植物工厂(XXXX0510)

植物工廠－糧食危機科技改變地球科技創造健康植物資源開發與應用前言地球暖化日趨嚴重的當今，及由於醫術發達使人類壽命增長許多，致全球人口急遽增長，糧食亦隨著增長需求及氣候影響而造成不足現象，國際面各國均為補充不足糧食，而尋求解決之道，植物資源開發與應用，永續發展利用成為顯學。21世紀解決糧食安全及能源安全的重要課題，其中尤甚植物組織培養技術，種子以下分子、離子、DNA、遺傳變性等…快速繁殖技術，為提升植物價值的主要關鍵，但有些人們對生技產品非常排斥，在1970…80年代環保運動剛興起的時候，當時主要信條是「反對發展核能」「反對基因改造作物」「反對人口稠密的城市」這些思維後來成為環保運動的金科玉律。然而幾十年下來，世界急遽變化當今面臨人口稠密、全球暖化、糧食短缺的嚴峻威脅。因科技改變地球用科技創造健康唯有運用科技才有可能扭轉此災難，所以環保兼具發揮科技運用及創新的基本理念必需重視。可耕地逐年減少(大陸不是我們的糧倉)農藥中含有超過150種致癌物質鎘污染耕地1.33萬公頃，分佈在11個省遼寧省每日引工業廢水40萬噸用於灌溉北京市每年排放污水9.4億噸灌溉667萬公頃農田受到重金屬及有機物污染2005年排1.07億噸工業廢水入洞庭湖長江被污染的河長約占總河長的26%糧食危機－斷糧風險糧食危機全球氣候急速變遷－旱災~水災~砂塵暴~蝗災~糧災~你無法想像的未來「糧食危機關鍵報告：台灣觀察」一書作者，劍橋大學控制工程博士、清華大學動力機械系教授彭明輝作專題講座，提出糧食危機中政府可以做的幾項施政建議：包括「品牌的口碑來自政府公權力」、「有機村的願景」、「鼓勵大企業進行一村一社」、「農產品加工與米食多樣化」、「進口檢驗與檢疫」，政府的農業政策走向能順應未來世界糧食短缺的危機。彭教授指出，糧食物價持續上漲，糧食危機議題日益受到關注，廉價糧食時代將告終的此刻，台灣在這一波糧食危機風暴中如何自處？台灣已沒有本錢再自以為是豐衣足食的島國而置外於全球糧荒，特別是不能將大陸視為台灣的糧倉，因為中、印兩國經濟的崛起已讓他們有能力擴大糧食進口來滿足增長中的消耗量，而且大陸糧食也存在極大的污染風險。彭教授也指出，台灣糧食自給率僅23％，隨時有斷糧風險，但政府各種棄農與離農的主張與作為卻持續不絕。長年的休耕政策使農民轉業、農機淘汰；休耕地長年缺乏管理，病蟲害無法在短期內控制；最嚴重的，因為休耕政策荒廢農村，使得農村文化消失、農耕技術斷層。安全食品的重要國際間正夯的「農金」農金科技業搶賺國際間正夯的「農金」！、英業達、億光、新世紀等集團或企業，已祕密規畫或在廠區改裝植物工廠練兵，試種萵苣、蘭花種苗等高經濟作物，還有智融集團鎖定蘭花做品牌行銷國際。據悉，鴻海將贊助台大1.5億元，展開為期年合作案，由台大協助鴻海設廠。初期廠址可望選在個廠區隨廠生產或與個縣市合作地產地銷，設廠經費約1.5億元，先做示範、練兵，下階段擴大產能供應全球130萬鴻海大軍，未來目標是滿足全球華人食用葉菜類49％需求。外銷植物工廠所需燈具的億光電子，已嗅到商機先在土城廠改裝一個小型植物工廠練兵，產出葉菜供廠區食用，將再接再厲於苗栗廠蓋植物工廠。另一個燈具供應商新世紀光電，則租下宜蘭一處廢棄工廠改裝為植物工廠，預估年底首批葉菜類即可上桌。我司是台灣首座量產型植物工廠，有專精農業、工程到商業等數位教授進駐，成立一年來已成功的輔導數家農場。目前正積極與政府合作複製植物工廠及陸續開發連鎖市場通路。植物工廠產業商機商機植物工廠預估2012年全球新建與維修市場將可達到720億美元產值，工研院日前號召元通光電科、億光電子、台肥、屏東科大、台大、中科院等20個以上產學研團體，成立全國第1個「台灣植物工廠產業發展協會」，協助國內產業跨入新領域，共創植物工廠產業商機。台灣植物工廠產業發展協會首任理事長、工研院材化所所長蘇宗粲表示，氣候變遷，農作物收穫量不穩定，帶來糧食危機的警訊，「植物工廠」可將農作物量產，提供穩定且高品質的糧食生產，成為全球積極投入的新興產業。全球人口每年穩定成長，如何解決糧食問題已成為世界各國的重要議題。植物工廠以穩定量產方式生產作物，可預防未來在面臨糧食短缺的壓力及市場需求遽增。而目前只有日本、美國、荷蘭等地開始發展，台灣發展植物工廠應是最好契機。臺灣擁有優良的農業發展基礎，更具有資通、半導體等科技產業實力，以產業群聚力量成立植物工廠產業，將台灣的農業與科技能量加乘，可發揮一加一大於二的效益，讓台灣率先搶進全球市場。植物工廠與傳統農業區隔植物工廠優勢植物工廠是國際公認的設施農業最高級發展階段，是一種技術密集、不受或很少受自然條件制約的全新生產方式。植物工廠的運作方式眾多，日本的植物工廠，採用人工光源栽培，可設在餐廳地下室，方便取用。台大生物產業機電工程系教授方煒說，也就是生產環境可控制，且可依照計劃允許全年無休的穩態量產植物，定時、定量、定品質、定價錢的由工廠送抵行銷通路，供應消費需求。由於是室內的設施農業，所需光源可分太陽光與人工光源並用型、完全人工光源型。太陽光免費但必須單層栽培，品質難一致。人工光源可以架位立體栽培，品質產量可掌握，產期可預期，又可網路化及生產履歷化。惟目前成本相對較高，未來仍有下降空間。即使是大型建築物的地下室，也可蓋植物工廠，空間靈活有彈性，且與傳統農業有明顯區隔。我司運用LED460~720nm光波中光子能量及水耕循環、立體養殖，在無塵潔淨的環境下產出安全、無毒高能量蔬菜。植物工廠所涉的各種技術與設備植物工廠所涉的各種技術與設備植物工廠的組成與系統所涉及的學科包括生物技術、電腦環境控制技術、物理材料技術、能源綜合利用技術、規劃設計技術、農產品加工貯藏技術等；這麼龐大的技術體系與構建工程必須對它進行科學設計，合理規劃與嚴格實施才能得以完成，只有在科技人員、工程人員充分配合下才能建成，所以說它的建造是項龐大複雜的工程，它的建造具有農業航模一樣的意義與偉大，是一般單位難以獨立完成的，它必須利用各個學科各個部門的相互合作相互配合的前提下才能實施建造所以在建造之前要讓工程施工者對各個系統有個充分的認識，對各種設備與材料有個全面的瞭解，是十分必要的。我司就植物工廠建設所需的相關設施設備及材料採購已建立標準作業管理、採購流程SOP系統，是現今最成熟的模組化植物工廠。無菌條件下生長真正安全性食物在植物工廠的封閉環境中，人工控制的生長環境，如日照、溫度、濕度、養分、水分、二氧化碳等，通過高水準，每分鐘的調節，全天候地量產。在種植過程中沒有使用殺蟲劑，不存在被能夠引起食物中毒的細菌污染的風險。無菌條件下生長，非常乾淨，可以免洗、直接入口-“衛生”，即最後可能獲得的真正食物的安全性。萵苣每年可採摘20次。一些面積較大的植物工廠每年可提供300萬株蔬菜。植物工廠的蔬菜也能夠滿足消費者希望食用安全食品的這種需求。植物工廠技術植物工廠是電子技術的板塊。溫度、濕度、CO2濃度、營養素、水質與光的照射量等環境因素皆經由各種感應器檢知，環境資訊通過電腦即時處理，控制在所期望的環境條件下。不使用泥土的綠室栽培植物工廠，有如半導體工廠、液晶工廠「完全控制型植物工廠」的確需要高超的生育技術。光源的波長、照射方法、照射時間都需要積累足夠的經驗，來做出所期望莖大小、葉子的尺寸等影響食感的硬度與味道。光量子數目影響光合作用光量子數目影響光合作用，光質亦影響作物之生育，如紫外線可抑制徒長，但其亦為花色果色形成所必需，可見光影響發芽、花芽分化，其中400-700nm範圍更是光合作用之主要動力，稱之「光合作用有效光」。波長範圍在440-500nm的藍光可促進葉綠體的活動，有利於光合成。波長範圍在500-600nm的綠光和黃光則較不利於光合成，生長勢減弱；波長範圍在600-700nm的橙～紅光，可以激發葉綠素光合作用的能力，利於光合成可促進生長；波長範圍在300-440nm的紫外線和紫光則是植物色素生成之主要光能，在育苗作業時，紫外線更可用來防止苗的徒長。植物燈光源能量階460~750nm波長普通光源光子能量植物燈光源350~650nm波長460~750nm波長光合作用有效輻射量轉換常數之彙整(中科院實驗數據)Sample長Sample短RB長1000lux=多少mol/m2/s17.4918.8936.381mol/m2/s=多少lux57.1652.9427.48順向電壓V241224工作電流mA280240280光量5210lux100057.16400~700nm91.14mol/m2/s17.491PAR:PhotosyntheticallyActiveRadiation光合作用有效輻射量光量91.14R600~699G500~599B400~499mol/m2/s32.8832.9825.12%363628光合作用有效輻射量轉換常數之彙整Cs1Cs1光源下6cm之PAR&轉換常數Cs1光源下6cm之PAR與RGB光量Cs1光量7168lux100052.94400~700nm135.4mol/m2/s18.891PAR:PhotosyntheticallyActiveRadiation光合作用有效輻射量Cs2短光源下6cm之PAR&轉換常數Cs2短光源下6cm之PAR與RGB光量Cs2光量135.4R600~699G500~599B400~499mol/m2/s51.3744.3139.31%383329光合作用有效輻射量轉換常數之彙整Cs2光量1225lux100027.48400~700nm44.57mol/m2/s36.381PAR:PhotosyntheticallyActiveRadiation光合作用有效輻射量RB長光源下6cm之PAR&轉換常數RB長光源下6cm之PAR與RGB光量RB光量44.08R600~699G500~599B400~499mol/m2/s29.803.9910.28%68923光合作用有效輻射量轉換常數之彙整RB光量5210luxCS157.16400~700nm91.14mol/m2/s17.491光量7168luxCS252.94400~700nm135.4mol/m2/s18.891光量1225luxRB27.48400~700nm44.5mol/m2/s36.381光合作用有效輻射量最佳化之設計LED植物生長燈本所開發之LED植物生長燈，採波長660nm(紅)、460nm(藍)最佳黃金比例(R/B)之植物晶片製作，不僅可直接加速植物生長速度，並完全針對植物生長需求輸出光能，可達到低耗電的效果。LED植物生長燈採用高品質GaAsⅢ-Ⅴ族LED晶片光合作用有效輻射量光子能量mol/m2/s容易控制，紅藍光比例(R/B)採一次光學混光(phosphor)方式設計品質穩定傳統LED混光(phosphor)不均易使植物生長速度趨緩、形成植物變型等，原因是採用晶片以籃寶石(sapphire)為主其產生的光子能量mol/m2/s不易控制◎特殊波長黃金比例(R/B)，魚眼無法識別，不干擾魚類活動，內含低光度白光晶片，防止長時間高亮度照明，魚蝦活動力減弱。◎獨特紫紅色的發光成份，可豐富海底世界生物和魚蝦的自然色澤，燈管具有極高的展示效果，特別適用在觀賞熱帶魚和金魚等水族箱照明。◎業界同尺寸光強度及混光均勻度最佳之燈管，紅藍光波長比例(R/B)及光通量密度(PPFD)，通過SGS測試，電氣特性並符合最新國家CNS標準。植物光生理目前LED已有許多植物光生理領域之研究光型態產生(Hoenecke,1992)藻類培養(LeeandPalsson,1994)光合作用(Tennessen,1995)葉綠素生成(Tripathy&Brown,1995)學術界研究LED光源栽培作物成果馬鈴薯(饒瑞佶,方煒)、萵苣水耕工廠(饒瑞佶,方煒)、蝴蝶蘭(饒瑞佶,方煒,蔡田龍,2003)、番茄(復旦大學.2008)、水草、草莓、藻類…等。在太陽輻射電磁波中有