Trang trại cao tầng trong tương lai

Một nông trại trong nhà cao tầng: máy phun nước cho toàn bộ cây trồng trong nhà kính.  Rô bôt có khả năng phân biệt mầu sắc nhận biết những quả chín trên cây để thu  hái. Để tận dụng không gian tốt nhất cà chua leo  trồng xen kẽ với các loại rau thấp cây.

Để cung cấp đủ lương thực, thực phẩm cho người dân một thành phố diện tích đất nông nghiệp phải lớn gấp mười lần diện tích của thành phố đó. Đến năm 2030 sẽ có khoảng 4,8 tỷ người là dân thành phố và theo tính toán thì đến năm 2050 phải có khoảng 1 tỷ ha đất trồng trọt. Diện tích này tương đương diện tích Brazil và thế giới không thể có thêm một diện tích trồng trọt ở tầm cỡ đó. Nhu cầu về ăn của các các thành phố đã vượt quá khả năng của ngành nông nghiệp vì thế các kỹ sư, kiến trúc sư và những nhà bảo vệ môi trường đang nghĩ đến phương án xây dựng một ngành nông nghiệp ở ngay trong lòng đô thị: thay vì dành đất cho nông nghiệp trong tương lai nông nghiệp phải phát triển theo chiều cao. Các trang trại theo chiều cao sẽ xuất hiện bên cạnh những ngôi nhà cao tầng thông thường ở các thành phố.  Những trang trại cao tầng này có thể đáp ứng nhu cầu về thực phẩm, rau quả của hàng vạn người dân thành phố. Trang lại loại này chỉ cần một phần rất nhỏ về diện tích, một lượng rất nhỏ về nước  tưới và năng lượng điện so với sản xuất nông nghiệp thông thường.
Đây là một kế hoạch tuyệt vời xét về khía cạnh sinh thái vì các loại nông sản thực phẩm bày bán trong các siêu thị thường phải vận chuyển xa hàng nghìn km. Ngay việc vận chuyển này cũng đã là một áp lực đối với môi trường. Theodore Caplow, Giám đốc Văn phòng Công nghệ – Kỹ thuật Sun WorksModerne ở New York cho rằng nhà trồng cây cao tầng trong thành phố là một giải pháp cực kỳ hiệu quả. So với sản xuất nông nghiệp trên đồng ruộng lượng tiêu thụ nước trong các trang trại cao tầng chỉ bằng một phần mười và nhu cầu về đất chỉ bằng năm phần trăm. Caplow dự kiến bước đầu tiên là xây dựng nhà vườn trên mái nhà hộp ở các thành phố hiện đại. Ông này còn có ý định cải tạo các bức tường nhà văn phòng cao tầng để trồng cây xanh . 
Mùa hè năm ngoái Caplow đã xây dựng một vườn nổi gồm  cà chua, cà, dưa chuột, xà lách và dưa hấu trên một cái xà lan ở trên sông Hudson. Ông dùng  nước thải để tưới và sử dụng năng lượng tái sinh. Với khu vườn nổi này  Caplow chứng minh có thể sản xuất bền vững thực phẩm ngay trong lòng thành phố. Theo tính toán mỗi người dân New York tiêu thụ mỗi năm bình quân 100 kg rau, quả. Nếu tận dụng triệt để nhà mái bằng ở thành phố này thì có thể tạo một lượng nông sản thực phẩm nhiều gấp đôi nhu cầu của người dân ở đây. 
Tới đây người ta dự kiến sẽ xây dựng một nhà trồng cây trong một trường học, đây sẽ là nơi học sinh học về sinh vật học và rau quả thu hoạch tại đây sẽ được dùng cho bếp ăn của trường. Caplow còn dự định trồng cây ở dọc tường kính các cao ốc văn phòng vừa để tiết kiệm nhiệt vừa sản xuất rau xanh. Người ta sẽ thiết kế một loại thang máy để thu hoạch thủy canh dọc các bờ tường cao ốc.
Tất nhiên các trang trại trong thành phố không thể thay thế hoàn toàn sản xuất nông nghiệp thông thường. Thí dụ người ta không thể trồng các loại lúa mì, lúa hoặc ngô vì nhu cầu diện tích quá cao. Trồng cây ngắn ngày như các loại rau sẽ đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Thực hiện chăn nuôi trong các  trang trại cao tầng ở thành phố đòi hỏi phải thực hiện một số yêu cầu về công nghệ  để giải quyết vấn đề chất thải. Người ta cũng đã nuôi thử một số loại cá bè trên sông Hudson, trên bè trồng rau xà lách. Theo ông Caplow  cần phải tiếp tục tiến hành một loạt công trình nghiên cứu trước khi thực hiện chăn nuôi trong các trang trại cao tầng ở đô thị.

Các kiến trúc sư, kỹ sư và những nhà bảo vệ môi trường dự kiến xây dựng các trang trại theo chiều cao ở  trong lòng  đô thị

Cách đây bảy năm người ta đã dự định xây dựng một trang trại cao tầng đầu tiên trên thế giới ở khu vực cảng Rotterdam (Hà Lan). Các nhà khoa học dự định làm một trang trại năm tầng bên trên trồng rau, ở tầng dưới nuôi gà và lợn. Theo thiết kế thì nước, các chất thải chăn nuôi và trồng trọt trong ngôi nhà này sẽ được tái sử dụng. Tuy nhiên do bị dư luận chỉ trích mạnh mẽ nên ý đồ thực hiện trang trại thí điểm này đã không thể thực hiện mặc dù Bộ Nông nghiệp Hà Lan ủng hộ dự án này.
Theo các nhà nghiên cứu và chuyên gia quy hoạch thì trang trại cao tầng có thể vươn lên độ cao lớn. Theo giáo sư Dickson Despommier thuộc Đại học   Columbia ở New York thì một tòa tháp cao 30 tầng có thể cung cấp đủ rau, quả, trứng, thịt gia cầm và cá để nuôi 50.000 người. Cùng với sinh viên từ nhiều năm nay vị giáo sư này đã xúc tiến dự án trang trại cao tầng trong lòng thành phố. Ông dự kiến trong toà tháp 30 tầng, tầng trên trồng thuỷ canh, ở dưới là trại gà và bể nuôi cá. Năng lượng cung cấp cho toà nhà này là năng lượng gió và tế bào quang điện. Theo giáo sư Despommier thì những dự án loại này sẽ có nhiều thuận lợi ở những nơi có nhiều nguồn năng lượng tái sinh như ở Island hoặc Newseeland.
Trong thực tế việc thực hiện các ý tưởng của giáo sư Despommier không hề đơn giản. Cần thực hiện một loạt giải pháp công nghệ mới hiện chưa có.  Nhu cầu năng lượng  để chiếu sáng và điều hoà nhiệt độ đối với một trang trại cao tầng rất lớn. Chi phí đầu tư  xây dựng  loại trang trại này rất cao, đây là một bài toán về hiệu quả kinh tế cho tới này chưa có lời giải thoả đáng.
Gene Giacomelli, Giám đốc Controlled Environment Agriculture Center thuộc Đại học Arizona ở Tucson hiện đang nghiên cứu về một số giải pháp đối với trang trại cao tầng. Ông đang thử nghiệm dùng cáp quang có khả năng đưa ánh sáng mặt trời vào bên trong ngôi nhà. Cạnh đó cần nghiên cứu về các hệ thống xử lý khí CO2, O2 và độ ẩm không khí. Giacomelli và cộng sự đã nhận được một khoản tài trợ 300.000 Euro để xây dựng một nhà trồng cây ở Nam cực. Tại tòa nhà này người ta sẽ trồng các loại rau quả cung cấp cho các nhà khoa học, các chuyên gia kỹ thuật làm việc tại khu vực có điều kiện thời tiết và điều kiện sinh hoạt vô cùng khắc nghiệt. 
Theo Giacomelli thì  trang trại cao tầng vẫn còn là chuyện tương đối xa vời. Ông cho rằng trong giai đoạn đầu  không nên xây dựng các tòa nhà mới mà tận dụng, cải tạo các công trình hiện có qua đó có thể giảm chi phí đầu tư ban đầu. Một khó khăn không nhỏ cần phải vượt qua đó là sự phản đối của dư luận đối với việc sản xuất rau quả theo phương pháp công nghiệp, như đã từng xảy ra ở Hà Lan.   
Một lo ngại nữa là giá thành sản phẩm ở các trang trại Hightech trong giai đoạn đầu nhất định cao hơn so với sản phẩm nông nghiệp thông thường.  Tuy nhiên trong điều kiện giá dầu không ngừng tăng thì hiệu quả kinh tế của loại hình sản xuất trong các trang trại cao tầng sẽ ngày càng tăng lên. Các chuyên gia cho rằng có lẽ Trung Quốc sẽ là nơi xuất hiện các trang trại cao tầng đầu tiên trên thế giới. Hiện tại giáo sư Despommier đang cộng tác với các chuyên gia thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc  xây dựng một trang trại cao tầng thí điểm ở ngoại ô thủ đô Bắc Kinh. Tại đây sẽ xây dựng một trang trại cao năm tầng với nhiều tiệm ăn sử dụng sản phẩm của trang trại này. Các chuyên gia Hà Lan như Broeze, Smeets sẽ phối hợp với chuyên gia Trung Quốc xây dựng ở Dongtan ngoại ô thành phố Thượng Hải một trang trại cao tầng, đã bị thất bại ở Hà Lan. Người ta dự kiến xây dựng tại Đông Tân một thành phố bền vững, không gây ô nhiễm không khí và  lượng khí thải CO2 chỉ ở mức  trung bình. Người ta dự kiến sản xuất tại đây một lượng thực phẩm tương đương với lượng nông sản được sản xuất trên một diện tích tương tự trên đồng ruộng. Ông Peter Head, phụ trách quy hoạch dự án Đông Tân cho rằng kinh nghiệm thu được ở Trung Quốc sẽ thay đổi cơ bản quan niệm người dân trên thế giới đối với sản xuất nông nghiêp tại các trang trại cao tầng. Peter Head khẳng định: “Vấn đề đặt ra không phải là, làm nông nghiệp trong thành phố hay ho như thế nào. Vấn đề đặt ra là, chúng ta có muốn tồn tại hay không”.