náhled|Salát pěstovaný ve vnitřním vertikálním zemědělském systému Vertikální zemědělství je způsob pěstování plodin ve svisle naskládaných vrstvách. Často zahrnuje zemědělství s řízeným prostředím, jehož cílem je optimalizovat růst rostlin, a bezolovnaté zemědělské techniky, jako jsou hydroponie, aquaponie a aeroponie. Některé běžné možnosti struktur pro umístění vertikálních zemědělských systémů zahrnují budovy, přepravní kontejnery, tunely a opuštěné důlní šachty. Roku 2020 bylo na celém světě provozováno zhruba 30 hektarů vertikální zemědělské půdy.

Moderní koncept vertikálního zemědělství navrhl v roce 1999 Dickson Despommier, profesor veřejného a environmentálního zdraví (Public and Environmental Health) na Kolumbijské univerzitě. Despommier a jeho studenti přišli s návrhem mrakodrapové farmy, která by mohla uživit 50 000 lidí. Ačkoli design ještě nebyl postaven, úspěšně popularizoval myšlenku vertikálního zemědělství. Současné provozování vertikálních farem ve spojení s dalšími nejmodernějšími technologiemi, jako jsou např. speciálně upravená LED světla, vedou k více než desetinásobné produkci plodiny, než jaké by se dosáhlo tradičními způsoby hospodaření.  Existují různé způsoby implementace vertikálních zemědělských systémů, což můžeme vidět když se podíváme do různých míst po celém světě, jako například: Paignton, Izrael Singapur, Chicago, Mnichov, Londýn, Japonsko a Lincolnshire.

Hlavní výhodou využití vertikálních zemědělských technologií je zvýšená produkce plodiny, která souvisí s tím že, na jednu plodinu je potřeba méně prostoru, než je tomu v klasickém zemědělství. Další výhodou je zvýšená schopnost pěstovat větší škálu plodin najednou, protože plodiny nesdílejí stejné pozemky během pěstování. Plodiny jsou navíc odolné vůči narušení počasím z důvodu jejich umístění ve vnitřních prostorech, což znamená méně ztrát plodin při extrémních nebo neočekávaných výkyvech v počasí. V neposlední řadě, díky užití menší plochy pro pěstování, vertikální zemědělství méně ohrožuje původním rostliny a zvířata v krajině, což vede k další ochraně místní fauny a flóry.

Vertikální zemědělství má ale také různá negativa. Například ekonomicky má tento způsob zemědělství vysoké počáteční náklady ve srovnání s tradičními farmami. Ve Victorii v Austrálii by „hypotetická 10stupňová vertikální farma“ stála více než 850krát více na metr krychlový orné půdy než tradiční farma na venkově ve Victorii. Vertikální farmy také čelí velkým energetickým nárokům díky použití doplňkového světla, jako jsou LED. Kromě toho, pokud se ke splnění těchto energetických požadavků použije neobnovitelná energie, vertikální farmy by teoreticky mohly způsobit větší znečištění než tradiční farmy nebo skleníky. Vertikální zemědělství není udržitelné.https://phys.org/news/2022-11-sustainability-booming-food-technologies-lack.html - Sustainability claims behind booming food technologies lack evidence, study finds

Druhy vertikálního zemědělství náhled| Vnitřní hydroponická vertikální farma morušovníku, Japonsko

Hydroponie Hydroponie označuje techniku pěstování rostlin bez využití půdy. V hydroponických systémech jsou kořeny rostlin ponořeny do kapalných roztoků obsahujících makroživiny, jako je dusík, fosfor, síra, draslík, vápník a hořčík, také některé stopové prvky jako například železo, chlor, mangan, bor, zinek, měď, a molybden. Kromě toho se jako náhražky půdy používají také inertní (chemicky neaktivní) média, jako je třeba štěrk, písek a piliny, které poskytují podporu kořenům a umožňují přirozenější zakořenění.

Mezi výhody hydroponie patří schopnost násobně snížit plochu potřebnou k pěstování a snížení spotřeby vody. Studie ukázala, že ve srovnání s konvenčním zemědělstvím by hydroponické zemědělství mohlo zvýšit produkci salátu zhruba na 11násobek a vyžadovat 13krát méně vody. Díky těmto výhodám je hydroponie převládajícím systémem pěstování používaným ve vertikálním zemědělství.

náhled|Aquaponie se sumci

Aquaponie Termín aquaponie je vytvořen kombinací dvou slov: akvakultura, která označuje chov ryb, a hydroponie – technika pěstování rostlin bez půdy. Aquaponie posouvá hydroponii o krok dále tím, že integruje produkci rostlin s produkcí vodních organismů do systému uzavřené smyčky, který napodobuje samotný cyklus přírody. Z odpadní voda bohaté na živiny z akvária se vyfiltrují pevné látky, poté dojde k další filtraci pomocí biofiltru, kde se toxický amoniak přeměňuje na výživný dusičnan. Při vstřebávání živin pak rostliny čistí odpadní vodu, která se recykluje zpět do akvária. Rostliny navíc spotřebovávají oxid uhličitý produkovaný rybami a voda v akváriích přijímá teplo a pomáhá skleníku udržovat teplotu v noci, aby šetřila energii. Jelikož se ale většina komerčních vertikálních zemědělských systémů zaměřuje na produkci několika rychle rostoucích zeleninových plodin, není aquaponika, jejíž součástí je také akvakulturní složka, v současné době tak široce využívána jako konvenční hydroponie.

Aeroponie náhled| Aeroponicky pěstovaná pažitka Vynález aeroponie byl již v 90. letech motivován iniciativou NASA k nalezení efektivního způsobu pěstování rostlin ve vesmíru. Na rozdíl od konvenční hydroponie a aquaponie nevyžaduje aeroponie pro pěstování rostlin žádné kapalné či pevné médium. Místo toho se kapalný roztok s živinami vypařuje do vzduchových komor, kde jsou rostliny zavěšeny. Aeroponie je zdaleka nejudržitelnější způsob pěstování bez půdy protože využívá až o 90 % méně vody než nejúčinnější konvenční hydroponické systémy a nevyžaduje výměnu růstového média. Absence růstového média navíc umožňuje aeroponickým systémům lépe přizpůsobit svoji konstrukci, což dále šetří energii, protože gravitace automaticky odvádí přebytečnou kapalinu, zatímco běžné horizontální hydroponické systémy často vyžadují vodní čerpadla pro odvod přebytečných kapalin. V současné době nejsou aeroponické systémy široce používány ve vertikálním zemědělství, ale začínají přitahovat významnou pozornost.

Zemědělství v kontrolovaném prostředí Zemědělství v kontrolovaném prostředí (CEA – z angl. Controlled Environment Agriculture) je modifikace přírodního prostředí za účelem zvýšení produkce nebo prodloužení vegetačního období. Systémy CEA jsou obvykle umístěny v uzavřených prostorách, jako jsou skleníky nebo budovy, ve kterých lze ovlivnit faktory prostředí, jako je vzduch, teplota, světlo, voda, vlhkost, oxid uhličitý a výživa rostlin. Ve vertikálních zemědělských systémech se CEA často používá ve spojení s zemědělskými technikami jako jsou hydroponie, aquaponie a aeroponie.

Umístění vertikálního zemědělství

Vertikální farmy v budovách náhled|Vertikální farma iFarm, Finsko Opuštěné budovy jsou často znovu využity pro vertikální zemědělství. Příkladem může být farma v Chicagu "The Plant", která využila prostory staré továrny na balení masa. Někdy se však také budují nové budovy, které jsou pro tyto zemědělské systémy využívány.

Kontejnerové vertikální farmy Recyklované přepravní kontejnery jsou stále oblíbenější volbou pro umístění vertikálních zemědělských systémů. Přepravní kontejnery slouží jako standardizované modulární komory pro pěstování různých rostlin a jsou často vybaveny LED osvětlením, vertikálně naskládanou hydroponií, inteligentními ovládacími prvky klimatizace a monitorovacími senzory. Navíc při použití více kontejnerů najednou mohou farmy ještě více šetřit místo a dosáhnout vyšší produkce na metr čtvereční.

Podzemní "hluboké farmy" „Hluboká farma“ (z angl. deep farm) je vertikální farma postavená ze zrekonstruovaných podzemních tunelů nebo opuštěných důlních šachet. Protože teplota a vlhkost v podzemí jsou obvykle mírné a konstantní, vyžadují hluboké farmy méně energie na vytápění. Hluboké farmy mohou také využívat blízkou podzemní vodu ke snížení nákladů na zásobování vodou. Navzdory nízkým nákladům může hluboká farma vyprodukovat 7 až 9 krát více potravin než konvenční farma nad zemí na stejné ploše půdy. Ve spojení s automatizovanými systémy sklizně mohou být tyto podzemní farmy plně soběstačné.

Dějiny

Počáteční návrhy Dickson Despommier, profesor katedry veřejného a environmentálního zdraví na Kolumbijské univerzitě, položil první myšlenkové základy vertikálního zemědělství. V roce 1999 vyzval svoji třídu nejstarších studentů, aby spočítali, kolik jídla by mohli teoreticky vypěstovat na střechách New Yorku. Studenti dospěli k závěru, že by tím nakrmili pouze asi 1 000 lidí. Despommier byl nespokojen s výsledky, a proto místo toho navrhl pěstování rostlin uvnitř, na více vrstvách nad sebou. Despommier společně se svými studenty poté navrhli design třicetipodlažní vertikální farmy vybavené umělým osvětlením, moderní hydroponií a aeroponií, která by mohla vyprodukovat dostatek jídla pro 50 000 lidí. Dále naznačili, že v horních patrech bude růst přibližně 100 druhů ovoce a zeleniny, zatímco v nižších patrech budou umístěna kuřata a ryby žijící z rostlinného odpadu. Ačkoli Despommierova mrakodrapová farma ještě nebyla postavena, popularizovala myšlenku vertikálního zemědělství a inspirovala mnoho pozdějších návrhů.

Na konferenci TED2016 ve Vancouveru Astro Teller – vedoucí Google X – odhalil, že tajná laboratoř měsíce se už jednou pokusila vytvořit automatizovaný vertikální zemědělský systém. Udělala pokrok v automatizované sklizni a efektivní osvětlovací technologii a podařilo se jí pár plodin vypěstovat. Bohužel, laboratoř Google nedokázala pomocí této techniky pěstovat základní plodiny, jako jsou obilí a rýže. Výsledkem bylo, že byl projekt nakonec ukončen.

Implementace Vývojáři a místní samosprávy ve více městech vyjádřili zájem o založení vertikální farmy: Incheon, Abú Dhabí, Dongtan, New York City, Portland, Los Angeles, Las Vegas, Seattle, Toronto, Paříž, Bangalore, Dubaj, Šanghaj a Peking. Od roku 2014 až listopadu 2020 bylo do startupů působících v tomto sektoru investováno přibližně 1,8 miliardy USD (40,3 miliardy Kč).

V roce 2009 byl instalován první pilotní systém vertikální farmy na světě v Zoo Environmental Parku v Paigtonu ve Velké Británii. Projekt představil vertikální zemědělství a poskytl pevný základ pro výzkum udržitelné produkce potravin. Produkce v této farmě se používá ke krmení zvířat zoo, ale zároveň projekt umožňuje vyhodnocování a výzkum systémů. Vyhodnocená data poskytuje jako vzdělávací zdroj pro obhajobu změn v neudržitelných postupech využívání půdy, které mají dopad na globální biologickou rozmanitost a ekosystémové služby.

V roce 2010 navrhla Zelená sionistická aliance (židovská environmentální organizace) na 36. světovém sionistickém kongresu řešení vyzývající Židovský národní fond k rozvoji vertikálních farem v Izraeli. Ve stejném roce Společnost s názvem „Podponics“ postavila v Atlantě vertikální farmu skládající se z více než 100 skládaných „growpodů“, ale v květnu 2016 údajně zkrachovala.

V roce 2012 byla v Singapuru otevřena první komerční vertikální farma na světě, vyvinutá společností Sky Greens Farms, a je vysoká tři podlaží. V současné době mají více než 100 devítimetrových věží.

V roce 2012 se představila společnost s názvem The Plant se svým nově vyvinutým systémem vertikálního zemědělství umístěným v opuštěné budově na balení masa v Chicagu ve státě Illinois. Využívání opuštěných budov k umístění vertikálních farem a dalších udržitelných zemědělských metod jsou udržitelným způsobem pro rychlou urbanizaci moderními komunitami.

V roce 2013 byla v Mnichově (Německo) založena Asociace pro vertikální zemědělství (AVF – z angl. Association for Vertical Farming). V květnu 2015 se AVF rozšířila o regionální centra po celé Evropě, Asii, USA, Kanadě a Velké Británii. Tato organizace spojuje pěstitele a inovátory s cílem zlepšit zabezpečení potravin a udržitelný rozvoj. AVF se zaměřuje na rozvoj vertikálních zemědělských technologií, designů a podniků pořádáním mezinárodních informačních dnů, workshopů a summitů.