重新利用建筑以用于农业

将下一代农业技术改造为闲置资产 前言 贝基·泰勒阿鲁普建筑改造业务负责人 本报告提供了一种清新的新视角，有意跨越传统界限，提出迈向可持续和随后再生的实际步骤。 这项工作将这些建筑系统融合在一起——将难以使用的（或“闲置”）现有建筑与城市农业的机会相结合。这使我们能够解决我们面临的一些最大挑战的新解决方案。通过针对我们所拥有的资产的新用途，我们可以减少碳排放和浪费，振兴社区，提供就业机会，并增强韧性。将食品生产转移到城市领域释放了土地和水资源，用于其他必要目的，如生物多样性。 作为建筑师，我们坚定地专注于如何改造和重新利用现有建筑以减少其全生命周期的碳排放，并确保它们满足我们未来的需求。这是一个巨大的挑战，为了实现我们的气候目标，我们必须大幅度加快我们的行动。我们需要增加变革的需求，并建立起行业实施变革的能力。变革的规模和速度需要更多的创新，这要求我们从以往的经验中跳出思维定势。 随着您阅读此报告，我鼓励您拥抱来自打破学科和行业界限的潜力，想象新的和整合的方法来解决我们面临的全球挑战。 当前实施这些试点项目至关重要，这将使我们能够测试和改进策略，以开发出可靠且可扩展的解决方案。 食物系统渗透到城市的物理建成环境中，这里密集的繁荣人口需要持续不断地获得新鲜健康食品。尽管每个个体的影响越来越被充分理解，但它们一直被保持相当独立。 艾克·辛德勒Arup 食品与农业业务领导者 我们正处于一个变革与挑战并存的特殊时期，气候变化的影响感同身受。冬季更湿冷、夏季更炎热表明天气模式变得更加不可预测。这使得露天农田的粮食种植更具挑战性，并导致产量下降。 在食品行业面临的挑战之外，最近的疫情重塑了我们的互动、工作和购物方式。这导致许多建筑变得过时。虽然一些建筑可以相对容易地转换为新的用途，但其他建筑却陷入困境，因为它们无法满足当前或未来的环境标准、用户期望和要求。这些结构面临成为闲置资产的风险，其中包含了大量我们无法承担废弃的碳足迹。 如果我们将这两大趋势结合起来，探索下一代食品种植技术在废弃建筑中作为一种新用途的潜力，会怎样呢？我们与农业科技行业的创业者合作，来研究这些机会并理解挑战。当然，答案从来不是直截了当的。但我们发现这种潜力是显著的。我们希望这份报告能够激发资产所有者、投资者、设计师和当局共同想象通过垂直农业进行更新的新方法。我们的发现可能仅仅是探索使用尖端农业技术为现有、有时备受喜爱的建筑注入新生的第一步。 此外，冲突的影响也在其中，表现为能源和化肥成本的上升。将减产和更高的投入成本结合起来，很容易理解导致食品价格上涨、推动通货膨胀和粮食不安全加剧的原因。作为回应，我们看到越来越多的人对在完全受控环境中种植食品感兴趣，这些环境与气候不确定性脱钩，完全无农药，化肥使用量最小化。 一个日益重要且相关的问题是，本地种植的农产品在丰富当地社区结构方面所具有的显著价值。 执行摘要 本文件探讨了将下一代食品种植技术整合到建筑环境中遗留资产中的即时和未来机遇。 这种方法具有以下潜在优势： ——恢复众多深受喜爱的结构性资产，否则它们将一直闲置，随后对周边城区进行焕然一新。 – 本地化可靠的食用产品来源，向消费者提供更新鲜的食物，同时减少食物里程、相关污染和制冷需求。 – 为下一代农民在城市环境中提供就业机会，以及为与再生资产相关的其他企业提供就业机会。 – 打造一个以食品生产和食品文化为核心的新旅游目的地，既服务于游客也服务于当地社区。 此文档展示了四种将闲置建筑改造为城市农业、商业食品生产和相关社区正面活动的具体方案。 此类项目在技术上可行，并且有潜力为目前闲置的建筑带来新生。除了作为商业利润的来源外，通过这种方式再生资产还能为保护我们的建筑遗产、减少建筑排放以及使食品系统更加高效和靠近消费者提供相关利益。 上下文 不断增长的废弃资产挑战 闲置资产被定义为建筑环境中任何未使用或低效利用的结构。这些结构具有巨大的再利用潜力，而在其原始建设过程中，已将其固有的碳锁定在结构中，因此无需消耗太多额外的碳。 2023年任何典型的城市都将包含各种结构类型的闲置资产（要么是整个建筑，要么是建筑的一部分）。值得考虑的是，任何城市区域内的这些闲置资产中有多少可以被转变为新的用途，从而为当地提供社会、经济、文化和环境价值。将下一代农业技术改造应用于闲置资产的方法在许多情况下可能是合适的。 英国近年来由于工业衰落，闲置建筑（搁浅资产）的数量已经增加。1低碳能源发电的转型2资产所有者的维护不足。3并且最近的疫情，加速了线上零售的兴起，4并且增加了在家工作的人数。5 此外，87%的当前商业办公空间无法满足2030年的环境要求，因此存在成为搁浅资产的风险。6 39%全球CO排放量是2由于建设环境。 以伦敦为例，2020年至2022年间空置建筑的数量大幅增加。7这些“死区”代表着大量现有的资产，这些资产可以被重新改造为能够为社会和组织提供益处的设施，而不会消耗大量的材料和资源。8 87%目前英国商业办公楼中，大部分不符合2030年的环境要求。 建筑环境是全球排放的39%，其中28%为运营排放，以及CO 一部分这些排放11% 来自材料/建筑。 如果在拆除和重建之前考虑到重新利用建筑物的机会，此类情况是可以避免的。一座使用热泵改造的1970年代商业办公楼，其碳排放量要超过一座同等新建筑的碳排放量，可能需要长达220年。10 220年数，以改造办公室的碳排放量超过同等新建建筑的碳排放量。 这代表了一个重大机遇，让资产所有者、地方当局和设计师能够提出针对现有建筑库存再利用的新颖创新想法。 全球食品体系的压力点 我们的全球食品系统面临着多重压力。随着全球人口的增加和饮食习惯的改变，对食品的需求也在不断上升。11 土地利用 在过去300年间，全球人类人口增长了8倍，这导致了巨大的土地利用变化，主要是通过农业——在此期间，用于农业的土地面积从大约10%增加到大约50%，占地球可居住土地面积的比重。12,13 这导致了从自然界中额外夺取40%的土地，包括广泛的森林砍伐、栖息地破坏和无数物种的迁移，其中一些物种甚至濒临灭绝。近年来，农业用地似乎已经达到顶峰。然而，全球耕作用地仍在增加；最明显的证据是在热带气候中，这些地区历史上是碳汇，拥有丰富的生物多样性。14在过去的50年中，农业用地一直是有害生物多样性损失的主要驱动因素。12 农业土地利用分布为77%用于畜牧业（放牧动物，以及种植为它们提供食物的作物），其余23%用于为人类种植的作物。 本文件中展示的技术表明，农作物在室内种植的占地面积可以大大缩小，同样，室内培养肉生产可以替代畜牧业，占地面积也将显著减少。2019年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）估计，农业部门是全球温室气体排放量的21%至37%的责任方。15 这些排放是气候变化的关键贡献因素及其相关影响。16随着预计温度的升高将是另一个关键变化，增加的土地荒漠化预计将对收获产生不利影响，并最终可能导致粮食短缺。作为回应，更多的自然栖息地正受到压力，需要转变为农田，这极大地增加了土地利用的竞争。除了食物之外，我们还需要土地来发展新项目、生产能源、管理洪水和基础设施。同时，世界已经同意保留地球30%的土地面积用于自然保护。17认识到大自然对我们生存的重要性。为了使大自然得以恢复，我们需要大幅度减少用于农业的土地面积。 50%地球可居住土地中有用于农业的部分 80%食物在农村地区种植 70%粮食在城市中被消费。 化学污染 传统基于田野的农业由于使用农药和化肥产生的化学径流，导致对土壤和水系统造成重大污染。 30%所有种植的食品在消费前都被浪费了。 农药用于保护农作物免受疾病和害虫侵扰。在受控的室内环境中，它们不是必需的。 食物浪费 我们每年已经生产足够的食物来养活100亿人口，然而，超过30%的所有食物都被浪费了（相当于全球食品系统中使用的总能源的38%）。18这是在供应链中种植、运输和销售的食品，但最终在任何人食用之前就已经腐烂。 不使用有害杀虫剂意味着蔬菜可以未经清洗包装，从而延长其保质期。此外，在消费者附近进行农业种植意味着食品在运输和分销中心停留的时间更短。这使食品更快地到达消费者手中，并可以保存更长时间，从而减少食物浪费。 供应链 近期疫情和国际军事冲突等事件凸显了全球食品体系所发展起来的长期供应链的脆弱性。19这导致了对“本土化生产”——即在消费者附近种植食品——的兴趣日益增加。20 针对这些众多担忧，科学家和发明家正在开发下一代食品生产设施，下文将对此进行讨论。 食品生产的未来 为了使食品生产更具可预测性、减少对天气的依赖以及提高土地/水资源效率，科学家和企业家已经开发了一系列高科技食品种植技术。这些技术可以大致分为以下三个时间范围： 高科技温室。现在： 21现代温室利用先进技术更好地控制生长条件，以优化植物生长，同时将不想要的害虫和寄生虫拒之门外。尽管温室仍主要依赖太阳能供电和照明，但通常还会使用额外的人工照明、加热或空调来延长生长季节。这种技术已被充分理解，并在商业上得到广泛应用，尽管目前这种技术与现有建筑（包括屋顶）的集成还相对较少。然而，与在“新”和“下一代”技术下生产相同数量的食物相比，现代温室需要更多的土地。 垂直农业。新： 垂直农场是控制环境农业（CEA）中最普遍的形式，食物生长在垂直堆叠的架子上。这是一种基于技术的室内种植方法，其中所有环境条件，包括光线，都在一个封闭的环境中完全受控。这些技术在过去十年中一直在发展，拥有许多商业运营的设施。食品生产本身是传统的，并且不需要额外的许可证即可进入市场。21 培养肉类。下一页： 也称为精准发酵或培养蛋白，培养肉是在实验室条件下从动物细胞中培养出来的，而不是在动物身上生长。这些技术是开创性的，它们生产出的食品是新的，需要在市场上销售时获得许可证。目前也在进行培养植物细胞的研究，对于咖啡和可可等作物具有巨大的潜力。22虽然这些产品充满希望和激动，但广泛的市场接受可能还需要几年时间。21 现在与未来 本文件后续展示的四种情景聚焦于现状与新兴趋势。 现在：高科技温室 主要好处 高科技温室可以全年生产一致可靠的农作物。这是因为它们在受控条件下生产农作物，外部因素如天气条件的影响较小。与基于田地的农业相比，对外部季节性的依赖显著减少。 一致的、可靠的农作物生产 高科技温室可以为传统农业存在挑战地区的地方社区提供食品生产。这有助于提高城市地区或极端气候地区的食品安全。 农业的环境影响也可以通过部署高科技温室来减少。与基于田地的农业和低技术温室相比，一个设计良好的设施将具有环境优势。它们通常使用更少的水、更少的杀虫剂，并且拥有一个封闭循环系统，其中营养物得到回收，有助于防止土壤和水道的污染。23 高效率和自动化潜力 高级技术和自动化在高科技温室中的应用可以导致效率的提高和单位面积土地产出的显著增加，与传统的温室和基于田野的农业相比。大多数生长能量通常来源于阳光，而LED仅用于延长“日照时间”或提供特定光谱的光。 主要挑战 对大面积平坦土地和持续光照的需求 温室仍然占用大量的土地。尽管与基于田地的农业相比，温室的土地效率更高，但它们比垂直农业更“胃口大”。此外，它们需要非常平坦的地点。这可能会带来挑战，因为一个典型的现代温室面积约为8公顷，最大可达20公顷。 使用直射日光进行植物生长的另一个不利之处是，大多数设施都限于平面的生长床（即没有垂直堆积的层），而每日的太阳强度将有所不同，从而在某种程度上削弱了生长过程的控制能力。 建筑、维护和劳动力成本 初期建立高科技温室的成本可能较高，与基于田地耕作的农业相比，这成为一些农民和企业进入市场的障碍。对技术的重度依赖可能复杂且维护成本高昂。技术故障或故障可能造成显著的作物损失。 新型：垂直农业 主要效益 垂直农业可以实现每公顷更高的作物产量，因为作物可以在垂直堆叠的层中生长。通常，通过堆叠10层，它可以减少