Bước vào một cửa hàng tạp hóa ở Dubai, bạn sẽ thấy những bó rau chân vịt được bày đầy trên giá. Nhưng điều bạn không biết là những bó rau này đã được trồng ở đâu? Câu trả lời gần như chắc chắn không phải là Dubai.

Đó là bởi Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất có diện tích canh tác rất hạn chế. Nguồn nước ngọt của họ cũng rất khan hiếm đến nỗi 90% lương thực của đất nước Trung Đông này đều phải nhập từ Châu Âu hoặc Hoa Kỳ.

Nhưng bây giờ, thực tế ấy có thể thay đổi. Bên trong một tòa nhà gần sân bay Dubai, một nông trại rau sạch có quy mô 1.000 tấn mỗi năm đang được xây dựng. Điều đặc biệt là tất cả đã được gói gọn lại trong một không gian vỏn vẹn 30.000 mét vuông.

Vậy làm thế nào để đáp ứng được sản lượng trong mơ đó? Trên thực tế, các nhà "kỹ nông" ở Dubai đã trồng rau theo chiều dọc. Nông trại của họ không chỉ dàn trải trên một mặt phẳng Oxy, nó đang cao lên cả theo trục z.

Nông trại thẳng đứng (Vertical farming) hay canh tác theo chiều dọc là việc thực hành trồng trọt theo các lớp xếp chồng lên nhau. Về cơ bản, đó là một hình thức canh tác nông nghiệp mà cây trồng, thay vì được đặt cạnh nhau trên bề mặt nằm ngang, sẽ được xếp thẳng đứng lên nhau theo chiều dọc.

Các nông trại nhìn giống như một công xưởng, bởi nó thường kết hợp nông nghiệp vào các môi trường có kiểm soát, sử dụng kỹ thuật canh tác không cần đất như thủy canh hoặc khí canh, nhằm tối ưu hóa sự phát triển của cây trồng.

Những nông dân làm việc trong nông trại thẳng đứng giống như những công nhân hoặc kỹ sư. Họ làm việc với máy móc và các hệ thống cơ khí nhiều hơn là với thực vật.

Ý tưởng về một nông trại thẳng đứng đã có một lịch sử lâu đời. Năm 1999, trong một lớp học về sinh thái học y tế tại Đại học Columbia, Dickson Despommier, khi đó là một giáo sư Y tế Công cộng đã đố các sinh viên của mình nghĩ ra cách nào đó để sản xuất nhiều lương thực nhất có thể từ 53.000 mét vuông diện tích mái nhà bỏ không ở New York.

Sau khi đã thử mọi cách biến những không gian trống này thành các vườn cây và nông trại, lớp sinh viên của Despommier kết luận họ chỉ có thể nuôi sống 1.000 người. Vị giáo sư tất nhiên không hài lòng, ông muốn giải một bài toán lương thực cho 50.000 người, và 1.000 thì mới chỉ được 2% con số đó.

Despommier thẳng thắn nói với các sinh viên, tại sao họ không nghĩ đến chuyện trồng lương thực theo chiều thẳng đứng. Thay vì chỉ có một diện tích mặt sàn duy nhất, một nông trại thẳng đứng có thể được trồng thành nhiều tầng, nhân diện tích trồng trọt lên gấp bội.

Nước có thể được tiết kiệm khi tưới theo chiều dọc, và ánh sáng nhân tạo có thể giúp họ trồng cây trong nhà, loại bỏ sự cần thiết của Mặt Trời và thời vụ.

Các sinh viên của Despommier như tìm thấy được ánh sáng, họ đã cùng vị giáo sư của mình thiết kế ra một nguyên mẫu nông trại thẳng đứng đầu tiên trên thế giới. Phải mất 2 năm để ý tưởng được hoàn thiện trên giấy, đó là một bản vẽ tòa nhà 30 tầng, sử dụng năng lượng tái tạo để trồng hơn 100 loại cây và rau.

Họ sẽ nuôi thêm gà và cá ở tầng dưới để tận dụng chất thải thực vật. Mục tiêu nuôi sống 50.000 người từ một tòa nhà như vậy đã đạt được.

Mặc dù dự án của Despommier chưa bao giờ được triển khai trên thực tế, nhưng ông cho biết ý tưởng về nông trại thẳng đứng của mình đã truyền cảm hứng cho rất nhiều nhà khoa học và cả các nhà đầu tư trên thế giới.

Năm 2009, một hệ thống nông trại thẳng đứng đầu tiên đã được xây dựng và thử nghiệm tại Công viên Môi trường Vườn thú Paignton ở Vương quốc Anh. Tại thời điểm đó, thực phẩm được trồng ở đây chỉ được sử dụng để cung cấp cho động vật.

Năm 2012, Singapore trở thành quốc gia đầu tiên triển khai một mô hình nông trại thẳng đứng thương mại được và bán thực phẩm cho con người. Công ty có tên là Sky Greens Farms đã dựng hơn 100 tháp rau cao 9 mét trong một không gian 3 tầng nhà.

Liên tiếp sau đó, các mô hình nông trại thẳng đứng đã được xây dựng tại Mỹ, Pháp, Canada, Hàn Quốc và bây giờ là Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống Nhất. Thống kê cho thấy trên thế giới đã có ít nhất 1.600 công ty khởi nghiệp hoạt động trong lĩnh vực này với hơn 1,8 tỷ USD đầu tư vào đó.

Nông trại thẳng đứng mới được xây dựng tại Dubai có tên là ECO 1. Đây là một dự án hợp tác giữa Crop One, một công ty canh tác thẳng đứng có trụ sở gần Boston, và Emirates Flight Catering, công ty cung cấp thực phẩm cho hãng hàng không Emirates Airlines.

Họ đã xây dựng một cơ sở rộng gần 30.000 mét vuông với các kệ trồng rau diếp, rau bina, rau arugula và các loại rau xanh hỗn hợp xếp chồng lên nhau. Với quy mô này, ECO 1 hiện là nông trại thẳng đứng rộng lớn nhất thế giới. Nó có quy mô gấp hơn 3 lần Plenty, một cơ sở cũng canh tác thẳng đứng ở San Francisco, Hoa Kỳ.

Craig Ratajczyk, Giám đốc điều hành của Crop One, cho biết: "Kích thước có ý nghĩa quan trọng với không gian sản xuất thực phẩm".

Giống như các trang trại trong nhà khác, cơ sở mới của ECO 1 cần có các chức năng tự động theo dõi và điều chỉnh ánh sáng, độ ẩm, chất dinh dưỡng và các yếu tố khác để thúc đẩy sự phát triển của cây trồng.

Nhưng việc mở rộng quy mô sản xuất sẽ giúp phân bổ chi phí của công nghệ đó. "Vậy nên khi bạn nói về một thứ gì đó lớn như thế này, kinh tế học sẽ hoạt động tốt. Vì vậy, nó hóa ra là một trang trại rất có lợi nhuận", Ratajczyk nói.

ECO 1 cho biết họ chỉ sử dụng một lượng nước bằng 5% so với các trang trại thông thường. Nông trại này cũng hoàn toàn không sử dụng thuốc trừ sâu hoặc thuốc diệt cỏ. Ratajczyk nói rằng sản phẩm của họ sạch đến nỗi có thể được thu hoạch và ăn ngay lập tức mà không cần rửa.

Không có gì đáng ngạc nhiên khi rau của ECO 1 tươi hơn, ít bị hư hỏng hơn so với những sản phẩm đã được vận chuyển qua hàng ngàn dặm đường từ Hoa Kỳ đến Dubai.

Chỉ có một vấn đề duy nhất là đường cong chi phí. Đầu tư vào một nông trại thẳng đứng như ECO 1 có thể tốn tới hàng trăm triệu USD chi phí ban đầu. Nhưng sản phẩm đầu ra của họ vẫn phải bán với giá cạnh tranh với thực phẩm thông thường.

Chi phí vận hành nông trại cũng rất lớn, đi kèm với đó là mức năng lượng tiêu thụ và tỷ lệ phát thải carbon gián tiếp thông qua hoạt động sử dụng điện.

Các nông trại thẳng đứng như ECO 1 hoạt động hoàn toàn trong nhà, họ phải sử dụng điện chiếu sáng và điện cho hoạt động của máy móc, robot. Tại một đất nước nóng như Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất, một nông trại thẳng đứng còn phải sử dụng điều hòa.

ECO 1 hiện không tiết lộ tổng lượng carbon mà họ thải ra trong quá trình vận hành, vậy nên, chúng ta chưa biết nó có tối ưu hơn so với lượng khí thải của thực phẩm nhập khẩu hay không.

Tuy nhiên, Ratajczyk cho biết công ty có kế hoạch sử dụng năng lượng tái tạo trong tương lai, cụ thể là khai thác thế mạnh của năng lượng mặt trời ở một đất nước có sa mạc nắng nóng.

Vấn đề tiếp tục nhân rộng quy mô nông trại cũng đang được đặt ra. Crop One có tham vọng cung cấp toàn bộ nhu cầu rau xanh cho 10 triệu cư dân của Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất. Tuy nhiên, ECO 1 hiện chỉ đáp ứng được một phần rất nhỏ trong số đó.

Các nông trại lớn hơn chắc chắn là thứ mà họ cần xây dựng. Tại Abu Dhabi, chính phủ gần đây đã đầu tư thêm 100 triệu USD vào nỗ lực canh tác trong nhà, bao gồm một cơ sở nghiên cứu nhằm cải tiến các phương pháp và công nghệ canh tác theo chiều dọc.

Bài học cũng có thể đến từ các quốc gia khác như Hoa Kỳ, nơi các nông trại thẳng đứng cũng đang được phát triển với các công ty khởi nghiệp như Bowery, Plenty và BrightFarms…

Ước tính trong vòng 4 năm tới, ngành công nông nghiệp này có thể thu hút một nguồn đầu tư lên tới 9,7 tỷ USD. Canh tác thẳng đứng chắc chắn sẽ là một giải pháp cho nhu cầu lương thực của con người trong tương lai, nhất là tại các quốc gia công nghiệp phát triển nhưng có nguồn tài nguyên đất và nước ngọt hạn chế.

Tham khảo Fastcompany , Khaleejtimes , Businesswire