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Capítulo 21 Aquapônica no Ambiente Construído

1. 21.1 Introdução

   Original publication 2019 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   A Aquaponics foi reconhecida como uma das “dez tecnologias que poderiam mudar nossas vidas” pelo mérito de seu potencial para revolucionar a forma como alimentamos populações urbanas em crescimento (Van Woensel et al. 2015). Este sistema de crescimento recirculante sem solo estimulou o aumento da pesquisa acadêmica nos últimos anos e inspirou interesse em membros do público, conforme documentado por uma alta proporção de resultados de pesquisa do Google para Google Scholar em 2016 (Junge et al. 2017). Durante muito tempo, a aquapônica tem sido praticada principalmente como um hobby no quintal. É agora cada vez mais utilizada comercialmente devido ao forte interesse dos consumidores em métodos agrícolas biológicos e sustentáveis. Uma pesquisa realizada pela equipe CITYFOOD na Universidade de Washington em julho de 2018 mostra que o número de operações aquapônicas comerciais aumentou rapidamente nos últimos 6 anos. Esta busca focada por operações aquapônicas identificou 142 operações aquapônicas ativas com fins lucrativos na América do Norte. Com base em informações on-line, 94% das explorações agrícolas iniciaram sua operação em escala comercial desde 2012; apenas nove fazendas aquapônicas comerciais estão em operação há mais de 6 anos (Fig. 21.1).

   A maioria das operações aquapônicas pesquisadas estão localizadas em áreas rurais e são muitas vezes conectadas a fazendas existentes para aproveitar os baixos preços da terra, disponíveis

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   Fig. 21.1 Profissionais aquapônicos existentes na América do Norte, 142 empresas comerciais (vermelho) e

   17 centros de pesquisa (azul), (CITYFOOD, Julho 2018)

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   Fig. 21.2 Aquaponics em toda a Europa: 50 centros de pesquisa (azul) e 45 empresas comerciais (vermelho). (Hub Aquaponics da UE 2017)

   infra-estrutura, e códigos de construção propícios para estruturas agrícolas. Independentemente disso, um número crescente de operações aquapônicas também estão localizadas nas cidades. Devido à sua pegada física relativamente pequena e alta produtividade, as operações aquapônicas são adequadas para a prática em ambientes urbanos (Junge et al. 2017). Pesquisas realizadas sob os auspícios da União Europeia (UE) Aquaponics Hub em 2017 identificaram 50 centros de pesquisa e 45 empresas comerciais que operam na União Europeia (Fig. 21.2). Essas empresas variam em tamanho de pequeno a médio porte.

   21.1.1 Aquapônica em Ambientes Urbanos

   O espaço é uma mercadoria valiosa nas cidades. As fazendas urbanas têm de ser engenhosas para encontrar locais disponíveis, tais como lotes desocupados, telhados existentes e armazéns subutilizados que são acessíveis para um negócio agrícola (de Graaf 2012; De La Salle e Holland 2010). As explorações aquánicas urbanas precisam equilibrar os custos de produção mais elevados com as vantagens competitivas de comercialização e distribuição que as localidades urbanas oferecem. O maior benefício para localizar operações aquapônicas nas cidades é um mercado consumidor crescente com interesse em produtos frescos, de alta qualidade e cultivados localmente. Ao cumprir os regulamentos locais para produtos orgânicos, as fazendas urbanas podem alcançar preços premium para suas folhas verdes, ervas e tomates cultivados aquaponicamente (Quagrainie et al. 2018). Ao contrário da hidroponia, a aquapônica também tem a capacidade de produzir peixes, aumentando ainda mais a viabilidade econômica em um ambiente urbano que muitas vezes tem diversas necessidades alimentares (König et al. 2016). As fazendas aquapônicas urbanas também podem economizar alguns custos operacionais, reduzindo a distância de transporte para o consumidor e reduzindo a necessidade de armazenamento de culturas (dos Santos 2016).

   As condições ambientais urbanas também podem ser vantajosas para as explorações aquánicas. As temperaturas médias nas cidades são mais elevadas do que nas zonas rurais (Stewart e Oke 2010). Em regiões mais frias, particularmente, as fazendas podem se beneficiar de um clima urbano mais quente, o que pode ajudar a reduzir a demanda de aquecimento e os custos operacionais (Proksch 2017). As fazendas aquapônicas integradas com os sistemas de construção de um edifício hospedeiro podem utilizar ainda mais recursos urbanos, como calor residual e COSub2/Sub no ar de exaustão, para beneficiar o crescimento das plantas como uma alternativa à fertilização convencional COSub2/Sub. As fazendas urbanas também podem ajudar a atenuar os aspectos negativos do efeito da ilha de calor urbana durante os meses de verão. A vegetação adicional, mesmo que cultivada em estufas, ajuda a reduzir a temperatura ambiente através do aumento da evapotranspiração (Pearson et al. 2010). Na aquaponia, o uso da infraestrutura de recirculação de água reduz o consumo global de água para a produção de peixes e alface e pode, portanto, ter um efeito positivo no ciclo da água urbana. Os produtos aquaponicamente cultivados esforçam-se para fechar o ciclo de nutrientes, evitando assim a produção de escoamentos agrícolas. Através da gestão inteligente de recursos dentro dos principais sistemas ambientais, a aquaponia ajuda a reduzir o consumo excessivo de água e a eutrofização geralmente criados pela agricultura industrial.

   21.1.2 Aquapônica como Agricultura Ambiental Controlado (CEA)

   As técnicas agrícolas tradicionais para estender a época de cultivo natural variam de modificações ambientais mínimas, como casas de argola temporárias usadas em campos de solo, até o controle ambiental total em instalações permanentes que permitem a produção durante todo o ano, independentemente do clima local ( Ambiente Controlado Agricultura 1973). Esta última estratégia também é conhecida como agricultura ambiental controlada (CEA) e inclui estufas e instalações de cultivo interior. Além de controlar o clima interno, a CEA também reduz significativamente o risco de perda de culturas para calamidades naturais e a necessidade de herbicidas e pesticidas (Benke e Tomkins 2017). A maioria das operações aquapônicas são concebidas como CEA, uma vez que combinam dois sistemas de cultivo complexos (aquacultura e hidroponia), que exigem condições de crescimento controladas para garantir a produtividade ideal. Além disso, a CEA permite que a produção durante todo o ano amortize o alto investimento em infraestrutura aquapônica e atinja preços de colheita premium no mercado fora da estação de crescimento natural. O desempenho dos compartimentos aquánicos é altamente dependente do clima local e das oscilações sazonais (Graamans et al. 2018).

   Como a aquapônica é uma disciplina relativamente jovem, a maior parte da pesquisa existente está focada no nível do sistema — por exemplo, estudos que avaliam a integração técnica da aquicultura com hidroponia em diferentes configurações (Fang et al. 2017; Lastiri et al. 2018; Monsees et al. 2017). Embora os componentes individuais do sistema aquapônico e suas interações ainda possam ser otimizados para produtividade, seu desempenho dentro de um envelope de ambiente controlado não foi abordado de forma abrangente. Pesquisas recentes no CEA começaram a avaliar o desempenho do sistema hidropônico em conjunto com o desempenho do ambiente construído, embora exista apenas um estudo que modela o desempenho do sistema aquaponico em um envelope controlado (Benis et al. 2017a; Körner et al. 2017; Molin and Martin 2018a; SanJuandelmás et al. 2018).

   21.1.3 Colaborações de pesquisa Aquaponics

   A atual expansão de interesse na aquapônica levou à criação de várias colaborações interdisciplinares de pesquisa relacionadas à aquapônica financiadas pela União Europeia (UE). O projeto COST FA1305, que criou o Hub Aquaponics da UE (2014—2018), reuniu a pesquisa aquaponica e os produtores comerciais para entender melhor o estado da arte na aquapônica e para gerar esforços coordenados de pesquisa e educação em toda a UE e em todo o mundo. O Innovative Aquaponics for Professional Application (INAPRO) (2014—2017), um consórcio de 17 parceiros internacionais, teve como objetivo avançar as abordagens atuais para a aquapônica rural e urbana através do desenvolvimento de modelos e construção de estufas protótípicas. O projeto CITYFOOD (2018—2021) no âmbito da Iniciativa de Crescimento Urbano Sustentável (SUGI), co-financiado pela UE, Fórum de Belmont e respectivas fundações científicas, investiga a integração da aquaponia no contexto urbano e o seu potencial impacto nos desafios globais do nexo alimento-água-energia.

2. 21.2 Classificação da Aquapônica do Ambiente Controlado

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   O termo aquapônica é usado para descrever uma ampla gama de diferentes sistemas e operações, variando muito em tamanho, nível tecnológico, tipo de gabinete, propósito principal e contexto geográfico (Junge et al. 2017). A primeira versão dos critérios de classificação para explorações aquánicas incluiu objetivos das partes interessadas, volume do tanque e parâmetros que descrevem os componentes da aquicultura e do sistema hidropônico (Maucieri

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   Fig. 21.3 Critérios de classificação para identificação de tipos de explorações aquánicas

   et al. 2018). Trabalhos adicionais foram realizados por um grande grupo de pesquisadores para definir melhor a aquapônica e apresentar uma nomenclatura baseada no consenso internacional (Palm et al. 2018). Isso levou a uma discussão abrangente sobre os tipos e escalas de sistemas e, mais importante, uma definição de aquapônica que é: “_a maioria (\ > 50%) dos nutrientes que sustentam o crescimento ideal da planta deve derivar de resíduos provenientes da alimentação dos organismos aquáticos.” No entanto, ambas as definições se concentram no sistemas de crescimento e não consideram outros aspectos essenciais de uma exploração aquapônica comercial funcional. À medida que as operações aquapônicas se tornam parte das economias locais, os critérios de classificação identificados pela pesquisa interdisciplinar em áreas como arquitetura, economia e sociologia também se tornarão essenciais.

   Esta proposta de classificação centra-se no campo emergente das operações aquapônicas comerciais através da lente do ambiente construído. As principais características que descrevem uma operação aquapônica se enquadram em quatro categorias diferentes: sistema de crescimento, gabinete, operação e contexto (Fig. 21.3). Essas categorias para critérios de classificação impactam entre si entre escalas, onde as configurações crescentes do sistema podem afetar o desempenho contextual da fazenda como uma empresa, ou as demandas do mercado local podem determinar o tipo de cultura cultivada no sistema aquapônico. Alguns critérios de classificação da fazenda são relevantes em todas as escalas, como “tamanho”, medido em volume do tanque, área de crescimento, número de funcionários e receita anual (Tabela 21.1).

   • Os critérios de classificação do sistema de crescimento descrevem a configuração do sistema aquícola interligado e hidropônico. Isso inclui especificações para os componentes físicos que permitem a recirculação de água e nutrientes (como tanques de água, filtros, bombas e tubulação), organismos vivos que transformam nutrientes disponíveis em diferentes estádios (incluindo espécies de peixes, plantas e microrganismos) e valores que descrevem o desempenho do sistema, como temperatura, níveis de pH, teor de oxigênio/carbono e condutividade elétrica (Alsanius et al. 2017).

   Quadro 21.1 Critérios de classificação possíveis para tipos de explorações aquánicas

   tabela cabeça tr class="cabeçalho” Sistema de crescimento/th th Recinto /th th Operação /th th Contexto /th /tr /cabeça tbody tr class="ímpar” TDaquacultura tipo de sistema/td td Tipologia do invólucro /td td Finalidade /td td Localização geográfica /td /tr tr class="mesmo” TDFish espécies/td td Sistema estrutural /td td Partes interessadas /td td Contexto físico /td /tr tr class="ímpar” TDWater Temperatura/td td Material da cobertura da montagem do envelope /td td Modelo de negócio /td td Impacto ambiental /td /tr tr class="mesmo” TDFiltration sistema/td td Sistemas de aquecimento/refrigeração /td td Trabalho distribuição /td td Contexto socioeconômico /td /tr tr class="ímpar” TDFeed tipo/td td Fonte de luz /td td Tipo de financiamento /td td rowspan=4 Impacto social /td /tr tr class="mesmo” TDHydroponic sistema tipo/td td Sistema de ventilação /td td Regime de comercialização /td /tr tr class="ímpar” TDCrop espécies/td td rowspan=2 Integração do edifício host /td td rowspan=2 Modelo de distribuição /td /tr tr class="mesmo” Sistema de distribuição TDWater /tr /tbody /tabela

   • Os critérios de classificação do recinto definem as características dos edifícios que abrigam os sistemas de crescimento, na escala seguinte. A maioria das fazendas aquapônicas usa gabinetes CEA que variam de acordo com a identificação de tipologia (como estufa ou armazém), sistema estrutural, sistemas de aquecimento e refrigeração, iluminação, ventilação e sistemas de controle de umidade (Benke e Tomkins 2017).
   • Critérios de classificação de operações descrevem como cada fazenda aquapônica opera como um negócio e fazenda, que inclui conhecimento humano e insumos de mão de obra necessários para o cultivo e venda de produtos. Os critérios nesta seção incluem tipo de financiamento, estrutura e gestão de negócios, requisitos trabalhistas e divisão, esquema de marketing, modelo de distribuição de produtos e finalidade geral da instalação aquaponica.
   • Critérios de classificação de contexto, na maior escala, descrevem a localização geográfica, o contexto físico, a integração urbana e o impacto social global das explorações aquaônicas. Critérios de contexto descrevem como uma fazenda aquapônica faz parte da cadeia alimentar urbana e do ambiente construído, capaz de influenciar o crescimento econômico, o envolvimento social e os impactos ambientais em larga escala na cidade (dos Santos 2016).

3. 21.3 Tipologias de invólucro e estudos de caso de fazendas comerciais

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   Esta investigação mais aprofundada centra-se na definição de critérios de classificação aquánica a nível do recinto para complementar as definições existentes a nível do sistema. Os tipos de recinto discutidos aqui trabalham com diferentes sistemas de construção, níveis de controle tecnológico, estratégias de controle climático passivo e fontes de energia para alcançar um clima interno apropriado. A melhor aplicação de cada tipologia do recinto depende principalmente do tamanho da operação, da localização geográfica, do clima local, das espécies de peixes e culturas alvo, dos parâmetros exigidos dos sistemas que abriga e do orçamento. Este estudo identifica cinco tipologias de recinto diferentes e define as características dos espaços interiores que abrigam a infraestrutura aquícola.

   21.3.1 Tipologias de Estufa

   Esta classificação inclui quatro categorias de estufas — estufas de média tecnologia, estufas solares passivas, estufas de alta tecnologia e estufas de telhado — que são aplicáveis a operações aquapônicas a nível comercial (Tabela 21.2). As estufas existentes podem não se encaixar exatamente em uma única tipologia, mas estão dentro de um espectro de tecnologia média a alta tecnologia, incorporando seletivamente técnicas de controle ambiental ativas e passivas.

   Estufas de Média Tecno As estufas com níveis intermediários de tecnologia para controlar o clima interno incluem Quonset independente ou conectado à calha (tipo cabana Nissen), casa de aro (polytunnel) e estufas de extensão uniforme. Eles geralmente são cobertos com filme de polietileno duplo (PE) ou painéis de plástico rígido, como painéis de acrílico (PMMA) e painéis de policarbonato (PC). Estas estufas são menos dispendiosas de instalar, embora o revestimento de filme precise ser substituído com frequência devido à rápida deterioração causada pela exposição constante à radiação UV (Proksch 2017). Estas estufas protegem as culturas de eventos climáticos extremos e, em certa medida, patógenos, mas oferecem apenas um nível limitado de controles climáticos ativos. Em vez disso, eles dependem de radiação solar, sistemas simples de sombreamento e ventilação natural. Com sua capacidade limitada de modificar as condições de crescimento dentro de um determinado intervalo, as estufas de tecnologia média raramente são usadas para abrigar fazendas aquapônicas em climas frios. Isso ocorre porque o alto investimento inicial nos componentes hidropônicos e aquacultura requer um ambiente estável e uma produção confiável durante todo o ano para ser comercialmente viável.

   As operações aquapônicas em climas mais quentes demonstraram com sucesso o uso de estufas de tecnologia média que empregam resfriamento evaporativo e sistemas de aquecimento simples. Por exemplo, os Colhedores Sustentáveis em Hockley, Texas, EUA usam uma estufa Quonset simples (12.000 sf/1110 msup2/sup) para a produção de alface durante todo o ano sem depender de um amplo aquecimento ou iluminação suplementar. Ouroboros Farms em Half Moon Bay, Califórnia, EUA usa uma estufa existente (20.000 sf/1860 msup2/sup) para produzir alface, folhas verdes e ervas (Fig. 21,4). Devido ao clima ameno, a fazenda usa principalmente sombreamento estático e pouco aquecimento e resfriamento suplementares. Ambas as fazendas, assim como muitas operações menores de tecnologia média, colocam seus tanques de peixes no mesmo espaço de estufa que o sistema de cultivo hidropônico. As explorações cultivam espécies de peixes que toleram uma ampla faixa de temperatura (tilápia) e tanques de aquicultura de sombra para evitar o superaquecimento e o crescimento de algas.

   Quadro 21.2 Comparação de estudos de caso por tipologias de recinto

   tabela cabeça tr class="cabeçalho” TCEA tipo/th th Estudos de caso /th th Sistema de construção /th th Controles /th th Crescimento seasonsupa/sup e latitude /th th Hardiness zonesupb/sup /th /tr /cabeça tbody tr class="ímpar” td rowspan=6 estufas de média-tecnologia/td td rowspan=3 Fazendas Ouroboros, Half Moon Bay, CA, EUA (20.000 sf/1860 msup2/sup) /td td rowspan=3 GH existente, calha conectada com dois vãos pares, revestida com vidro único, tanques de peixes em GH /td td rowspan=3 Sombreamento estático, cortinas de sombreamento /td td rowspan=2 319 dias/ 10, 6 meses /td td 10a /td /tr tr class="mesmo” td 30 a 35° F /td /tr tr class="ímpar” td 37,5˚ N /td td -1,1 a 1,7° C /td /tr tr class="mesmo” td rowspan=3 Colheitadeiras Sustentáveis, Hockley, TX, EUA (12.000 sf/1110 msup2/sup) /td td rowspan=3 Quonset quadro, multi-túnel (3) GH, folheado com filme PE e painéis de plástico rígidos, tanques de peixes em GH /td td rowspan=3 Refrigeração por evaporação, ventilação forçada /td td rowspan=2 272 dias/ nove meses /td td 8b /td /tr tr class="ímpar” td 15 a 20° F /td /tr tr class="mesmo” td 30,0 ˚N /td td -9,4 a 6 ,7° C /td /tr tr class="ímpar” td RowSpan=6estufas solares passivas/td td rowspan=3 Estufa solar aquapônica, Neuenburg am Rhein, Alemanha (2000 sf/180 msup2/sup) /td td rowspan=3 (Chinês) estufa solar, com parede adobe como massa térmica adicional, revestida com filme ETFE, tanques de peixes em GH /td td rowspan=3 Módulos fotovoltaicos personalizados para sombreamento e produção de energia /td td rowspan=2 202 meses/ 6, 6 meses /td td 8a /td /tr tr class="mesmo” td 10—15° F /td /tr tr class="ímpar” td 47,8° N /td td

   • 12,2 a -9,4° C /td /tr tr class="mesmo” td rowspan=3 Estufa Eco-ARK em Finn & Roots, Bakersfield, VT, EUA (6000sf/ 560 msup2/sup) /td td rowspan=3 Estufa solar, terra abrigada, ângulo íngreme do telhado virado a sul (cerca de 60), isolamento de espessura, vidros especiais de coleta solar, tanques de peixes no norte, lado subterrâneo /td td rowspan=3 Calor radiante alimentado a madeira, cortina de energia, ventilação com efeito de empilhamento, iluminação LED suplementar /td td rowspan=2 108 dias/ 3, 6 meses /td td 4a /td /tr tr class="ímpar” td -30 a -25° F /td /tr tr class="mesmo” td 44,8˚ N /td td -34,4 a -31,7° C /td /tr tr class="ímpar” td RowSpan=6Estufas de alta tecnologia/td td rowspan=3 Superior Fresh Farms, Hixton, WI, EUA (123.000 sf/11.430 msup2/sup) /td td rowspan=3 Estilo Venlo, calha conectada, (20 41 baías), revestida com vidro, tanques de peixes em edifício separado /td td rowspan=3 Ambiente CEA controlado por computador, iluminação LED suplementar, /td td rowspan=2 122 dias/ 4. 1 meses /td td 4b /td /tr tr class="mesmo” td -25 a -20° F /td /tr tr class="ímpar” td 44,4 N /td td -31,7 a -28,9° C /td /tr tr class="mesmo” td rowspan=3 Blue Smart Farms, Cobbitty, NSW, Austrália (53.800 sf/5000 msup2/sup) /td td rowspan=3 Estilo Venlo, calha conectada, (14 18 baías), revestido com vidro, construção de dois andares, tanques de peixes no nível inferior /td td rowspan=3 Controle biológico de pragas do ambiente CEA controlado por computador /td td rowspan=2 300 dias/ 10 meses /td td 9b /td /tr tr class="ímpar” td 25 a 30° F /td /tr tr class="mesmo” td 34,0˚S /td td -3,9 a -1,1° C /td /tr tr class="ímpar” td RowSpan=6Greenhouses/td td rowspan=3 Ecco-jäger Aquaponik Dachfarm, Bad Ragaz, Suíça (12.900 sf/1200 msup2/sup) /td td rowspan=3 Estilo Venlo, calha conectada, (7 13 baías), revestida com vidro, tanques de peixes no nível inferior /td td rowspan=3 Ambiente CEA, iluminação LED suplementar, utilização de calor de exaustão da instalação de arrefecimento /td td rowspan=2 199 dias/ 6, 6 meses /td td 7b /td /tr tr class="mesmo” td 5 a 10° F /td /tr tr class="ímpar” td 47,0˚ N /td td -15,0 a -12,2° C /td /tr tr class="mesmo” td rowspan=3 BIGH's Ferme matadouro, Bruxelas, Bélgica (21.600 sf/2000 msup2/sup) /td td rowspan=3 Estilo Venlo, calha conectada, (15 10 baías), revestida com vidro, tanques de peixes no nível inferior /td td rowspan=3 Ambiente CEA, iluminação LED suplementar /td td rowspan=2 224 dias/ 7, 3 meses /td td 8b /td /tr tr class="ímpar” td 15 a 20° F /td /tr tr class="mesmo” td 50,8˚ N /td td -9,46 a -6,7° C /td /tr tr class="ímpar” td RowSpan=6Espaços de crescimento interno/td td rowspan=3 Urban Organics, Cervejaria Schmidt, São Paulo, MN, EUA (87.000 sf/8080 msup2/sup) /td td rowspan=3 Armazém de estrutura de aço, altamente isolado, crescimento empilhado, tanques de peixes em espaço separado /td td rowspan=3 Iluminação UV fluorescente, ambiente CEA controlado por computador /td td rowspan=2 140 dias/ 4, 7 meses /td td 4b /td /tr tr class="mesmo” td -25 a -20° F /td /tr tr class="ímpar” td 45,0˚ N /td td -31,7 a 28,9° C /td /tr tr class="mesmo” td rowspan=3 Nutraponics, Sherwood Park, AB, Canadá (10.800 sf/1000 msup2/sup) /td td rowspan=3 Armazém de estrutura de aço, altamente isolado, crescimento empilhado, tanques de peixes em espaço separado /td td rowspan=3 Iluminação LED, ambiente CEA controlado por computador /td td rowspan=2 121 dias/4 meses /td td 4a /td /tr tr class="ímpar” td -30 a -25° F /td /tr tr class="mesmo” td 53,5˚ N /td td -34,4 a -31,7° C /td /tr /tbody /tabela

   SUPA/Supfrost-Free estação de crescimento, Associação Nacional de Jardinagem, Ferramentas e Aplicativos, https://garden.org/ apps/calendário/

   SUB/SUP baseado no mapa da zona de resistência do USDA, que identifica a temperatura média anual mínima de inverno (1976—2005), dividida em 10 zonas F. Mapas de plantas, https://www.plantmaps.com/ index.php

   Estufas solares passivas Este tipo de estufa foi projetado para ser exclusivamente aquecido por energia solar. Elementos de massa térmica substanciais, como uma parede sólida voltada para o norte, armazenam a energia solar sob a forma de calor que é então reradiada durante períodos mais frios à noite. Esta abordagem amortece oscilações de temperatura do ar e pode reduzir ou eliminar a necessidade de combustíveis fósseis. As estufas solares têm um lado transparente virado a sul e um lado opaco, maciço e altamente isolado virado a norte. A integração de grandes volumes de água em forma de tanques de peixes é uma mais-valia para o desempenho térmico deste tipo de estufa. Além disso, os tanques podem ser localizados em áreas da estufa menos adequadas para o cultivo de plantas ou parcialmente submersas no solo para maior estabilidade térmica.

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   Fig. 21.4 Ouroboros Farms (Half Moon Bay, Califórnia, EUA)

   A estufa solar Aquaponic (2000 sf/180 msup2/sup), desenvolvida e testada por Franz Schreier, provou ser um ambiente adequado para abrigar um pequeno sistema aquapônico no sul da Alemanha. A estufa recolhe energia solar através do seu telhado arqueado virado a sul e revestido de parede com película de etileno tetrafluoroetileno (ETFE). O calor é armazenado em tanques de peixes parcialmente submersos, chão e parede norte revestida de adobe para ser dissipado à noite. Os painéis fotovoltaicos (PV) personalizados da estufa transformam a radiação solar em energia. Localizada no clima mais frio de Vermont, EUA, a Eco-Ark Greenhouse na fazenda Finn & Roots (6000 sf/560 msup2/sup) abriga um sistema aquapônico que funciona com uma abordagem solar passiva semelhante. A estufa tem um telhado transparente virado a sul íngreme (aprox. 60˚) com vidros especiais coletores solares (Fig. 21.5). Seu lado norte altamente isolado e opaco está submerso em uma encosta e abriga os tanques de peixes. Além desses controles passivos, o Eco-Ark possui um aquecimento de piso radiante que complementa o aquecimento durante as estações mais frias.

   Estufas de alta tecnologia estilo Venlo, estufas de alta tecnologia que apresentam um alto nível de tecnologia para controlar o clima interno são o padrão para CEA hidropônica em escala comercial. Estufas de alta tecnologia são caracterizadas por controles computadorizados e infraestrutura automatizada, como cortinas térmicas automáticas, matrizes de iluminação automática e sistemas de ventilação de ar forçado. Essas tecnologias permitem um alto nível de controle ambiental, embora venham ao custo do alto consumo de energia.

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   Fig. 21.5 Estufa Eco-Ark em Finn & Roots Farm (Bakersfield, Vermont, EUA)

   Algumas fazendas aquapônicas comerciais de grande escala usam essa tipologia de estufa para sua produção vegetal, como as fazendas Superior Fresh, localizadas em Hixton, Wisconsin, EUA (123.000 sf/11.430 msup2/sup), com os sistemas de aquicultura alojados em um recinto separado opaco. A iluminação e o aquecimento de LED suplementares automatizados permitem que as fazendas Superior Fresh cultivem folhas verdes durante todo o ano, apesar da falta de luz do dia no inverno, onde a estação de crescimento natural e livre de geadas dura apenas 4 meses. Sistemas automatizados para controle climático interno permitem que estufas de alta tecnologia sejam operadas em qualquer lugar do mundo — a estufa Blue Smart Farms usa uma série de sensores para otimizar o sombreamento durante os verões quentes australianos.

   Thanet Earth, o maior complexo de estufa do Reino Unido, está localizado no sudeste da Inglaterra. Suas cinco estufas cobrem mais de 17 hectares (7 hectares) cada, cultivando tomates, pimentas e pepinos usando hidroponia (Fig. 21.6). Esta empresa é alimentada por um sistema combinado de calor e energia (CHP) que fornece energia, calor e CoSub2/sub para as estufas. O sistema CHP opera de forma muito eficiente e canaliza o excesso de energia para o distrito local, alimentando-o na rede de fornecimento de energia local. Além disso, tecnologias controladas por computador, como cortinas de energia, iluminação suplementar de descarga de alta intensidade e ventilação regulam as condições de crescimento interno.

   Este tipo mais recente inclui estufas construídas em cima de edifícios anfitriões, seja como retrofit de estruturas existentes ou como parte de novas construções. Devido aos altos custos da terra, economizar espaço é cada vez mais importante para fazendas aquapônicas em contextos urbanos. Ligar uma estufa a um edifício existente é uma estratégia para os agricultores urbanos que procuram revitalizar o espaço subutilizado e encontrar uma localização central na cidade. As estufas de cobertura já são usadas por produtores hidropônicos em escala comercial, mas são um tipo de compartimento relativamente raro para fazendas aquapônicas devido ao peso adicional de água que pode esticar as estruturas existentes para além da sua capacidade de carga. As poucas fazendas aquapônicas do telhado que atualmente existem priorizam sistemas de distribuição de água leve (técnica de filme nutriente ou crescimento baseado em mídia em vez de cultura de águas profundas) e localizam seus tanques de peixes no nível abaixo do espaço de cultivo devido à diminuição da demanda por luz natural.

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   Fig. 21.6 Thanet Earth, estufas de última geração com fornecimento combinado de calor e energia, (Ilha de Thanet em Kent, Inglaterra, Reino Unido)

   Duas quintas de cobertura com sistemas aquánicos de alta tecnologia foram recentemente abertas na Europa. Ambas consultaram com consultores de sistemas agrícolas Efficient City Farming (ECF) em Berlim. Ecco-Jäger Aquaponik Dachfarm, em Bad Ragaz, Suíça, fica no topo de um centro de distribuição de uma empresa familiar de produtos. A estufa no telhado estilo Venlo (12.900 sf/1200 msup2/sup) está localizada em um prédio de dois andares; os tanques de peixes estão instalados no piso abaixo da estufa. Ao cultivar verduras e ervas aromáticas na cobertura, a Ecco-jäger reduz a necessidade de transporte e pode oferecer produtos imediatamente após a colheita. Além disso, a fazenda aproveita o calor residual gerado por seu armazenamento frio para aquecer a estufa. O BIGH Ferme Abattoir (21.600 sf/2000 msup2/sup) é uma versão maior de uma estufa semelhante ao estilo Venlo (Fig. 21.7), que ocupa o telhado do mercado Foodmet em Bruxelas, Bélgica. Esses exemplos iniciais apontam para um maior potencial para otimizar o desempenho aquapônico e do envelope através da conexão de fluxos de água, energia e ar entre a fazenda e o edifício hospedeiro, conhecido como agricultura integrada de edifícios (BIA). Atualmente, estão sendo feitas pesquisas sobre a principal estufa hidropônica integrada no telhado localizado no edifício compartilhado pelo Instituto de Ciência e Tecnologia Ambiental (ICTA) e pelo Instituto Catalão de Paleontologia (ICP) da Universidade Autônoma de Barcelona (UAB) para derminar os benefícios da plena integração de edifícios, embora não exista tal exemplo no campo da aquapônica para determinar os benefícios da integração total dos edifícios, embora não exista tal exemplo no domínio da aquapônica.

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   Fig. 21.7 Matadouro BIGH Ferme com a estufa de alta tecnologia em segundo plano (Bruxelas, Bélgica)

   21.3.2 Tipo de crescimento interno

   Os espaços de cultivo interiores dependem exclusivamente da luz artificial para a produção de plantas. Muitas vezes, esses espaços em crescimento são altamente isolados e revestidos em um material opaco, originalmente destinado a salas de armazenamento ou fabricação industrial. Os espaços interiores geralmente têm melhor isolamento do que as estufas devido ao material envolvente, embora não possam depender de iluminação diurna ou aquecimento natural. A suposição é que esta tipologia é mais adequada para climas extremos, onde oscilações de temperatura são mais preocupantes do que a iluminação (Graamans et al. 2018), embora seja necessária uma investigação mais conclusiva.

   A Urban Organics opera duas fazendas aquapônicas internas em escala comercial dentro de duas cervejarias remodeladas no núcleo industrial de St. Paul, Minnesota, EUA. As duas fazendas cultivam folhas verdes e ervas aromáticas em camas de crescimento empilhadas iluminadas por luzes fluorescentes (Fig. 21.8). Seu segundo local permite que a Urban Organics aproveite a infraestrutura da cervejaria em torno de um aquífero existente; a água do aquífero precisa de tratamento mínimo e é fornecida a 10° C para tanques de char ártico e truta arco-íris. O uso de estruturas existentes reduziu os custos de construção para Urban Organics e ofereceu a oportunidade de revitalizar uma área em dificuldades da cidade. Em um clima ainda mais frio, Nutraponics cresce folhas verdes em um armazém em uma parcela rural 40 km fora de Edmonton, Alberta, Canadá. Como a produção local é altamente dependente de variações de temperatura sazonais, a Nutraponics ganha uma vantagem competitiva no mercado empregando iluminação LED para acelerar o crescimento das culturas durante todo o ano (Fig. 21.9).

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   Fig. 21.8 Urban Organics (St. Paul, Minnesota, EUA)

   21.3.3 Caixas para Aquicultura

   Os compartimentos para a componente aquícola das operações aquánicas não são tecnicamente tão exigentes quanto o projeto do recinto para os componentes hidropônicos, uma vez que os peixes não exigem luz solar para prosperar. No entanto, o controle sobre as condições de cultivo interno permite que os agricultores otimizem o crescimento, reduzam o estresse e elaborem calendários precisos para a produção de peixe, o que confere às suas unidades populacionais uma vantagem competitiva no mercado (Bregnballe 2015). Os compartimentos de espaço de aquicultura são principalmente necessários para manter as temperaturas da água estáveis. Os tanques de peixes devem ser capazes de suportar gamas de temperatura da água confortáveis para espécies específicas de peixes, peixes de água quente 75-86° F (24-30° C) e peixes de água fria 54-74° F (12-23° C) (Alsanius et al. 2017). A água e a temperatura ambiente podem ser controladas de forma mais eficiente se os tanques de peixes estiverem alojados em espaços bem isolados com poucas janelas para minimizar os ganhos solares durante os meses de verão e as perdas de temperatura quando a temperatura externa cair (Pattillo 2017), como demonstrado na configuração do gabinete INAPRO. O grande volume de água necessário para o cultivo de peixes precisa ser considerado de uma perspectiva arquitetônica, pois traz consequências para os sistemas estruturais e de condicionamento dentro de um edifício.

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

4. 21.4 Avaliação de tipologias de gabinete e possíveis aplicações

   Original publication 2019 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   O desempenho real das explorações aquapônicas depende de muitos fatores específicos de casos. Algumas conclusões preliminares sobre as vantagens, desafios e possíveis aplicações das tipologias de recinto podem ser tiradas a partir da comparação de um conjunto relativamente pequeno de estudos de caso. Será necessário um estudo empírico de um número mais significativo de estudos de caso existentes para estabelecer uma correlação entre tipo de recinto, localização geográfica e sucesso comercial.

   As greenhouses_ oferecem uma opção comercialmente viável para operações aquapônicas apenas em climas temperados com invernos amenos e verões moderados, devido à sua limitada capacidade de controle ambiental. Em locais que não exigem muito aquecimento e resfriamento, as fazendas que usam essa tipologia de estufa podem operar de forma eficiente em termos de recursos, com menor investimento inicial para seu gabinete. Essas fazendas geralmente operam com um orçamento mais baixo e incluem os tanques de peixes na mesma estufa, o que limita sua seleção de espécies de peixes para aqueles com uma grande tolerância à temperatura e atrai seu foco comercial para a produção de alface, folhas verdes e ervas aromáticas.

   As estufas solares passivas dependem de sistemas passivos, especificamente o uso de massa térmica, para controlar o clima interno. O uso desta tipologia para sistemas aquapônicos é vantajoso, uma vez que o grande volume de água nos tanques de peixes fornece massa térmica adicional. Devido à sua eficiência energética, eles são frequentemente usados em latitudes do norte, onde estufas convencionais exigiriam um alto nível de aquecimento suplementar. No entanto, operar qualquer estufa nessas regiões depende do uso de iluminação suplementar devido aos baixos níveis de luz e horários de luz do dia curtos durante a temporada de inverno. Embora as estufas solares passivas na Europa e América do Norte sejam atualmente usadas em pequena escala experimental, a aplicação mais geral bem sucedida dessas estufas de inclinação única e eficiente energia em 1,83 milhões de hectares de terras agrícolas na China mostra que esta tipologia pode ser implementado com sucesso em grande escala (Gao et al. 2010).

   As estufas de alta tecnologia, especialmente os grandes sistemas ligados à calha do estilo Venlo, são o padrão da indústria para a produção hidropônica comercial. As maiores explorações aquapônicas comerciais bem financiadas usam essa tipologia para seus sistemas de cultivo hidropônico em conjunto com um compartimento separado para sua infraestrutura aquícola. Esta configuração garante o mais alto nível de controle ambiental, bem como produtividade de culturas e peixes. Tecnicamente, este tipo de estufa pode ser operado em qualquer lugar, desde que a receita produzida pague os altos custos de energia e operação em climas extremos. No entanto, este tipo de operação pode não ser ambientalmente sensível em algumas latitudes do norte devido à extensa necessidade de aquecimento e iluminação suplementar. A pegada ambiental exata de uma estufa de alta tecnologia só pode ser avaliada por projeto e depende principalmente da qualidade das fontes de energia utilizadas para o calor e a luz suplementares.

   A maioria das estufas no telhado são estufas de alta tecnologia estilo Venlo construídas em telhados. Embora se apliquem benefícios e desafios semelhantes, a construção de estufas de cobertura é ainda mais dispendiosa do que a de estufas regulares de alta tecnologia, principalmente devido a códigos de construção e requisitos arquitetônicos. O sistema estrutural de estufas de telhado é muitas vezes superdimensionado para cumprir os códigos de construção para edifícios de escritórios comerciais, que são mais rigorosos do que os requisitos de código de construção para estruturas agrícolas. Além disso, as operações aquapônicas em telhados precisam de infraestrutura adicional para acessar o telhado e cumprir as normas de incêndio e saída, o que gerou uma estufa equipada com aspersores em um exemplo recente (Proksch 2017). A aplicação mais promissora de estufas de telhado está no topo de edifícios anfitriões em centros urbanos. Os telhados urbanos geralmente oferecem amplo acesso à luz solar, que as estufas exigem para funcionar de forma eficaz — um recurso que geralmente está faltando, ou pelo menos não é consistente devido à sombra, ao nível do solo em áreas urbanas densas (Ackerman 2012). Se projetado propositadamente, os edifícios hospedeiros podem oferecer outros recursos, como calor de exaustão e CoSub2/Sub, que podem tornar a operação de uma fazenda aquapônica no telhado mais viável. Este tipo de integração com o edifício anfitrião pode gerar sinergias energéticas e ambientais que melhoram o desempenho da estufa e do edifício anfitrião.

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   Fig. 21.10 Caixa aquapônica INAPRO com duas seções, opaco para peixes e estufa para plantas (Murcia, Espanha)

   Espaços de crescimento interior dependem inteiramente de iluminação artificial e sistemas de controle ativo para aquecimento, resfriamento e ventilação, o que resulta em um alto nível de consumo de energia, pegada ambiental e custo de operação. Esta tipologia é mais aplicável em áreas com invernos frios e curtos períodos de crescimento, onde a exposição natural à luz solar e ganho de calor é baixa e uma suplementação extensa é necessária para operar uma estufa aquapônica comercial. O uso de um invólucro opaco permite altos níveis de isolamento, o que reduz a perda de calor durante os meses de inverno e proporciona autonomia de oscilações externas de temperatura. Além de sua dependência da iluminação elétrica, o crescimento interno excede a produtividade de estufas medida em outros recursos, como água, Cosub2/Sub e área de terra (Graamans et al. 2018). Além disso, a produção por unidade de área terrestre pode ser muito maior através do uso de sistemas de crescimento empilhados. Em relação à integração urbana da aquapônica nas cidades, os espaços de cultivo interiores permitem a reutilização adaptativa de edifícios industriais e armazéns, o que pode reduzir o custo inicial para a construção do recinto e apoiar a integração de fazendas aquapônicas em bairros carentes.

   A configuração do projeto Innovative Aquaponics for Professional Applications (INAPRO, 2018) incluiu a comparação do mesmo sistema aquapônico de última geração e tecnologia de estufa, em vários locais na Alemanha, Bélgica e Espanha. O sistema aquaponico localizado na China foi alojado em uma estufa solar passiva. As instalações aquapônicas da INAPRO na Europa utilizaram um tipo de estufa revestida de vidro para a produção de plantas e um componente industrial para tanques de peixes e unidades de filtração (Fig. 21.10). O projeto INAPRO demonstra que as tecnologias de efeito estufa precisam ser adaptadas e escolhidas para se adaptarem às condições climáticas locais. A equipe espanhola INAPRO descobriu, que o recinto selecionado foi bem adequado para as regiões mais frias do norte da Europa, mas não as mais quentes, regiões mediterrânicas no sul da Europa. Esta observação destaca a importância de mais pesquisas sobre o desempenho de tipologias de estufas para avançar no campo das operações aquaponicas comerciais.

   Embora a comparação das diferentes tipologias revele certos padrões de desempenho entre a tipologia, a localização e o investimento (Quadro 21.3), para uma compreensão abrangente do desempenho das explorações agrícolas e do impacto ambiental, é necessário um sistema mais robusto para a análise e concepção dos compartimentos agrícolas.

5. 21.5 Avaliação de Impacto como Estrutura de Concepção

   Original publication 2019 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   O crescimento da aquapônica e as reivindicações generalizadas de que a aquapônica é mais sustentável do que outras formas de produção de alimentos estimularam a discussão e a pesquisa sobre como esses sistemas são realmente sustentáveis. A avaliação do ciclo de vida (ACV) é um dos principais métodos de quantificação que pode ser usado para analisar a sustentabilidade tanto na agricultura quanto nos ambientes construídos, avaliando os impactos ambientais dos produtos ao longo de sua vida útil. Para um edifício, um ACL pode ser dividido em dois tipos de impacto — impacto embodied, que inclui extração de material, fabricação, construção, demolição e descartão/reutilização de tais materiais, e impacto operacional que se refere à manutenção de sistemas de edifícios (Simonen 2014). Da mesma forma, a realização de uma avaliação de um produto agrícola também pode ser dividida no impacto estrutural do envelope do edifício e infra-estrutura do sistema, impacto na produção associado ao cultivo contínuo e impacto _pós-colheita da embalagem, armazenamento e distribuição (Payen et al. 2015). A condução de uma ACV de uma fazenda aquapônica requer a compreensão simultânea de impactos de construção e agricultura, uma vez que há uma sobreposição na fase operacional do envelope com a fase de produção de uma cultura. A maneira como um edifício opera seus sistemas de aquecimento, resfriamento e iluminação influencia diretamente o cultivo da cultura; inversamente, diferentes tipos de culturas exigem condições ambientais diferentes. Existem inúmeros estudos comparando resultados de ACV para diferentes tipos de edifícios situados em diferentes contextos (Zabalza Bribián et al. 2009). Da mesma forma, a ACL tem sido utilizada pelo setor agrícola para comparar eficiências para diferentes culturas e sistemas de cultivo (He et al. 2016; Payen et al. 2015). A avaliação do desempenho da agricultura ambiental controlada e da aquaponia, em particular, requer uma integração hábil das duas metodologias numa única avaliação (Sanyé-Mengual 2015).

   O quadro proposto para a fazenda aquapônica LCA (Fig. 21.11) é intencionalmente amplo para capturar uma ampla gama de tipologias agrícolas encontradas no campo. Para aplicar os resultados da ACL às explorações existentes, devem ser incluídos fatores como dados climáticos e econômicos para validar a avaliação ambiental (Goldstein et al. 2016; Rothwell et al. 2016)

   A seção a seguir discute uma coleção de estratégias de projeto de recinto aquapônico baseado no inventário de ACV de fazendas aquapônicas que sintetiza a literatura existente com estudos de caso e sugere orientações para trabalhos futuros. A integração única de impactos aquánicos e relacionados com edifícios é de particular interesse.

   Quadro 21.3 Comparação das tipologias da agricultura do ambiente controlado

   tabela cabeça tr class="cabeçalho” TCEA tipo/th th benefícios /th th Os desafios /th th Custos e receitosupa/sup /th /tr /cabeça tbody tr class="ímpar” td rowspan=2 estufas de média-tecnologia/td td Depende quase inteiramente de energia solar, baixa exigência de energia adicional /td td Opções limitadas de controle ambiental, suscetíveis a flutuações ambientais /td td rowspan=2 Custo de construção superior mais baixo (aprox. 30—100 $/msup2/sup) /td /tr tr class="mesmo” td Menor dependência de materiais e fontes de energia não renováveis /td td Aplicável apenas a espécies de peixes com uma elevada tolerância à temperatura (se os tanques estiverem em estufa) /td /tr tr class="ímpar” td rowspan=2 Estufas solares passivas/td td Depende de sistemas passivos, usa massa térmica, (incluindo os tanques de peixes) para amortecer oscilações de temperatura /td td Controle com sistemas passivos precisa de mais experiência e design deliberado /td td rowspan=2 Custo de construção superior mais baixo (aprox. 30—100 $/msup2/sup) /td /tr tr class="mesmo” td Baixo consumo de energia, potencialmente sem necessidade de combustível fóssil /td td Exigir iluminação suplementar, se estiver localizado nas latitudes do norte devido aos baixos níveis de luz /td /tr tr class="ímpar” td rowspan=2 estufas de alta tecnologia/td td Níveis mais altos de controles /td td Depende de sistemas ativos para calor, resfriamento, ventilação e iluminação suplementar /td td rowspan=2 Alto custo up-front/ construção, (aprox. 100—200 $/msup2/sup e mais) /td /tr tr class="mesmo” td Alta produtividade com potencial para aumentar a escala /td td Alto consumo de energia e custo de operação /td /tr tr class="ímpar” td rowspan=5 Greenhouses/td td Níveis mais altos de controles /td td rowspan=2 Depende de sistemas ativos para calor, resfriamento, ventilação e iluminação suplementar /td td rowspan=5 Custo de construção superior muito alto (aprox. 300—500 $/msup2/sup) /td /tr tr class="mesmo” td Alta produtividade /td /tr tr class="ímpar” td rowspan=3 Potencial de sinergias energéticas e ambientais, se integrado ao edifício anfitrião /td td Alto consumo de energia e custo de operação /td /tr tr class="mesmo” td Requer conformidade com o código ao nível de edifícios de escritórios comerciais /td /tr tr class="ímpar” td O transporte de suprimentos para o telhado é um desafio de infraestrutura /td /tr tr class="mesmo” td rowspan=4 Espaços de crescimento interior/td td Possível reutilização adaptativa de edifícios industriais /td td Depende inteiramente da iluminação elétrica e dos sistemas de controle ativo para aquecimento, resfriamento e ventilação /td td Custo up-front/construção pode ser menor se o edifício existente pode ser usado /td /tr tr class="ímpar” td Alta produtividade por unidade de espaço ocupado, apesar de sistemas em crescimento empilhados /td td rowspan=3 Alto consumo de energia e custo de operação /td td rowspan=3 O custo depende também do sistema em crescimento, empilhando vários níveis /td /tr tr class="mesmo” td Alto nível de isolamento possível /td /tr tr class="ímpar” td Reduzida perda de calor durante os meses de inverno /td /tr /tbody /tabela

   supa/sup Baseado em Proksch (2017)

   

   Fig. 21.11 Exemplo de um processo integrado de LCA, incluindo o desempenho do edifício e do sistema aquapônico. (Baseado em Sanyé-Mengual et al. 2015).

   21.5.1 Impactos incorporados: Energia incorporada e carbono incorporado

   Estrutura de Materiais e Construção Energia incorporada é o cálculo da soma da energia usada para extrair, refinar, processar, transportar, produzir e montar um material ou produto. Carbono incorporado é a quantidade de COSub2/Sub emitida para produzir o mesmo material ou produto. Em comparação com as operações agrícolas convencionais de campo aberto, o impacto incorporado de um sistema de crescimento ambiental controlado é maior devido ao aumento da extração e fabricação de materiais na fase de construção (Ceron-Palma et al. 2012). Por exemplo, na estufa do telhado ICTA-ICP, a estrutura do envelope gera 75% mais Potencial de Aquecimento Global (GWP) do que uma estrutura de estufa multi-túnel baseada em solo devido à quantidade de policarbonato utilizado na construção (Sanyé-Mengual et al. 2015). Da mesma forma, uma simulação de estufa integrada situada em Boston resultou em um aumento dos impactos ambientais na fase de construção, devido à extração de minérios de ferro para a fabricação de aço estrutural (Goldstein 2017). Os impactos incorporados associados a envelopes ambientais controlados podem ser atenuados através do uso inteligente de materiais (dado que os ajustes do código de construção são feitos para evitar o excesso de dimensionamento dos membros estruturais), mas, no entanto, superariam os da agricultura tradicional. Cultivar alimentos em um envelope construído sempre será mais intensivo em recursos no início do que simplesmente plantar vegetais em um campo aberto, embora também aumentará drasticamente a quantidade de alimentos que podem ser produzidos por área no mesmo período de tempo.

   Para evitar impactos ambientais relacionados com a estrutura, algumas operações aquánicas utilizam edifícios existentes em vez de construir um novo envelope. A Urban Organics em St. Paul, Minnesota, EUA, reformou dois edifícios de cervejaria como seus espaços interiores de cultivo. Em outro exemplo de reutilização adaptativa, a The Plant em Chicago, Illinois, EUA opera sua incubadora de alimentos e fazenda urbana coletiva em um prédio de fábrica de 1925 usado anteriormente pela Peer Foods como uma instalação de embalagem de carne (Fig. 21.12). Os equipamentos de isolamento e refrigeração existentes foram reaproveitados para controlar as flutuações de temperatura na instalação aquapônica experimental.

   Equipamento Aquapônico e Substrato Quando integrado em edifícios, a escolha do material para tanques aquapônicos torna-se uma importante consideração de projeto, uma vez que pode limitar a montagem e o transporte para o edifício. Por exemplo, as peças de polietileno podem ser montadas no local usando soldagem plástica, mas isso não é possível com peças de fibra de vidro (Alsanius et al. 2017). Além disso, a fabricação de equipamentos de sistema aquapônico pode contribuir significativamente para o impacto ambiental global — por exemplo, o poliéster reforçado com fibra de vidro usado para o tanque de água de 100 msup3/sup na estufa de cobertura ICTAICP é responsável por 10 a 25% do impacto ambiental na fabricação estágio (Fig. 21.13). A escolha do substrato para plantas em um sistema aquapônico tem uma ramificação de peso para a estrutura do edifício hospedeiro, mas também contribui para o impacto ambiental. Em um estudo recente realizado sobre a aquapônica integrada com paredes vivas, lã mineral e fibra de coco foram comparáveis, apesar de uma ser compostável e a outra ser de uso único (Khandaker e Kotzen 2018).

   

   Fig. 21.12 The Plant (Chicago, Illinois, EUA)

   Manutenção da estrutura e do equipamento A seleção inicial do material para equipamentos aquapônicos e componentes do envelope determina a manutenção a longo prazo das fazendas aquapônicas. A fabricação de materiais mais duráveis, como vidro ou plásticos rígidos, requer um investimento inicial maior em recursos ambientais do que os filmes plásticos; no entanto, os filmes exigem substituição com mais frequência — por exemplo, espera-se que o vidro permaneça funcional por mais de 30 anos, enquanto o revestimento mais convencional filme de polietileno só pode durar de 3 a 5 anos antes de se tornar muito opaco (Proksch 2017). Dependendo da vida útil pretendida de um envelope do sistema aquapônico, pode ser mais vantajoso escolher um material com uma vida útil mais curta e um menor impacto na fabricação. O filme ETFE utilizado na estufa solar Aquaponic é um compromisso promissor entre longevidade e sustentabilidade, embora sejam necessárias mais pesquisas. O equipamento aquapônico padrão consiste em tanques de água e tubulação. A tubulação para sistemas aquapônicos é muitas vezes fabricada a partir de PVC, o que produz um impacto ambiental significativo em seu processo de fabricação, mas não requer substituição por até 75 anos. Alguns fornecedores aquapônicos oferecem bambu como uma alternativa orgânica.

   

   Fig. 21.13 Seção de edifícios com estufas no telhado por Harquitectes, edifício ICTA-ICP (Bellaterra, Espanha)

   21.5.2 Impactos operacionais

   Energia Em 2017, 39% do consumo total de energia nos Estados Unidos correspondia ao setor da construção (EIA). O setor agrícola representou aproximadamente 1,74% do consumo total de energia primária dos EUA em 2014, contando fortemente com gastos indiretos na forma de fertilizantes e pesticidas (Hitaj e Suttles 2016). A eficiência energética é um campo de pesquisa bem estabelecido dentro do ambiente construído e da agricultura, muitas vezes definindo os impactos operacionais de um produto, construção ou fazenda na ACV geral (Mohareb et al. 2017). Integrar o uso de energia de edifícios e agrícolas pode otimizar o desempenho de ambos (SanJuandelMás et al. 2018).

   Aquecimento Os requisitos energéticos para o aquecimento de espaços de crescimento são de particular interesse nos climas do norte, onde o prolongamento de uma estação de crescimento naturalmente curta confere às explorações aquánicas integradas à construção uma vantagem competitiva no mercado (Benis e Ferrão 2018). No entanto, em climas mais frios, o consumo de energia por sistemas de aquecimento ativo contribui significativamente para o impacto ambiental geral — em uma avaliação de espaços de crescimento condicionados em Boston, Massachusetts, os custos de aquecimento neutralizaram os benefícios da eliminação de milhas alimentares na cadeia alimentar urbana (Benis et al. 2017b; Goldstein 2017). Isso não é verdade nos climas mediterrânicos, onde as condições climáticas são propícias à agricultura e onde as estruturas de estufa convencionais e quase durante todo o ano podem depender do aquecimento solar passivo (Nadal et al. 2017; Rothwell et al. 2016).

   Em climas frios e quentes, a integração de sistemas de crescimento de ambiente controlado em telhados existentes pode fornecer isolamento para o edifício anfitrião - uma fazenda em Montreal, Quebec relata capturar 50% das necessidades de aquecimento de estufa da estrutura hospedeira existente, reduzindo assim a carga de aquecimento (Goldstein 2017). Os sistemas de iluminação também podem ser parcialmente responsáveis por satisfazer a demanda de aquecimento em aplicações de crescimento vertical interior, como fábricas de plantas ou contêineres de transporte (Benis et al. 2017b).

   A captura de calor residual é outra estratégia de projeto promissora que pode otimizar o desempenho da estrutura do host e do sistema em crescimento. Estudos pós-ocupação da estufa experimental no telhado do ICTA-ICP em Bellaterra, Espanha indicam que a integração do edifício com a estufa produziu uma economia equivalente de carbono de 113,8 kg/msup2/sup/ano em comparação com uma estufa independente convencional aquecida com óleo (Nadal et al. 2017). Sem intervenção dos sistemas ativos de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), a massa térmica do edifício do laboratório hospedeiro elevou a temperatura da estufa em 4.1C durante os meses mais frios, possibilitando o cultivo da cultura do tomate durante todo o ano.

   Refrigeração Em climas mediterrânicos e tropicais, o resfriamento artificial é muitas vezes um requisito para cultivar produtos durante todo o ano. Em uma simulação de estufa no telhado, as cargas de resfriamento representaram até 55% do total das demandas energéticas agrícolas em Singapura e no clima mais temperado de Paris, 30% (Benis et al. 2017b). As demandas de energia de resfriamento são especialmente altas em climas áridos, que podem se beneficiar mais com a redução dos custos de transporte convencionais para produtos perecíveis (Graamans et al. 2018; Ishii et al. 2016). O resfriamento evaporativo, o resfriamento de nevoeiro e o sombreamento são algumas estratégias para baixar as temperaturas em fazendas aquapônicas e melhorar o desempenho da fazenda em termos de rendimento.

   Os sistemas aquapônicos integrados em edifícios têm a vantagem de armazenar massa térmica em tanques de peixes para aliviar o resfriamento e as cargas de aquecimento. Nos casos em que esse modo de resfriamento passivo não satisfaz a demanda de resfriamento, o resfriamento evaporativo é mais comumente usado. A estufa Sustainable Harvesters produz alface para a área de Houston, Texas, EUA durante todo o ano usando um sistema de resfriamento de ventilador e almofada, um subconjunto de tecnologia de resfriamento evaporativo. O ar quente de fora do envelope passa pela primeira vez por um meio de celulose úmida antes de entrar no espaço de crescimento. Como resultado, o ar interior é mais frio e mais úmido. O resfriamento por evaporação é mais eficaz em climas secos, mas requer alto uso de água, o que pode ser uma limitação para fazendas em áreas áridas do mundo.

   Refrigeração de nevoeiro é uma estratégia alternativa. Em uma estufa resfriada por nevoeiro, as plantas são periodicamente nebulizadas com água de aspersores aéreos até que o espaço atinja a temperatura desejada para o cultivo. O resfriamento de nevoeiro usa menos água do que o resfriamento evaporativo, mas aumenta a umidade relativa de um espaço em crescimento. Se emparelhado com a estratégia de ventilação correta, o resfriamento de névoa pode ser uma tecnologia de economia de água particularmente adequada para regiões áridas (Ishii et al. 2016). Além disso, o resfriamento do nevoeiro diminui a taxa de evapotranspiração nas plantas, o que é fundamental para otimizar o metabolismo das plantas em sistemas aquapônicos (Goddek 2017). A principal estufa das fazendas Superior Fresh usa um sistema informatizado de resfriamento de nevoeiro para manter as temperaturas de cultivo durante a estação quente.

   Dispositivos de sombreamento também podem contribuir para reduzir as temperaturas de estufa. Tradicionalmente, a lavagem sazonal de cal de estufas foi usada para reduzir os níveis de radiação solar durante os meses mais quentes (Controled Environment Agriculture 1973). No entanto, o sombreamento pode ser integrado com outras funções de construção. Uma estratégia de sombreamento promissora está usando módulos fotovoltaicos semi-transparentes para resfriar simultaneamente o espaço e produzir energia (Hassanien e Ming 2017). A estufa solar Aquaponic combina a sua matriz fotovoltaica com a funcionalidade de sombreamento; utiliza painéis rotativos de alumínio como dispositivos de sombreamento que funcionam como coletores solares com a ajuda de células fotovoltaicas montadas. O sistema fotovoltaico integrado transforma o excesso de radiação solar em energia elétrica.

   Iluminação A principal vantagem das estufas sobre os espaços interiores de cultivo é a sua capacidade de capitalizar a luz do dia para facilitar a fotossíntese. No entanto, as explorações em climas extremos podem achar que as cargas de aquecimento ou resfriamento satisfatórias para um envelope transparente não são financeiramente viáveis; neste caso, os agricultores podem optar por cultivar culturas em espaços de cultivo interiores com um envelope isolado (Graamans et al. 2018). As fazendas aquapônicas que operam em espaços de cultivo internos dependem de iluminação elétrica eficiente para produzir culturas.

   Muitos avanços na iluminação agrícola contemporânea se originaram em fábricas de plantas japonesas, usadas para otimizar o rendimento de plantas em sistemas hidropônicos densos, substituindo a luz solar por comprimentos de onda leves projetados (Kozai et al. 2015). Atualmente, a iluminação LED é a escolha mais popular para sistemas de iluminação hortícola elétrica. São 80% mais eficientes do que as lâmpadas de descarga de alta intensidade e 30% mais eficientes do que as suas contrapartes fluorescentes (Proksch 2017). A iluminação LED continua a ser investigada para otimizar a eficiência energética e o rendimento das culturas (Zhang et al. 2017). Estufas de grande escala como Superior Fresh, Wisconsin, EUA dependem de regimes de iluminação computadorizados e suplementares para estender o período de fotossíntese de sua cultura nas latitudes do norte.

   Geração de energia Limitada pelos mesmos fatores que todos os CEA, a gestão energética de uma fazenda aquapônica depende do clima exterior, da seleção de culturas, do sistema de produção e do projeto da estrutura (Graamans et al. 2018). O cultivo de produtos por meio da aquapônica não é inerentemente sustentável se não for gerenciado adequadamente — todos os fatores acima podem afetar a eficiência energética para melhor ou pior (Buehler e Junge 2016). Em muitos casos, o CEA é mais intensivo em energia do que a agricultura de campo aberto convencional; no entanto, maiores gastos de energia podem ser justificados se a maneira como nós fontes de energia muda para fontes renováveis e estratégias eficientes para aquecimento, resfriamento e iluminação são incorporadas ao projeto da fazenda.

   A geração de energia fotovoltaica (PV) pode desempenhar um papel importante na compensação de impactos operacionais para a aquaponia ambiental controlada, reduzindo a tensão ambiental. Em um exemplo de uma estufa de alta tecnologia na Austrália, o uso de energia de uma matriz fotovoltaica causou uma redução de 50% nas emissões de gases de efeito estufa do ciclo de vida em comparação com o cenário convencional da rede (Rothwell et al. 2016). A geração de energia renovável pode ser combinada com fazendas aquapônicas, se o espaço permitir — por exemplo, a estufa aquapônica Lucky Clays Fresh em uma fazenda rural na Carolina do Norte funciona com energia gerada por turbinas eólicas e painéis fotovoltaicos que estão situados em outro lugar na parcela do proprietário.

   Água A eficiência do uso da água tem sido frequentemente citada como um grande benefício da CEA e dos sistemas hidropônicos (Despommier 2013; Specht et al. 2014). Os sistemas aquapônicos são ainda mais adequados para aumentar a eficiência da água — onde 1 kg de peixe produzido em um sistema aquícola convencional requer entre 2500 e 375.000 L, a mesma quantidade de peixes criados em um sistema aquapônico requer menos de 100 L (Goddek et al. 2015). A captura de águas pluviais e a reutilização de águas cinzentas têm sido propostas como duas estratégias para compensar ainda mais os impactos da exploração de uma fazenda hidropônica ou aquapônica. Na estufa ICTA-ICP existente, 80-90% das necessidades de água para a produção de tomates em um sistema hidropônico agregado foram cobertas pela captura de água da chuva dentro de um ano após a operação (Sanjuan-Delmás et al. 2018). No entanto, a capacidade da captura da água da chuva para atender à demanda de culturas depende do contexto climático. Em um estudo que avaliou a viabilidade da produção de estufa de cobertura em parques de varejo existentes em oito cidades ao redor do mundo, sete encontraram autossuficiência de culturas através da captura de água da chuva — apenas Berlim não o fez (Sanyé-Mengual et al. 2018).

   Algumas instalações existentes da CEA já reutilizam a água cinzenta para melhorar a eficiência (Benke e Tomkins 2017). No entanto, a reutilização de água cinzenta num contexto urbano é actualmente limitada devido à falta de apoio regulamentar e à investigação actualmente em curso sobre os riscos para a saúde do uso de água cinzenta na agricultura. Piloto de reutilização de água cinzenta, a Maison Productive em Montreal recolhe água cinzenta dos usos domésticos para complementar a sua colecção de águas pluviais para irrigar jardins e uma estufa comum para a produção de alimentos que nove unidades residenciais compartilham (Thomaier et al. 2015). Com mais avanços na política de tratamento de águas cinzentas, a aquapônica integrada de edifícios pode aproveitar o ciclo da água existente em vez de depender de fontes municipais.

   Do ponto de vista arquitetônico, a distribuição de água em um sistema aquapônico é susceptível de apresentar um desafio estrutural. Os tanques de peixes aquapônicos pesam mais do que os leitos hidropônicos e podem limitar os tipos de estruturas viáveis para a modernização de uma fazenda aquapônica. O meio de crescimento também requer consideração — os sistemas de cultura de águas profundas (DWC) exigem um volume grande e pesado de água, enquanto os sistemas de técnica de filme nutriente (NFT) são leves, mas caros de fabricar (Goddek et al. 2015).

   Nutrientes Em comparação com a agricultura de campo aberto convencional, a CEA reduz a necessidade de fertilizantes e pesticidas, já que o agricultor pode separar fisicamente a cultura de condições externas adversas (Benke e Tomkins 2017). No entanto, devido à densidade de um sistema aquapônico, as doenças de plantas ou peixes podem se espalhar rapidamente se um patógeno se infiltrar no espaço. Opções preventivas como o uso de insetos predadores ou medidas rigorosas de controle ambiental, como uma entrada “tampão”, podem evitar esse risco (Goddek et al. 2015).

   A integração de diferentes necessidades de nutrientes para peixes e culturas é um desafio em sistemas aquapônicos singlerecirculantes (Alsanius et al. 2017). Geralmente, as plantas exigem concentrações mais elevadas de nitrogênio do que os peixes podem suportar e uma seleção cuidadosa de culturas e peixes pode corresponder aos requisitos de nutrientes para otimizar os rendimentos, mas ainda é difícil de alcançar. Sistemas desacoplados (DRAPS) foram propostos para separar o ciclo da água da aquicultura do hidropônico para alcançar as concentrações desejadas de nutrientes, mas ainda não é comumente aplicado em fazendas comerciais (Suhl et al. 2016). A Urban Organics com sede em St. Paul, Minnesota, EUA, optou por desenvolver um sistema DRAPS para sua segunda fazenda para otimizar a produção de culturas e peixes e evitar a perda de culturas em caso de desequilíbrios de nutrientes dentro de tanques de peixes. A ECF Farm em Berlim, Alemanha, e as fazendas Superior Fresh em Wisconsin, EUA também operam sistemas dissociados para otimizar o crescimento de peixes e plantas.

   Alternativamente, os ciclos de nutrientes aquapônicos podem ser otimizados através da introdução de um reator anaeróbio para transformar resíduos sólidos de peixes em fósforo digerível por plantas (Goddek et al. 2016). Atualmente, a The Plant em Chicago, EUA está planejando operar um digestor anaeróbio que pode desempenhar um papel na otimização dos ciclos de nutrientes para o crescimento das culturas. Os requisitos do sistema mecânico para DRAPS e digestão anaeróbica influenciarão o desempenho, bem como o layout espacial de uma fazenda aquapônica.

   21.5.3 Impactos no fim da vida útil

   Gestão de Resíduos de Materiais Uma vantagem teórica da CEA sobre a agricultura em campo aberto é a capacidade de controlar o escoamento de resíduos de materiais, evitando a lixiviação (Despommier 2013; Gould e Caplow 2012). Um envelope apertado pode desempenhar um papel na gestão eficiente dos resíduos de materiais. Uma via de reciclagem de resíduos orgânicos para melhorar o desempenho da construção é o uso de talos de plantas para a produção de biochar isolante, embora esta pesquisa esteja em estágios iniciais (Llorach-Massana et al. 2017). Além disso, considerando a incorporação de componentes de gerenciamento de resíduos, como um leito de filtração, um digestor anaeróbio ou um ventilador de recuperação de calor no projeto do gabinete em um estágio inicial, pode fechar os laços de energia, nutrientes e água para a fazenda.

   Cadeias de Distribuição A embalagem tem sido um ponto de acesso em várias LCAs agrícolas que avaliam o impacto da produção. É responsável por 45% do impacto total de um tomate em Bolonha, Itália, e é o maior contribuinte para os impactos ambientais dos sistemas hidropônicos internos em Estocolmo, Suécia (Molin e Martin 2018b; Orsini et al. 2017; Rothwell et al. 2016). A localização de fazendas aquapônicas próximas aos consumidores pode reduzir a necessidade de embalagem, armazenamento e transporte, como acontece com outras formas de agricultura urbana, se varejistas e distribuidores locais colaborarem com os agricultores (Specht et al. 2014). Infelizmente, devido à aceitação do consumidor, a maioria dos varejistas de grande escala atualmente exige embalagens plásticas padrão para produtos aquapônicos para serem vendidos juntamente com marcas convencionais — portanto, selecionar um local próximo a um mercado consumidor para a aquapônica ambiental controlada não garante mudanças significativas no desempenho geral da fazenda.

   O transporte reduzido, ou milhas alimentícias, é frequentemente citado na literatura como uma grande vantagem da agricultura urbana (Benke e Tomkins 2017; Despommier 2013; Sanjuan-Delmás et al. 2018). No entanto, é importante notar que a contribuição relativa das cadeias de transporte encurtadas varia caso a caso. Em Singapura, onde quase todos os alimentos têm de ser importados de países vizinhos, cortar cadeias de transporte faz sentido financeiramente e em termos de impacto ambiental (Astee e Kishnani 2010). O mesmo não pode ser dito para a Espanha, onde a cadeia de abastecimento convencional de tomates de exploração para cidade já é curta (SanJuandelmás et al. 2018). As cidades com as cadeias de suprimentos mais longas podem se beneficiar da produção de alimentos localizada, mas os benefícios do corte de transporte devem ser ponderados em relação aos impactos operacionais e incorporados. No caso de Boston, os benefícios da redução do transporte foram totalmente negados pelo impacto do aquecimento e operação de uma estufa dentro da cidade (Goldstein 2017). Apesar das longas cadeias de abastecimento de alimentos convencionais, os impactos no transporte foram igualmente insignificantes no quadro mais amplo do desempenho da CEA em Estocolmo (Molin e Martin 2018a).

   Consumo e Dieta As fazendas aquapônicas nas cidades podem alterar as dietas urbanas, que desempenham um papel significativo no impacto ambiental do consumo alimentar (Benis e Ferrão 2017). O consumo de carne através da cadeia convencional produz a maior parcela da pegada ambiental atual e a busca de alternativas proteicas tem potencial para um impacto maior do que a implementação generalizada da agricultura urbana (Goldstein 2017). Uma vez que a aquapônica produz peixes e vegetais, esse potencial de mudança de dietas proteicas em grande escala não deve ser ignorado em avaliações maiores do desempenho ambiental.

6. 21.6 Aquapônica Urbana Integrada

   Original publication 2019 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Quando deliberadamente projetadas em relação ao impacto ambiental, as fazendas aquapônicas podem se tornar parte de um sistema alimentar urbano eficiente em termos de recursos. Nenhuma fazenda aquapônica opera isoladamente, pois quando as culturas são colhidas e chegam ao portão da fazenda, elas entram em uma rede de alimentos socioeconômicos maior à medida que o peixe e a produção são distribuídos aos clientes. Nesta fase, o desempenho das fazendas aquapônicas já não se limita ao sistema e ao envelope crescentes — economia, marketing, educação e sensibilização social também estão envolvidos. As fazendas aquapônicas urbanas precisarão operar como empresas competitivas e bons vizinhos para serem integradas com sucesso na vida da cidade.

   21.6.1 Viabilidade Econômica

   A viabilidade económica das explorações aquaônicas depende de muitos fatores contextuais em que devem ser comparadas tanto as cadeias locais de produção de peixes convencionais como a agricultura de campo aberto (Stadler et al. 2017). Embora a aquapônica exija um investimento inicial relativamente dispendioso, ela pode superar a agricultura convencional durante a fase de produção e distribuição, onde o projeto do sistema de recirculação de água reduz os custos da água e reduz consideravelmente a necessidade de fertilizantes, que geralmente compreendem entre 5% e 10% de Custos globais da exploração (Hochmuth e Hanlon 2010). No entanto, estimar a viabilidade econômica das fazendas aquapônicas é particularmente desafiador devido à variedade de fatores dinâmicos que afetam o desempenho, incluindo o preço local do trabalho e da energia, sendo dois exemplos (Goddek et al. 2015). Em uma análise econômica de fazendas aquapônicas no Centro-Oeste dos Estados Unidos, a mão de obra constituiu 49% de todos os custos operacionais, apesar do pressuposto de que apenas os salários mínimos seriam pagos. Na realidade, a vasta gama de conhecimentos especializados necessários para operar um sistema aquapônico provavelmente garantirá salários mais elevados em um cenário agrícola urbano (Quagrainie et al. 2018).

   A seleção do local e o design do envelope têm uma relação direta com a rentabilidade de uma fazenda aquapônica, afetando a eficiência da operação e quão amplo o mercado potencial pode ser. Fazendas aquapônicas localizadas em ambientes urbanos podem explorar vários mercados fora da produção agrícola, onde muitas fazendas aquapônicas oferecem passeios, oficinas, serviços de consultoria de design e fornecem sistemas aquapônicos de quintal para amadores. Integrar a agricultura com outros tipos de espaços dentro de ambientes urbanos pode contribuir para a saúde financeira das fazendas aquapônicas. A fazenda aquapônica ECF está localizada no pátio de trabalho do edifício industrial de referência Malzfabrik, Berlim, Alemanha, que opera um centro cultural e abriga espaços de trabalho para artistas e designers.

   21.6.2 Acessibilidade e Segurança Alimentar

   A agricultura urbana é muitas vezes citada como uma estratégia para fornecer alimentos frescos para comunidades carentes localizadas em desertos de alimentos, mas poucas fazendas urbanas comerciais têm como alvo essa demografia, provando que a agricultura urbana em escala comercial pode ser tão excludente quanto as cadeias de abastecimento convencionais (Gould e Caplow 2012; Sanyé- Mengual et al. 2018; Thomaier et al. 2015). As fazendas aquapônicas que usam infraestrutura de alta tecnologia tentam resgatar seus altos investimentos alcançando preços premium nos mercados urbanos, embora a aquaponia também possa resultar de aplicações populares e amadores. A aquapônica também pode ter o potencial de aumentar a segurança alimentar dos residentes urbanos. Isso é evidenciado no legado duradouro da Growing Power, uma organização sem fins lucrativos que até recentemente geria uma fazenda urbana em Milwaukee, Wisconsin, EUA iniciada por Will Allen em 1993. Muitos agricultores aquapônicos atuais participaram das oficinas da Growing Power, nas quais Allen defendeu um modelo aquapônico que retribui à comunidade circundante por meio de caixas e classes agrícolas apoiadas pela comunidade. Iniciado pelos programas educacionais da Growing Power, outras organizações aquapônicas sem fins lucrativos assumiram a tocha, como Dre Taylor com Nile Valley Aquaponics em Kansas City, Kansas, EUA. Esta fazenda tem como objetivo fornecer 100.000 libras (45.400 kg) de produtos locais para a comunidade circundante em um novo campus premiado para a fazenda em expansão (Fig. 21.14).

   

   Fig. 21.14 Campus Aquaponics proposto no Vale do Nilo (Kansas City, Kansas, EUA) por HOK Architects

   21.6.3 Educação e Formação Profissional

   Aquaponics pode ser usado como uma ferramenta educacional para promover o pensamento de sistemas e a atenção ambiental (Junge et al. 2014; Specht et al. 2014). Em aplicações urbanas, sistemas aquapônicos poderiam ser usados para aumentar a conscientização sobre os ciclos ecológicos muito semelhantes às fazendas terrestres existentes (Kulak et al. 2013). O Greenhouse Project, em Nova York, traduz isso em uma nova abordagem para a educação científica em escolas públicas. O Projeto Estufa tem como objetivo construir 100 estufas de cobertura em escolas públicas como salas de aula de ciências. Estas estufas, personalizadas para sua dupla missão de crescer e aprender, todas incluem um sistema aquapônico. No entanto, os sistemas aquapônicos também exigem maior colaboração entre as disciplinas acadêmicas existentes para avançar neste novo campo acadêmico multidisciplinar (Goddek et al. 2015). A colaboração de especialistas em aquicultura e horticultura, engenheiros, estrategistas de negócios e profissionais do ambiente construído, entre muitos outros, é necessária para transformar a aquapônica em um importante contribuinte para o desenvolvimento urbano sustentável.

7. 21.7 Conclusões

   Original publication 2019 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Há uma série de critérios que contribuem para o desempenho de cada fazenda e seu número cresce com o número de disciplinas envolvidas neste campo interdisciplinar da aquapônica. Destaca-se um estudo anterior que forneceu uma definição de aquapônica e uma classificação dos tipos de aquapônica com base no tamanho e sistema (Palm et al. 2018). Muitos critérios para a análise do tipo de recinto identificado neste estudo resultam do contexto imediato da fazenda — clima local, qualidade do contexto do ambiente construído, práticas de fornecimento de energia, custos, mercado e quadros regulatórios locais. Uma estufa aquapônica em um contexto rural tem um desempenho diferente de uma em uma cidade, assim como fazendas em climas áridos não compartilham os mesmos requisitos que seus homólogos em áreas mais frias. Em geral, estufas classificadas como energia solar de média tecnologia e passiva oferecem uma opção de gabinete ambientalmente sustentável, de menor custo, atualmente usada apenas por operações aquapônicas menores. No entanto, devido ao seu nível intencionalmente limitado de controlos ambientais técnicos, eles só têm um bom desempenho em zonas climáticas específicas. Em comparação, estufas de alta tecnologia e telhado podem ser tecnicamente implementadas em qualquer lugar, embora em condições climáticas extremas gerem altos custos operacionais e maiores pegadas ambientais. Estudos de caso recentes mostram que as instalações de cultivo interno podem ser financeiramente viáveis, mas devido à sua dependência exclusiva da iluminação elétrica, a eficiência de uso de recursos e a pegada ambiental são preocupantes. É necessária uma investigação mais aprofundada para estabelecer a relação de explorações aquánicas específicas e dos seus compartimentos com as redes de recursos existentes. Este trabalho pode ajudar a conectar a aquaponia à pesquisa realizada sobre o metabolismo urbano.

   Outros critérios que determinam a tipologia e o desempenho da exploração são internos. Estes incluem os níveis de controlo ambiental, a selecção de culturas e peixes, o tipo e a escala do sistema aquapónico e o tipo e a escala do recinto. Assumindo uma abordagem integrada da ACV, a relação entre todos os factores tem de ser avaliada ao longo da vida útil da exploração, desde o berço até ao túmulo. A avaliação do ciclo de vida das explorações aquánicas deve incluir impactos na construção e impactos crescentes do sistema, uma vez que há sobreposição na fase de exploração agrícola. Uma série de estratégias promissoras em aquecimento, resfriamento, iluminação e design de materiais pode melhorar a eficiência geral da fazenda ao longo de toda a vida útil da fazenda. Além de contabilizar o impacto ambiental, a LCA pode se tornar uma estrutura de design para especialistas em horticultura, especialistas em aquicultura, arquitetos e investidores.

   Continuar a pesquisar fazendas aquapônicas comerciais existentes é importante para validar modelos de ACV, identificar estratégias e catalogar operações aquapônicas emergentes em maior escala. Combinar modelagem com pesquisa de estudo de caso sobre a aquapônica de ambiente controlado tem o potencial de conectar a aquapônica ao escopo maior da sustentabilidade urbana.

   Agradecimentos Os autores deste estudo reconhecem o apoio financeiro da National Science Foundation (NSF) sob a égide do Sustainable Urbanization Global Initiative (SUGI) Food Water Energy Nexus e o apoio de todos os parceiros do projeto CITYFOOD para fornecer ideias e inspiração.