ประมาณ 2-3 ปีที่ผ่านมาคำว่าโรงงานปลูกพืช (Plant Factory) หรือการทำเกษตรแนวตั้ง (Vertical farming) ถูกหยิบยกมาพูดกันมากโดยเฉพาะภาคการเกษตร เนื่องจากเป็นการทำการเกษตรในรูปแบบใหม่ที่ลดการใช้ทรัพยากรหลักอย่างพื้นที่เพาะปลูกและน้ำลงอย่างมีนัยสำคัญและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีและนวัตกรรมต่าง ๆ เข้ามาช่วย การทำการเกษตรในรูปแบบเหล่านี้มักจะทำในระบบปิดหรือทำในร่ม (Indoor) ซึ่งในปัจจุบันเราจะเริ่มเห็นว่าการทำเกษตรในร่มค่อย ๆ มีบทบาทในเชิงพาณิชย์มากขึ้นในประเทศไทย ซึ่งในบทความนี้ น้องผักอวบ จะพาไปดูว่าโรงงานปลูกพืชที่กำลังเป็นกระแสอยู่ในตอนนี้หน้าตาเป็นอย่างไร ไปดูกันเลยครับ
หลักการของ Plant Factory
โรงงานปลูกพืช (Plant Factory) ถูกพัฒนามาจากแนวคิดของการทำการเกษตรแนวดิ่ง (Vertical Farming) และการเกษตรแบบโรงเรือน (Green House) โดยนำเทคนิคการทำการเกษตรแบบไร้ดิน (Soilless Culture) มาประยุกต์ ซึ่งแนวคิดนี้ถูกคิดค้นขึ้นมาเพื่อแก้ไขปัญหาใหญ่ 3 ประการที่มนุษย์เรากำลังเผชิญอยู่ในปัจจุบันและที่กำลังจะเผชิญในอนาคต อันได้แก่ 1. ปัญหาการขาดแคลนอาหาร/ความมั่นคงทางด้านอาหาร 2. การขาดแคลนทรัพยากร และ 3. ปัญหาการเสื่อมสภาพของสิ่งแวดล้อม โดยแนวคิดของโรงงานปลูกพืชถูกคิดค้นเริ่มต้นเมื่อประมาณเกือบ 50 ปีที่แล้วที่ประเทศญี่ปุ่น โดยศาสตราจารย์ ดร. Toyoki Kozai ผู้ซึ่งถูกขนามนามว่าเป็นบิดาแห่ง Plant Factory โดยหลักการของโรงงานปลูกพืช คือ 1. การปลูกพืชภายใต้ระบบที่สามารถควบคุมสภาพแวดล้อมที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชได้อย่างสมบูรณ์อันได้แก่ แสง อุณหภูมิ ความชื้น คาร์บอนไดออกไซด์ สารละลายธาตุอาหาร และการไหลเวียนของอากาศ ทำให้ผลผลิตที่ได้สามารถมีคุณค่าทางสารอาหารและปริมาณสารสำคัญที่สูงกว่าการปลูกแบบดิน อีกทั้งยังสามารถเก็บเกี่ยวได้เร็วกว่าการปลูกแบบดินประมาณ 20-40% ด้วยครับ
Plant Factory ส่วนใหญ่จะนำระบบไฮโดรโปนิกส์มาประยุกต์ใช้ไม่ว่าจะเป็นระบบ NFT (Nutrient Film Technique) หรือแม้แต่ระบบ DFT (Deep Flow Technique) โดยนำมาต่อยอดเพื่อให้สามารถปลูกพืชในแนวตั้งได้หลาย ๆ ชั้น เพื่อเป็นการใช้พื้นที่ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ทำให้เราสามารถผลิตพืชได้มากกว่าการปลูกดินมากถึง 100% เลยครับ ซึ่งจุดนี้ถือว่าเป็นหลักการอีกข้อหนึ่งที่สำคัญของระบบ Plant Factory เลยก็ว่าได้ โดยส่วนใหญ่แล้วการปลูกพืชในระบบนี้จะถูกปลูกในห้องปิดที่ไม่มีการไหลเข้าและออกของอากาศภายนอกและภายในห้อง เพื่อให้ง่ายต่อการควบคุมสภาพแวดล้อมและเพื่อไม่ให้เกิดการปนเปื้อนจากภายนอกนั่นเอง
ส่วนใหญ่ของพืชที่ถูกปลูกในระบบนี้ คือ พืชที่หายาก พืชที่มีมูลค่าสูง หรือพืชที่มีรอบเก็บเกี่ยวต่ำ ซึ่งพืชที่ถูกปลูกในโรงงานปลูกพืชนี้จะมีความโดดเด่นตรงที่ปริมาณสารอาหารหรือสารสำคัญจะสูงกว่าพืชที่ปลูกนอกระบบปิด เนื่องจากการที่เราจำลองสภาวะแวดล้อมที่พืชชอบ ทำให้พืชสร้างสารที่สำคัญในปริมาณมาก เปรียบเหมือนคนที่เวลาเรามีความสุขเราจะหลั่งฮอร์โมนเอ็นดอร์ฟิน (Endorphin) ออกมานั่นเองครับ
องค์ประกอบของ Plant Factory
ในทางปฏิบัติแล้วองค์ประกอบของ Plant Factory นั้นจะแตกต่างกันตามแต่ละสถานประกอบการ แต่อย่างไรก็ตามในทุก ๆ Plant Factory จำเป็นที่จะต้องมีองค์ประกอบพื้นฐานตามทฤษฎีเหล่านี้ครับ
- โซนปลูก ที่มีฉนวนกันความร้อนทั้งหลังคาและผนัง (Sandwich Panels) อากาศไม่สามารถผ่านเข้าออกได้ มีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่ำกว่า 0.15 W/m-2/℃ พื้นเคลือบด้วยสารกันลื่น (PU) และป้องกันแบคทีเรียต่าง ๆ
- ชั้นปลูกระบบไฮโดรโปนิกส์ โดยมีรางปลูกหลายรางติดกันในแต่ละชั้นโดยระยะห่างระหว่างชั้นมีได้ตั้งแต่ 40 – 100 เซนติเมตร
- ช่องว่างระหว่างชั้นปลูกแต่ละชั้น (วัดจากรางปลูกในแต่ละชั้นจนถึงเพดาน) สำหรับการไหลเวียนของอากาศ
- ระบบแสงพร้อมอุปกรณ์จัดการแสง(Lighting unit with reflector) ติดตั้งบนเพดานในแต่ละชั้น
- สารละลายธาตุอาหารพืช พร้อมระบบหมุนเวียนและฆ่าเชื้อสารละลายธาตุอาหาร
- ระบบปรับอากาศ ระบบลดความชื้น และพัดลมหมุนเวียนอากาศ
- ระบบควบคุมการเพิ่มของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
- ระบบเก็บรวบรวมข้อมูลพร้อมประมวลผล และระบบควบคุมตัวแปร/อุปกรณ์ต่าง ๆ ภายในโซนปลูก
องค์ประกอบข้างต้นนี้เป็นเพียงขั้นพื้นฐานเท่านั้นครับ อย่างไรก็ตามในปัจจุบันมีการเพิ่ม เสริม เติม และแต่งองค์ประกอบเหล่านี้ให้เข้ากับพืชที่ปลูกและการดำเนินงานของโรงงานนั้น ๆ ครับ เช่น ในปัจจุบันมีการใช้หุ่นยนต์แทนแรงงานคน หรือ การนำระบบ Internet of Things (IoT) มาใช้จนกลายเป็น Smart Plant Factory
ข้อดีและข้อจำกัดของ Plant Factory
ข้อดี
- สามารถผลิตพืชเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดได้ โดยไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพภูมิอากาศและฤดูกาลเนื่องจากปลูกในระบบปิด ทำให้ตลาดได้รับผลผลิตที่มีมาตรฐาน ในราคาและจำนวนที่คงที่
- สามารถสร้าง Plant Factory ได้ในทุก ๆ พื้นที่ของประเทศ ไม่ว่าจะเป็นอาคารเก่า โรงงานเก่า หรือแม้แต่ในพื้นที่ทะเลทรายก็สามารถสร้างได้
- ให้ปริมาณผลผลิตที่มากกว่าการปลูกแบบปกติประมาณ 10 เท่า (ตามแต่สถานที่) เนื่องจากการปลูกแบบซ้อนกันหลาย ๆ ชั้นในแนวดิ่งตามหลักการทำ vertical farm รวมถึงผลผลิตที่ได้มีคุณภาพที่สูงมาก บางโรงสามารถทำให้ผลผลิตเป็น Medical Grade ได้
- เนื่องจากปลูกในระบบปิดทำให้ไม่มีการรบกวนจากศัตรูพืช ดังนั้นการปลูกแบบนี้จะไม่ใช้ยาฆ่าแมลง หรือยาฆ่าศัตรูพืชในทุก ๆ กรณีทำให้ไม่มีความเสี่ยงในการบริโภคผลผลิตหรือนำผลผลิตไปแปรรูป
- การปลูกในระบบนี้จะไม่มีความเสี่ยงจากการปนเปื้อนของเชื้อโรคหรือแบคทีเรียที่แฝงมากับดิน น้ำ และปุ๋ย เนื่องจากทรัพยากรที่นำมาใช้นั้นจะต้องผ่านขั้นตอนต่าง ๆ เพื่อให้มีความบริสุทธิ์สูง
- ลดการใช้ทรัพยากรต่าง ๆ ในการปลูกลงได้อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น ในการปลูกพืช 10,000 ต้นต้องใช้ทรัพยากรคน แรงงาน พื้นที่ ธาตุอาหารและเวลา เป็นจำนวนมาก ในขณะที่การปลูกใน Plant Factory นั้นใช้ทรัพยากรน้อยกว่าเฉลี่ยแล้วเกิน 70%
ข้อจำกัด
- ต้องใช้เงินลงทุนเริ่มต้น (Initial Investment) ในจำนวนที่สูงมาก รวมถึงค่าดำเนินการ (Operation cost) ในการผลิตพืชนั้นสูงมากในแต่ละเดือน ทำให้ผู้ผลิตจำเป็นต้องมีตลาดที่แน่นอนรองรับ ไม่เช่นนั้นอาจจะไม่คุ้มค่ากับต้นทุนที่เสียไป
- ถึงแม้ว่าระบบนี้สามารถปลูกได้ในทุกพื้นที่ แต่หากต้องการปลูกในเขตเมืองนั้นจะทำได้ยากกว่า เนื่องจากราคาที่ดินที่ค่อนข้างสูง ทำให้เงินลงทุนที่ใช้เริ่มต้นนั้นเพิ่มสูงขึ้นไปอีก
- การควบคุมสภาพแวดล้อมทำได้ค่อนข้างยาก โดยเฉพาะโรงงานที่ใช้แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงหลัก เนื่องจากความไม่แน่นอนของธรรมชาติ
- ในปัจจุบันพืชที่ปลูกได้และมีงานวิจัยรองรับยังมีจำนวนที่น้อยมากเนื่องจากเป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งส่วนใหญ่แล้วจะเป็นผักหรือสมุนไพรบางชนิดเท่านั้น รวมถึงยังมีข้อจำกัดในเรื่องของบุคลากรที่มีความรู้ในด้านนี้โดยตรง
- การวางแผนปลูกและการดำเนินงานเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก โดยต้องทำให้สอดคล้องกัน ไม่เช่นนั้นการนับวันเก็บผลผลิตจะทำได้ยาก ทำให้เกิดการส่งมอบผลผลิตล่าช้าได้
รูปแบบของ Plant Factory
สามารถจำแนกได้เป็น 2 รูปแบบ คือ
- โรงงานปลูกพืชด้วยระบบแสงเทียม (Plant Factory with Artificial Light)
- โรงงานปลูกพืชระบบผสม (Plant Factory Hybrid System)
ในรูปแบบแรกนั้นจะเป็น Plant Factory ที่ตรงตามทฤษฎีมากที่สุด เนื่องจากเป็นระบบปิดสมบูรณ์ที่ไม่มีแลกเปลี่ยนอากาศเข้า-ออก โดยระบบแสงที่ใช้ควบคุมจะเป็นการใช้แสงเทียมที่มาจากหลอดไฟ LED โดยการปรับแต่งค่าความเข้มแสงและช่วงแสงให้เหมาะสมกับพืชแต่ละตัว ในขณะที่ระบบอื่น ๆ นั้นจะตรงกับองค์ประกอบที่ผักอวบอธิบายไว้ข้างต้นเลยครับ
ภาพจาก: https://www.yeshealthgroup.com/
ส่วนระบบผสมนั้นจะเป็นการประยุกต์ คือ มีการให้แสงเทียมจากไฟ LED ควบคู่ไปกับแสงอาทิตย์เพื่อเป็นการประหยัดต้นทุน โดยตัวโรงงานจะไม่เป็นระบบปิดสมบูรณ์ กล่าวคือมีการแลกเปลี่ยนของอากาศเข้าออกในบางช่วง
ภาพจาก: https://www.skygreens.com/
เป็นอย่างไรกันบ้างครับกับข้อมูลของโรงงานผลิตพืช หวังว่าทุกท่านจะเห็นภาพมากขึ้นนะครับ สำหรับท่านใดที่ต้องการดูผลผลิตของเราคลิกที่นี่ได้เลยครับ ในบทความหน้า ผักอวบ จะนำเรื่องไหนมานำเสนออย่าลืมติดตามกันนะครับ