John Deere, ett företag som är mest känt för att tillverka traktorer, håller på att börja med artificiell intelligens. 2017 köpte John Deere Labs Blue River Technology för 305 miljoner dollar, en startup med datorseende och maskininlärningsteknik som kan identifiera varje enskild växt på en gård. Det gör att herbicidresistenta ogräs lätt kan särskiljas från friska växter. Nettoresultatet? Jordbrukare kan minska kemikalieanvändningen med cirka 95 % samtidigt som de förbättrar avkastningen, enligt Blue River.

När miljömässiga, sociala och demografiska faktorer i allt högre grad sätter press på traditionell teknologi för jordbrukslivsmedelsproduktion, vänder sig både investerare och entreprenörer till innovation.

Efter att ha satt scenen i Feeding the Future:An Overview of the Agrifood Industry, kommer vi nu att gå in närmare på de innovativa teknologier som revolutionerar livsmedelsproduktionsverksamheten. Vi beskriver lovande ny teknik på området såväl som intressanta startups som sätter dem i arbete, såsom vertikalt jordbruk, alternativa proteiner, precisionsodling, jordbruksbioteknik och andra intressanta framtida trender.

Vertikalt jordbruk för kontrollerbar och hållbar produktion

Vertikal odling är bruket att odla grödor i vertikalt staplade lager. Detta görs möjligt genom att använda odlingshyllor upphängda på en vägg eller ett staket och implementera hydroponiska tekniker för att ge näring åt växterna.

Denna teknik har stor potential, eftersom den säkerställer kontroll över många produktionsvariabler. Det minskar inte bara antalet förbrukade insatser utan möjliggör också kontroll över grödopatogener och parasitära insekter. Detta tillåter betydligt kortare skördecykler och produktion året runt , vilket ger möjlighet till:

• Minska markanvändningen för jordbruket
• Reagerar effektivt på urbaniseringstrender och flyttar skörden in i staden
• Minska behovet av att transportera mat hundratals kilometer till marknaden
• Upprätthålla produktionen oavsett årstid eller väder
• Förhindra eventuella klimatförändringsrelaterade faror

Detta, i kombination med den betydande besparingen i termer av vatten och insatsvaror, kommer att vara en nyckelfaktor för framgång för att möta den ökande efterfrågan på livsmedel och för framgången för livsmedelsindustrin.

Att skala upp vertikalt jordbruk kan dock orsaka svårigheter, främst på grund av den höga energianvändningen denna teknik kräver, vilket oundvikligen har en inverkan på dess koldioxidavtryck. Vertikala bönder är villiga att använda förnybar energi för att driva sin verksamhet, men industrin har fortfarande en lång väg kvar att gå.

De flesta vertikala gårdar har misslyckats eftersom de höga kostnaderna för robotutrustning och artificiellt ljus förlorats till den enklare tekniken med smuts, växthus och solen. Men konceptet lockar nu till sig en ökning av företagsinvesteringar, illustrerad av företag som Spread or Plenty, en amerikansk startup som stöds av 200 miljoner dollar från investerare inklusive SoftBanks Masayoshi Son och Amazons Jeff Bezos. Enligt MarketsandMarkets växer denna del av livsmedelsmarknaden med en CAGR på 24,8 %, och den förväntas nå 5,8 miljarder USD 2022.

Hydroponics och aeroponics är de två huvudsakliga teknikerna som används inom detta område. Implementeringen av en av de två innebär betydande resursbesparingar och en bra balans mellan vattenanvändning och nödvändiga gödselmedel/näringsämnen.

Klimatkontrollenheter kommer att vara det snabbast växande hårdvarusegmentet på denna marknad, och spelar en avgörande roll för att öka avkastningen. För att säkerställa en skyddad tillväxtmiljö måste flera faktorer som påverkar klimatet kontrolleras på en avancerad nivå.

Den vertikala jordbruksmarknaden i Asien-Stillahavsområdet förväntas ha den största andelen 2022 jämfört med de andra regionerna.

Vertikal jordbruksmarknad per region (miljoner USD)

Det finns många gårdar i Japan, Singapore, Taiwan och andra sådana tekniskt avancerade länder som redan driver marknaden i regionen. Investeringarna växte avsevärt från 60 miljoner USD 2015 och 2016 till 414 miljoner USD 2017 och 2018.

CapEx är högt för dessa företag. En småskalig, lågteknologisk vertikal jordbruksverksamhet kan kräva cirka 280 000 USD för att starta och så mycket som 15 miljoner USD för en andra generationens anläggning. De mest innovativa anläggningarna inkluderar datahantering, anläggningshanteringsautomation, skördeautomation och automation efter skörd. I genomsnitt ger denna typ av växt 55 gånger mer produktion per enhet än traditionella gårdar. Dessutom bör innovation minska driftskostnaderna:till exempel öka effektiviteten hos LED-lampor som används i denna teknik.

Huvudaktörerna på denna marknad är AeroFarms, ett USA-baserat företag som har funnits i branschen i 15 år och har samlat in 238 miljoner dollar, och Plenty (USA), som har tagit in 226 miljoner dollar.

För den europeiska miljön är Infarm (Tyskland) ett Berlin-baserat företag som redan har samlat in cirka 122 miljoner USD, Agricool (Frankrike) har samlat in 36 miljoner USD och dess fokus ligger främst på jordgubbsproduktion, Agrilution (Tyskland) har samlat in 4,6 miljoner USD och Sfera Agricola (Italien) har samlat in 7,5 miljoner dollar och har intäkter på 4,23 miljoner dollar.

Ökande användning av alternativa proteiner

Forskare och nystartade företag satsar på alternativa proteiner, eftersom att mata den växande befolkningen med kött från boskap sannolikt kommer att bli ganska svårt på grund av den kontinuerliga ökningen av efterfrågan på kött.

Som ett resultat används 46 % av de totala jordbruksprodukterna för närvarande enbart för att utfodra boskap. Lösningar för att öka effektiviteten i konventionell köttproduktion har nästan uttömts, och att eftersträva dem kommer inte att övervinna globala jordbruks- och livsmedelsutmaningar.

Nya köttprodukter och marknadsaktörer utvecklas alltså. Istället för att förbättra den konventionella köttproduktionen fokuserar flera företag på att uppfinna nya produkter för att ersätta konventionellt kött . Några av de mest lovande områdena är insektsbaserat kött, nya veganska köttersättningar och odlat kött .

Insektsbaserat kött är tillverkat av protein som kommer främst från syrsor och mjölmaskar. Denna trend har vissa fördelar, som den överlägsna omvandlingen av energi och protein jämfört med traditionellt kött. Insektsmat har större potential att utfodra boskap istället för människor på grund av dess smak- och texturskillnader jämfört med traditionellt kött och den negativa konsumentuppfattningen om insekter som mat i de allra flesta västländer.

Global köttmarknadsprognos

De två mest intressanta trenderna kan vara nya veganska köttersättningar och odlat kött. Den första kräver inga animaliska ingredienser, och dess sensoriska profil kommer mycket närmare kött än traditionell vegansk/vegetarisk ersättning. Den främsta anledningen till detta är en sofistikerad produktionsprocess som använder hemoglobin och bindemedel som utvinns via jäsning från växterna. Nystartade företag inom detta område (t.ex. Impossible Foods , BARA , Beyond Meat ) samlade in mer än 900 miljoner USD i finansiering fram till 2018, och produkter finns redan tillgängliga både i stormarknader och restauranger.

Odlat kött representerar ett alternativ till kött som skapas genom exponentiell celltillväxt i bioreaktorer. Köttodling kommer att utgöra den största möjligheten även om den är i ett dåligt utvecklingsläge på grund av de betydande kostnaderna förknippade med det.

Processen börjar när en cell extraheras från ett levande djur och odlas i ett labb för att permanent etablera en kultur (kallad en cellinje). Cellerna kan komma från en rad olika källor:biopsier av levande djur, bitar av färskt kött eller cellbanker. Cellinjer kan baseras antingen på primära celler eller på stamceller . När en bra cellinje har valts, införs ett prov i en bioreaktor där cellerna prolifererar exponentiellt och kan skördas. Resultatet är kött som nästan inte går att skilja från djurkött. Inga kommersiella produkter säljs ännu , även om denna teknik har potential att störa den globala köttindustrin på flera miljarder.

De mest potentiellt störande trenderna kan vara nytt veganskt och odlat kött, som kommer att nå – respektive – 25 % och 35 % av det globala marknadsvärdet år 2040 tack vare deras höga kommersiella potential motiverad av deras höga likhet med riktigt kött. Detta gör dem attraktiva för riskkapital. I synnerhet kommer odlat kött att vinna på lång sikt, men nya veganska köttersättningar kommer att vara avgörande i övergångsfasen.

De mest avancerade nya veganska köttersättningsföretagen är baserade i USA. Beyond Meat och Impossible Foods är bland de mest kända och har redan plockat in flera hundratals miljoner dollar.

Impossible Foods samlade in 300 miljoner dollar i serie E 2019, vilket ger det totala aktievärdet till 700 miljoner dollar. Investerare inkluderar sådana framstående namn som Bill Gates, GV (tidigare Google Ventures), UBS och Sailing Capital. Beyond Meat har redan blivit offentligt.

Källa:Crunchbase.

Dessa företag kommer närmast att kommersialisera sina produkter. Den växtbaserade marknaden för alternativ för mat och dryck är väntad att nå 80,43 miljarder $ till 2024, växa med 13,82 % CAGR under prognosperioden från 2019 till 2024.

De största odlade köttföretagen finns i USA. Memphis Meats, baserat i San Francisco, samlade in 161 miljoner dollar för att bygga en pilotcellsbaserad köttfabrik. Denna investeringsrunda ökar det kaliforniska cellbaserade köttföretagets totala medel mer än åtta gånger. Investerare inkluderar Tyson Food, Richard Branson och Bill Gates.

Investerare har investerat mer än 16 miljarder dollar i amerikanska växtbaserade och cellbaserade köttföretag under de senaste 10 åren – enbart 13 miljarder dollar under 2017 och 2018, enligt två rapporter släppta från The Good Food Institute 2019.

Precision Farming Moving Mainstream

Under de senaste två decennierna har precisionsjordbruk framgångsrikt gjort övergången från att vara ett akademiskt forskningsämne till en mycket fördelaktig praxis inom jordbruksområdet. I slutet av 2030 är precisionsjordbruk redo att bli en av de mest inflytelserika trenderna inom jordbruket.

Marknad för precisionsjordbruk – tillväxttakt per region (2021–2024)

Precisionsjordbruk är ett jordbruksledningskoncept baserat på att observera, mäta och reagera på variationer mellan och inom fälten i grödor med målet att definiera ett beslutsstödssystem (DSS) för att optimera avkastningen på insatsvaror samtidigt som resurserna bevaras.

Investeringar i precisionsjordbruk nådde 661 miljoner USD över 96 affärer under 2015, en ökning med 140 % jämfört med 2014, enligt AgFunder. Precisionsjordbruk upplevde dock en nedgång på 405 miljoner dollar 2016, främst på grund av lägre utgifter för drönare. Det är möjligt att identifiera tre huvudinriktningar för precisionsjordbruk som kommer att styra denna sektors framtid:bilder och sensorer , robotik och automation och digitalisering och big data .

Bilder och sensorer berör praxis för övervakning av fältprestanda, markövervakning och dator- eller realtidsdrift på fältet genom användning av satellit-, drönarbilder och sensorer för grödor, i syfte att tillhandahålla ett system som hjälper till att övervaka och automatisera inmatningar.

Robotik och automatisering syftar på teknologier som maskinseende, luftavkänning och artificiell intelligens.

Digitalisering och big data använda fältkartor, förstärkt verklighet och öppna dataplattformar för att nå avancerad analys och intelligent maskindesign mot business intelligence-tjänster.

Marknaden förväntas växa med 12,8 % CAGR för att nå 5,5 miljarder USD 2021. För närvarande dominerar EMEA-området marknaden (41 %), följt av APAC (32 %) och Amerika (27 %). Bayer har skapat ett team med mer än 400 yrkesverksamma och investerat 1,25 miljarder dollar för att driva utvecklingen av digitala erbjudanden för bönder.

Precisionsjordbruk är ett trångt fält på grund av dess höga potential. Att mata världen och tjäna en avkastning samtidigt som det gör det är mycket motiverande för många olika spelare. Företag som John Deere, CNH, Kubota, Bosch, Trimble och Topcon fokuserar också på detta område, såväl som ett stort antal startups, inklusive:

Agricultural biotechnology transforms the Agricultural Business

En annan snabbväxande nisch som använder ett relevant antal tekniska innovationer rör Agricultural Biotech, som inkluderar alla biologiska eller kemiska verktyg och processer som används på gården och även i processerna efter jordbruket. Denna kategori omfattar olika typer av teknik och vetenskap, inklusive genetik , uppfödning , mikrobiomforskning , syntetisk kemi och djurhälsa .

Genetik involverar processer som tillåter överföring av användbara egenskaper från en växt till en annan genom direkt manipulation av en organisms genetiska material.

Avel är vetenskapen om att ändra växtegenskaper för att producera önskade egenskaper.

Mikrobiomforskning består av att generera värdefulla insikter om biologin hos mikrobiella samhällen och deras inverkan på deras omgivning och deras värdar.

Syntetisk kemi är ett framväxande forskningsområde som syftar till att skapa nya biologiska delar, enheter och system, eller att omdesigna system som redan finns i naturen.

Djurhälsa omfattar tekniker som förbättrar kvaliteten på djurfoder, djurprestanda och/eller djurhälsa, samt tekniker som skapar nya djurfoder som fungerar som primär eller sekundär födokälla.

Den globala bioteknikmarknaden för jordbruket förväntas uppgå till 33,8 miljarder dollar år 2024 och växa med 10,9 % CAGR (2019-2024). Nordamerika är den största bioteknikmarknaden för jordbruket på grund av den högsta acceptansen av GMO.

Genteknikmarknaden är en snabbväxande och kan ha positiva effekter på miljön – GMO-grödor kräver färre kemikalier, mark och maskiner, vilket hjälper till att minska miljöföroreningar och utsläpp av växthusgaser. Vidare är fokus för denna vetenskap främst att skapa nya frön och växter som kan motstå herbicider, insekter och virus medan de växer - toleranta mot miljöpåfrestningar (t.ex. torka, översvämningar) och med ytterligare näringsfördelar och förbättrad smak.

Det finns också vissa nackdelar med genteknik. I allmänhet kan patogener anpassa sig till nya genetiska profiler, därför kan det finnas oväntade negativa biverkningar (t.ex. torkresistenta växter kan vara mindre toleranta mot direkt solljus).

Dessutom är användningen av upphovsrätt och patent för att skydda immateriella rättigheter (IPR) en stor fördel inom detta område, som kännetecknas av en låg kostnad för imitation.

Några av de startups och små och medelstora företag som är aktiva inom jordbruksbioteknik är:

Ytterligare intressanta trender för framtiden

Historiskt sett har jordbruket genomgått en rad revolutioner som har drivit effektivitet, avkastning och lönsamhet till tidigare ofattbara nivåer. Marknadsprognoser för det kommande decenniet tyder på en digital revolution som sannolikt kommer att påverka alla aspekter av jordbrukets livsmedelskedja.

Ur ett klimatperspektiv finns det ett växande behov av att komma på hur man producerar så mycket mat som möjligt med samma mängd odlingsmark (om inte mindre). Men som diskuterats tidigare är klimatförändringarna inte den enda faktorn som hotar livsmedelsbranschen under de närmaste åren; det kommer också att finnas en ökande efterfrågan på tekniska lösningar som tillämpas på jordbruket .

Tidigare diskuterade vi den framtida betydelsen av odlat kött, CRISPR och genomredigering, precisionsodling och vertikalt jordbruk. Men dessa är inte de enda tillgängliga teknikerna som studeras av forskare. Ett brett utbud av lösningar undersöks för att möta både livsmedelsrelaterade utmaningar i klimatförändringen och ökad efterfrågan på livsmedel. Några exempel inkluderar:

• Användning av föreningar som förhindrar att gödselmedel omvandlar markmikrober till dikväveoxid , en mycket potent växthusgas.
• Utveckla sorter av grödor som absorberar mer kväve .
• Minska boskapens koldioxidavtryck genom att mata dem på olika sätt – med till exempel alger.
• Anta ökenjordbruk och havsvattenbruk . På grund av den växande bristen på resurser måste världen förvandla öknen och havet till anläggningar för livsmedelsproduktion.
• Tillämpa 3D-utskrift på livsmedelsproduktion . Experter tror att skrivare som använder hydrokolloider kan användas för att ersätta basingredienserna i livsmedel med förnybara ämnen som alger, andmat och gräs. Nu experimenterar vissa forskare med alger som ersättning för animaliskt protein.

Tyvärr har många av dessa jordbrukslivsmedelstekniker ännu inte fått det antal investeringar som krävs för att de ska kunna implementeras effektivt. ändå höjer det här fältet medvetenhet mycket snabbt och investeringar växer följaktligen.

Läs del I av den här serien:Feeding the Future:An Overview of the Agrifood Industry.