en la agricultura. Un piloto de reutilización de aguas grises, la Maison Productive en Montreal recoge aguas grises de los usos domésticos para complementar su recolección de agua de lluvia para regar jardines y un invernadero comunitario para la producción de alimentos que comparten nueve unidades residenciales (Thomaier et al. 2015). Con nuevos avances en la política de tratamiento de aguas grises, la acuapónica integrada en edificios puede aprovechar el ciclo del agua existente en lugar de depender de fuentes municipales.

   Desde un punto de vista arquitectónico, la distribución del agua en un sistema acuapónico es probable que presente un desafío estructural. Los acuapónicos pesan más que los lechos hidropónicos y pueden limitar qué tipos de estructuras son factibles para reequipar una granja acuapónica. El medio de cultivo también requiere consideración: los sistemas de cultivo de aguas profundas (DWC) requieren un volumen grande y pesado de agua, mientras que los sistemas de técnica de película nutritiva (NFT) son ligeros pero costosos de fabricar (Goddek et al. 2015).

   Nutrientes En comparación con la agricultura convencional de campo abierto, CEA reduce la necesidad de fertilizantes y pesticidas, ya que el agricultor puede separar físicamente el cultivo de las duras condiciones externas (Benke y Tomkins 2017). Sin embargo, debido a la densidad de un sistema acuapónico, las enfermedades de plantas o peces pueden propagarse rápidamente si un patógeno se infiltra en el espacio. Las opciones preventivas como el uso de insectos depredadores o medidas estrictas de control ambiental, como un «amortiguador», pueden evitar este riesgo (Goddek et al. 2015).

   La integración de diferentes necesidades nutritivas de peces y cultivos es un reto en los sistemas acuapónicos de circulación única (Alsanius et al. 2017). Por lo general, las plantas requieren concentraciones de nitrógeno más altas que las que pueden soportar los peces, y una cuidadosa selección de cultivos y peces puede coincidir con los requisitos de nutrientes para optimizar los rendimientos, pero sigue siendo difícil de lograr. Se han propuesto sistemas desacoplados (DRAPS) para separar el ciclo hídrico de acuicultura del hidropónico para lograr las concentraciones de nutrientes deseadas, pero aún no se aplica comúnmente en granjas comerciales (Suhl et al. 2016). Urban Organics con sede en St. Paul, Minnesota, EE. UU., eligió desarrollar un sistema DRAPS para su segunda granja con el fin de optimizar tanto el rendimiento de los cultivos como de los peces y evitar la pérdida de cultivos en caso de desequilibrios de nutrientes dentro de los tanques de peces. ECF Farm en Berlín, Alemania, y las granjas Superior Fresh en Wisconsin, EE.UU. también operan sistemas desacoplados para optimizar el crecimiento de peces y plantas.

   Alternativamente, los ciclos de nutrientes acuapónicos pueden optimizarse mediante la introducción de un reactor anaeróbico para transformar los residuos sólidos de peces en fósforo digerible de las plantas (Goddek et al. 2016). Actualmente, The Plant en Chicago, EE.UU. está planeando operar un digestor anaeróbico que podría desempeñar un papel en la optimización de los ciclos de nutrientes para el crecimiento de los cultivos. Los requisitos del sistema mecánico para DRAPS y la digestión anaeróbica influirán en el rendimiento así como en el diseño espacial de una granja acuapónica.

   21.5.3 Impactos al final de la vida útil

   Gestión de residuos de materiales Una ventaja teórica de CEA sobre la agricultura de campo abierto es la capacidad de controlar la escorrentía de residuos de materiales, evitando la lixiviación (Despommier 2013; Gould y Caplow 2012). Una envoltura ajustada puede desempeñar un papel en la gestión eficiente de residuos de materiales. Una vía de reciclaje de residuos orgánicos para mejorar el rendimiento del edificio es el uso de tallos vegetales para la producción de biocarbón aislante, aunque esta investigación se encuentra en etapas tempranas (Llorach-Massana et al. 2017). Además, considerando la incorporación de componentes de gestión de residuos como un lecho de filtración, un digestor anaeróbico o un ventilador de recuperación de calor en el diseño del recinto en una etapa temprana puede cerrar los bucles de energía, nutrientes y agua para la granja.

   Cadenas de distribución El embalaje ha sido un punto de acceso en varios LCA agrícolas que evalúan el impacto de la producción. Es responsable de hasta el 45% del impacto total de un tomate en Bolonia, Italia, y es el mayor contribuyente a los impactos ambientales de los sistemas hidropónicos de interior en Estocolmo, Suecia (Molin y Martin 2018b; Orsini et al. 2017; Rothwell et al. 2016). Ubicar granjas acuapónicas cerca de los consumidores puede reducir la necesidad de empaquetado, almacenamiento y transporte como ocurre con otras formas de agricultura urbana, si los minoristas y distribuidores locales colaboran con los agricultores (Specht et al. 2014). Desafortunadamente, debido a la aceptación del consumidor, la mayoría de los minoristas a gran escala requieren actualmente envases de plástico estándar para productos acuapónicos que se vendan junto a marcas convencionales - por lo tanto, seleccionar un sitio cerca de un mercado de consumo para la acuapónica ambiental controlada no garantiza cambios significativos en el rendimiento general de la granja.

   El transporte reducido, o millas alimentarias, se cita a menudo en la literatura como una ventaja importante de la agricultura urbana (Benke y Tomkins 2017; Despommier 2013; Sanjuan-Delmás et al. 2018). Sin embargo, es importante señalar que la contribución relativa de las cadenas de transporte acortadas varía caso por caso. En Singapur, donde casi todos los alimentos tienen que importarse de los países vecinos, cortar las cadenas de transporte tiene sentido desde el punto de vista financiero y en términos de impacto ambiental (Astee y Kishnani 2010). Lo mismo no puede decirse de España, donde la cadena de suministro convencional de tomates de granja a ciudad ya es corta (SanjuandelMas et al. 2018). Las ciudades con las cadenas de suministro más largas pueden beneficiarse de la producción localizada de alimentos, pero los beneficios de reducir el transporte deben sopesarse frente a los impactos operacionales y encarnados. En el caso de Boston, los beneficios de la reducción del transporte fueron totalmente negados por el impacto de la calefacción y el funcionamiento de un invernadero dentro de la ciudad (Goldstein 2017). A pesar de las largas cadenas de suministro de alimentos convencionales, los impactos en el transporte fueron igualmente insignificantes en el panorama más amplio del desempeño de CEA en Estocolmo (Molin y Martin 2018a).

   Consumo y dieta Las granjas acuapónicas en las ciudades pueden alterar las dietas urbanas, que juegan un papel importante en el impacto ambiental del consumo de alimentos (Benis y Ferrão 2017). El consumo de carne a través de la cadena convencional produce la mayor parte de la huella ambiental actual y la búsqueda de alternativas proteicas puede tener un impacto mayor que la implementación generalizada de la agricultura urbana (Goldstein 2017). Dado que la acuapónica produce pescado y verduras, este potencial de cambiar las dietas proteicas a gran escala no debe ignorarse en las evaluaciones más amplias del comportamiento ambiental.

6. 21.6 Acuapónica Urbana Integrada

   Original publication 2019 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Cuando se diseñan deliberadamente con respecto al impacto ambiental, las granjas acuapónicas pueden convertirse en parte de un sistema alimentario urbano eficiente en el uso de los recursos. Ninguna granja acuapónica opera aisladamente, ya que cuando los cultivos son cosechados y llegan a la puerta de la granja, entran en una red alimentaria socioeconómica más grande a medida que el pescado y los productos se distribuyen a los clientes. En esta etapa, el desempeño de las granjas acuapónicas ya no se limita al sistema y la envolvente crecientes: la economía, la comercialización, la educación y el alcance social también están involucrados. Las granjas acuapónicas urbanas tendrán que operar como negocios competitivos y buenos vecinos para integrarse con éxito en la vida de la ciudad.

   21.6.1 Viabilidad Económica

   La viabilidad económica de las granjas acuapónicas depende de muchos factores contextuales en los que deben coincidir tanto las cadenas de producción pesquera convencionales locales como la agricultura de campo abierto (Stadler et al. 2017). Si bien la acuapónica requiere una inversión inicial relativamente costosa, puede ser superior a la agricultura convencional durante la fase de producción y distribución, donde el diseño del sistema de recirculación de agua reduce los costos del agua y reduce en gran medida la necesidad de fertilizantes, que generalmente comprenden entre el 5% y el 10% de costes agrícolas globales (Hochmuth y Hanlon 2010). Sin embargo, estimar la viabilidad económica de las granjas acuapónicas es particularmente difícil debido a la gama de factores dinámicos que afectan el desempeño, incluyendo el precio local de la mano de obra y la energía, siendo dos ejemplos (Goddek et al. 2015). En un análisis económico de las granjas acuapónicas en el Medio Oeste de Estados Unidos, la mano de obra constituyó el 49% de todos los costos operativos a pesar de la suposición de que sólo se pagarían salarios mínimos. En realidad, la amplia gama de conocimientos necesarios para operar un sistema acuapónico probablemente justificará salarios más altos en un escenario agrícola urbano (Quagrainie et al. 2018).

   La selección de emplazamientos y el diseño de envolventes tienen una relación directa con la rentabilidad de una granja acuapónica al afectar la eficiencia operativa y cuán amplio puede ser el mercado potencial. Las granjas acuapónicas ubicadas en entornos urbanos pueden aprovechar múltiples mercados fuera de la producción agrícola, donde muchas granjas acuapónicas ofrecen tours, talleres, servicios de consultoría de diseño y suministran sistemas aquapónicos de patio trasero para aficionados. Integrar la agricultura con otros tipos de espacios dentro de entornos urbanos puede contribuir a la salud financiera de las granjas acuapónicas. La granja acuapónica ECF se encuentra en el patio de trabajo del edificio industrial Malzfabrik, Berlín, Alemania, que opera un centro cultural y alberga espacios de trabajo para artistas y diseñadores.

   21.6.2 Accesibilidad y Seguridad Alimentaria

   La agricultura urbana se cita a menudo como una estrategia para proporcionar alimentos frescos a las comunidades desatendidas ubicadas en desiertos alimentarios, pero pocas granjas urbanas comerciales apuntan a esta población, lo que demuestra que la agricultura urbana a escala comercial puede ser tan excluyente como las cadenas de suministro convencionales (Gould y Caplow 2012; Sanyé- Mengual y otros 2018; Thomaier y otros 2015). Las granjas acuapónicas que utilizan infraestructura de alta tecnología intentan redimir sus altas inversiones logrando precios premium en los mercados urbanos, aunque la acuapónica también puede provenir de aplicaciones populares y aficionadas. La acuapónica también puede tener el potencial de aumentar la seguridad alimentaria de los residentes urbanos. Esto se evidencia en el legado duradero de Growing Power, una organización sin fines de lucro que hasta hace poco, dirigía una granja urbana en Milwaukee, Wisconsin, USA creada por Will Allen en 1993. Muchos agricultores acuapónicos actuales asistieron a los talleres de Growing Power, en los que Allen defendió un modelo aquapónico que devuelve a la comunidad circundante a través de cajas y clases de agricultura apoyadas por la comunidad. Iniciado por los programas educativos de Growing Power, otras organizaciones acuapónicas sin fines de lucro han tomado la antorcha como Dre Taylor con Nile Valley Aquaponics en Kansas City, Kansas, EE.UU. Esta granja tiene como objetivo proporcionar 100.000 libras (45.400 kg) de productos locales a la comunidad circundante en un nuevo campus galardonado para la granja en expansión (Fig. 21.14).

   

   Fig. 21.14 Propuesta de campus Aquaponics del Valle del Nilo (Kansas City, Kansas, EE.UU.) por HOK Architects

   21.6.3 Educación y formación laboral

   La acuapónica puede ser utilizada como una herramienta educativa para promover el pensamiento de sistemas y el mindfulness ambiental (Junge et al. 2014; Specht et al. 2014). En aplicaciones urbanas, los sistemas acuapónicos podrían utilizarse para sensibilizar acerca de los ciclos ecológicos al igual que las granjas existentes basadas en el suelo (Kulak et al. 2013). El Proyecto de Invernadero en la ciudad de Nueva York traduce esto en un nuevo enfoque de la educación científica en las escuelas públicas. El Proyecto Invernadero tiene como objetivo construir 100 invernaderos en la azotea en escuelas públicas como aulas de ciencias. Estos invernaderos, personalizados por su doble misión de crecimiento y aprendizaje, incluyen un sistema aquapónico. Sin embargo, los sistemas acuapónicos también requieren una mayor colaboración entre las disciplinas académicas existentes para avanzar en este nuevo campo académico multidisciplinario (Goddek et al. 2015). La colaboración de especialistas en acuicultura y horticultura, ingenieros, estrategas empresariales y profesionales del medio ambiente construidos entre muchos otros es necesaria para convertir la acuapónica en un importante contribuyente al desarrollo urbano sostenible.

7. 21.7 Conclusiones

   Original publication 2019 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Hay una serie de criterios que contribuyen al desempeño de cada finca y su número crece con el número de disciplinas involucradas en este campo interdisciplinario de la acuapónica. Cabe destacar un estudio anterior que ha proporcionado una definición de acuapónica y una clasificación de los tipos de acuapónica basada en el tamaño y el sistema (Palm et al. 2018). Muchos criterios para el análisis del tipo de recinto identificados en este estudio provienen del contexto agrícola inmediato: el clima local, la calidad del contexto del entorno construido, las prácticas de abastecimiento de energía, los costos, el mercado y los marcos regulatorios locales. Un invernadero acuapónico en un contexto rural funciona de manera diferente a uno en una ciudad, así como las granjas en climas áridos no comparten los mismos requisitos que sus contrapartes en las zonas más frías. En general, los invernaderos clasificados como tecnología media y solar pasiva ofrecen una opción de cerramiento ambientalmente sostenible de menor costo, actualmente solo utilizada en operaciones acuapónicas más pequeñas. Sin embargo, debido a su nivel intencionalmente limitado de controles técnicos ambientales, sólo funcionan bien en zonas climáticas específicas. En comparación, los invernaderos de alta tecnología y tejados se pueden implementar técnicamente en cualquier lugar, aunque en condiciones climáticas extremas generan altos costos operativos y una mayor huella ambiental. Estudios de casos recientes muestran que las instalaciones de cultivo en interiores pueden ser financieramente factibles, pero debido a su dependencia exclusiva de la iluminación eléctrica, su eficiencia en el uso de los recursos y su huella ambiental son motivo de preocupación. Es necesario seguir investigando para establecer la relación de las granjas acuapónicas específicas y sus recintos con las redes de recursos existentes. Este trabajo puede ayudar a conectar la acuapónica con la investigación realizada sobre el metabolismo urbano.

   Otros criterios que determinan la tipología y el rendimiento de las explotaciones son internos. Estos incluyen niveles de control ambiental, selección de cultivos y peces, tipo de sistema acuapónico y escala y tipo y escala de recinto. Adoptando un enfoque integrado de ACV, la relación entre todos los factores debe evaluarse a lo largo de toda la vida útil de la explotación, desde la cuna hasta la tumba. La evaluación del ciclo de vida de las granjas acuapónicas debe incluir tanto los impactos de la construcción como los impactos crecientes del sistema, ya que existe una superposición en la fase de operación de la granja. Una serie de estrategias prometedoras en calefacción, refrigeración, iluminación y diseño de materiales pueden mejorar la eficiencia general de la granja a lo largo de toda la vida útil de la granja. Más allá de tener en cuenta el impacto ambiental, LCA puede convertirse en un marco de diseño para expertos en horticultura, especialistas en acuicultura, arquitectos e inversores.

   Continuar con el estudio de las granjas acuapónicas comerciales existentes es importante para validar modelos de ACV, identificar estrategias y catalogar operaciones acuapónicas emergentes a mayor escala. La combinación de modelos con estudios de caso sobre la acuapónica ambiental controlada tiene el potencial de conectar la acuapónica con el alcance más amplio de la sostenibilidad urbana.

   Reconocimientos Los autores de este estudio reconocen el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) bajo el paraguas de la Iniciativa Global de Urbanización Sostenible (SUGI) Food Water Energy Nexus y el apoyo de todos los socios del proyecto CITYFOOD para proporcionar ideas e inspiración.