光電、農業、ICT 電子業轉型種菜

創造台灣綠金 植物工廠強勢來襲

撰文記者 林亞歆
日期2014-04-09
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2012年,聯合國公開發表聲明,強調世界儲糧量已達警戒線!

斷糧危機日日逼近,甚至有高達40個國家急需國際糧食援助。

農糧供不應求成了全球矚目的重要議題,

創新的農業生產技術遂成了全球引頸期盼的救命處方。

植物工廠可全年無休供應糧食,

是否成為地球暖化的另一製造源?

根據統計,2016年全球植物工廠市場產值可達40億美元。

電子業大哥華映、億光、台達電、金仁寶都已經跨入,並將觸角伸往中國。

儘管植物工廠仍存在「健康」爭議, 

但結合光電、農業、ITC的綠金當道,風潮已來襲……。

企劃:林嘉慶

採訪:林嘉慶、林亞歆 

撰文:林亞歆


有30多年歷史的「台北國際光電週」,於2012年首次推出植物工廠展,因大獲好評,遂決議於2013年續辦,今年大展將於6月17〜19日舉行,預計加入更多相關配套技術相關產業,盼能將台灣植物工廠持續推向高峰。

3月13~16日間,2014國際綠色產品展間,植物工廠展區人潮也絡繹不絕,白燦燦燈光下,一排排綠油油的植物不僅吸引民眾好奇,也成為更多企業和買主最大的亮點,植物工廠發展的趨勢,不言而喻。

2008年金融海嘯後,台灣各路光電、電子產業大老,無不覓求新方向,其中植物工廠的應用更因為搭上全球糧食危機的熱潮,就連國際品牌Philips、Osram、Mitsubishi、Panasonic等,也爭相投入。

鴻海集團董事長郭台銘、台達電榮譽董事鄭崇華、金仁寶集團董事長許勝雄、億光電子董事長葉寅夫等台灣光電業老字號,也因毛利逐年走低,紛紛著手投入建制自家的植物工廠。

工研院也邀集了晶元光電、台肥及台灣大學等產、學、研等團體,共組「台灣植物工廠產業發展協會」,企圖建置跨領域合作平台,希望能為國內植物工廠產業發展奠定基礎。

究竟「植物工廠」是個什麼樣的商機?可以讓叱吒風雲的產業龍頭如此為之瘋狂?


2012年首次推出植物工廠展,副總統吳敦義參觀以LED光源照明的植栽。(圖/資料中心)

什麼是植物工廠?

「植物工廠」指由人工控管植物的生長環境:光、環境、濕度、二氧化碳濃度、養分、水分等,使作物不受環境限制、影響,並能達到全年穩態、計劃性量產的栽培設施,其生產模式不受天候影響,且具有定期、定質、定量生產的特點,類似於一般工業中所稱的工廠

植物工廠主要分為兩種形態:完全人工光控制型(完型)與太陽光利用型(太型)(見表一)。

兩類植物工廠都須利用的人工光源,在發展初期以高壓鈉燈為主要照明設備,但由於燈體溫度高,需要以大量空調降溫,居高不下的成本,使植物工廠發展初期處處碰壁,也降低投資者意願。

但隨著科技進步、普及,取得高效能、低成本的人工燈源已不是難事,取代高壓鈉燈的LED燈溫度較低,適合用於垂直種植的植物工廠,不僅較省電、壽命長,還能依蔬菜成長需求的不同調整光譜、波長、色光等,有些廠商也搭配太陽能板,盼能再降低成本。

除了燈具外,完型植物工廠的重要設備還包括各式感測器、控制器、栽培裝置等,是技術相當複雜的整合系統。

為全面控制環境變因,完型植工的屋頂、牆面多使用隔熱材料,而內部規劃則充分利用可種植面積,以分攤環境監控的成本,且為反射燈光,完型植工內部牆面多漆成白色,並於燈管或作物層架內側貼置反光素材。

而太型植物工廠則多以玻璃溫室、塑膠布溫室為主,並於陰雨等光線不足時,再行補光。


環境工程與生物科技整合的「第四農業」

首先是大環境的因素。全球環境破壞加上天候丕變,食物的污染和產量不足,邁入二十一世紀之際,此一問題越顯嚴峻,解決農糧與食品安全問題成了全世界的「夯」話題,更成了國際財團為人類填飽肚子而積極尋覓並投資的新領域。

植物工廠整體概念啓蒙於1960年代的北歐國家。當基因改造大幅提升農作物的產量,並降低生產成本,但安全性卻倍受質疑時,各國官員和專家經歷一番熱烈激論後,開始有學者力倡仿照工業化大量生產模式的「植物工廠」,一方面可大幅提高糧食產量並嚴控品質,同時可解決糧食短缺和食物污染的雙重問題。

但直到工、農業強國日本提出後,才開始真正掀起熱潮,尤其是經歷了311海嘯和福島核災後,日本政府更投入146億元日幣,盼能擴充植物工廠數量,供給價格合理又安全無虞的綠色蔬菜給國民。

植物工廠被認為是繼露地栽培、設施園藝、水耕栽培等依序發展之後的終極技術,因此被稱之為「第四農業」。

「植物工廠」也是一項結合園藝、栽培等環境控制工程與生物科技的跨領域技術。

植物工廠的各項環境變因多由人工控制,環境控制可以將最佳生長條件定量化後創造作物生長之最適當環境,生物科技則主要為育種的基因改變或篩選技術。基因和環境就像先天與後天,攸關著作物發展的成敗。

因此,植物工廠作物的生長過程中可不需噴灑農藥,就能種出低生菌數的蔬菜,而藉由養液的調整,也可降低植物中的硝酸鹽(致癌物)含量,或依照需求提高植物的某些特定成分,以種出高營養價值的環保蔬菜。


原產自南非的冰花含有肌醇,成為兼具保健與美味的佳餚。(圖/林嘉慶)


貴族蔬菜 到底健不健康?

迄今,植物工廠與其出產的蔬菜仍被認為是「貴族蔬菜」,無法普及。除了缺乏銷售通路外,最主要的原因仍在售價,植物工廠蔬菜成本相較於一般農業高出許多,當然直接反應於價格上。

而除了價格過高,這些接近完美的蔬菜,生產過程更同樣不斷被檢視。由於其創新的種植方式多以人為方式達到穩定量產,為了監控溫度、溼度等變因,並保持蔬菜的無塵、低菌數,蔬菜從種苗開始就在類實驗室的環境中長大,雖說能保證百分之百無農藥,但民眾普遍對「實驗室」出產的蔬菜接受度仍不普及。

且目前的植物工廠以水耕居多,其營養液、肥料等皆被視為商業機密,相關單位管控困難,因而造成消費者疑慮,而部分植物工廠為達量產,日夜皆照光以加速其生長,但無日夜之分、速成的蔬菜是否真的如廠商所標榜的百分百「健康」,也令人存疑。


台灣技術整廠輸出有利基

另外,植物工廠也克服了植物生長的氣候與地形問題,能種植出反季節的作物,增加在地生產作物的比例,減少植物運輸的碳足跡,在有可能徵收「碳稅」的未來,又增加了一項重要的競爭力。

且就地形層面而言,植物工廠常採取立體化栽種層架,以增加種植面積,使單位土地面積的產能增加,又可妥善利用珍貴的土地資源。

唯目前植物工廠於照明上花費、耗能不少,硬體上低成本、資源低耗能的技術尚未被克服,還是造成了許多消費者、環保人士的疑慮,甚至反對。

但在密閉種植空間中,所有的養液和水分都採循環利用,低生菌數的蔬果採收後也可直接食用、烹煮,卻又同時省去了灌溉與清洗用水。

最重要的是,植物工廠這些種種「自動控制」、「人工光源」的技術,正好都是台灣科技業最擅長的領域。聞名世界的「半導體王國」,不僅光電產業俱備技術,更有低廉的成本,近期急起直上的軟體技術,也成了台灣發展植物工廠的重要競爭力和利基之一。

將這些優勢成功整合之後,國內知名的植物工廠包括三愛、光茵、華映等都以整廠輸出為主要營利項目,目前也都成功跨到大陸市場。

例如三愛已於北京大興區建置約100坪的示範廠,預計於今年4月完工,並將進一步陸續於上海、武漢、廈門等地區新建植物工廠;光茵也於去年12月,成功將植物工廠整廠輸出至河北邯鄲。

台大生物機電工程學系系主任方煒指出,「光中國目前就有超過六千個農業科技園區,但中國目前有能力進行整廠系統整合的廠商屈指可數,這是台灣很大的利基。」

光茵生物科技執行長陳吉宗也強調,「植物工廠對台灣而言,也許是最不需要,卻又是最不可或缺的產業」,他表示,台灣糧食自給率只有約40%,市場相對小,但利用光電業、農業與ICT產業的優勢,台灣的植物工廠整廠輸出,便是缺糧地區的「寶」。


植物工廠可不分四季,供應各種市場所需的葉菜。(圖/光茵公司提供)


近年的研究顯示透過控制不同波長的光照,能調節植物生長高度與速度。(圖/華映公司提供)

高經濟價值、特殊藥用作物 

此外,植物工廠還能搭配建案、企業,將植物工廠的概念以小型套組落實於家庭與辦公室,除了定量生產健康、無毒的蔬菜以供食用外,還可增加室內的綠色植物,提高空氣品質。

加上台灣植物工廠廠商憑藉著台灣已經高度發展的農業技術,可依著不同地區的作物需求作出種植數據、養液等調整,種出各種反季節、突破地域性的蔬果,因此,各植物工廠也都往培育高效能、高經濟價值的藥用植物發展,並作為一大業務訴求,作為製藥、保健食品產業品質保證的原料來源。

植物工廠的出現,為電子、光電產業低迷、緊繃的氣氛帶來一絲清新氣息,同時也為眼前低產值的台灣農業攀向高附加價值,找出了一線生機。

2012年,台灣大學與工業研究院聯合成立的「台灣植物工廠產業發展協會」,目前正積極推動「農工一家」的植物工廠,希望帶動相關產業的發展,盼能搶先亞洲進而推進台灣於環保綠能領域的腳程。

從糧食危機到光電產業榮景衰退、LED燈成本降低、各類技術革新等發展條件,台灣的「植物工廠」在這天時、地利、人和的情況下,從實驗性質走上了產業化的道路,也成為國際農業備受矚目與觀察的創新產業之一。

「植物工廠」不僅改變了以往農民靠天吃飯的宿命,也是21世紀人口、資源、環境、糧食危機等綜合問題呼聲漸高的解答之一。但是否真能漸漸引領一股新農業浪潮?後續發展仍需要時間醞釀。


除了量產型的植物工廠,廠商也開發出家庭、辦公室的植栽應用產品。(圖/華映公司提供)


全球典範-塞恩特大地(Thanet Earth)植物工廠

隸屬於英國最大生鮮供應商費斯克集團(Fresca group)的塞恩特大地(Thanet Earth)是英國最大的高科技溫室,並被喻為全球運作最成功的植物工廠,其銷售對象以在地市場為主。

塞恩特大地整體設計頗具環保概念,不僅利用太陽能發電減少對外界電力的依賴,室內產生的二氧化碳經收集後,也可用於發電,除供應工廠用電外,還可將電力轉賣,賺取業外收入;另外,該公司也將栽種作物的營養液處理後循環利用,不僅徹底貫徹環保概念,也大幅降低了栽種成本。

佔地55公頃的塞恩特大地,主要種植生食沙拉類的蔬果,如:番茄、甜椒、小黃瓜及其他各式瓜類,完全採用水耕栽培,以鋼骨結構搭建7座廠房,外牆和屋頂都屬玻璃帷幕材質,以利日間攫取陽光,夜間的輔助照明則以大型氖燈為主,並以自動化的灑水、供液系統及環境監控系統確保作物生長環境,只有採收時,才需要人力協助,而廠內也設有軌道式的工作椅和升降梯,方便人員作業。

採收後的蔬果藉輸送帶,直接在植物工廠內通過自動化清洗、篩選和包裝,並以貨車保鮮專送,直抵生鮮超市或訂貨的餐廳、飯店;目前,塞恩特大地提供全英15%的蔬菜供應量;其於荷蘭的植物工廠也供應該地區約9成的小黃瓜、蕃茄、青椒等作物。


圖/翻攝自網路

全植物工廠產值面面觀

近年氣候變遷,農作物收穫量不穩定,加上人口暴增,帶來糧食危機的警訊,從全球各國投入發展植物工廠的趨勢已可察覺,並帶來龐大商機。

專業的LED全球產業資訊平臺與研究機構LEDinside則預測,2020年全球植物工廠育成的植物產值將高達約290億美金,屆時,植物用LED照明市場產值一年估計約29億美金。

2011年,台灣透過產業群聚力量成立「植物工廠產業發展協會」,根據工研院當時的預估,2012年全球植物工廠興建與維修市場產值將可達到美元720億美元。

而財團法人光電科技工業協進會(PIDA)也於2012年推估,2013年全球植物工廠市場產值約可達9億美元,甚至預測至2016年,全球植物工廠市場產值可成長至40億美元。

從數據上看來,台灣普遍對於植物工廠的發展十分看好,但實際上的產值是否能達到預估,或只是空歡喜一場,便只能由時間來證明了。


圖/光茵公司提供

>>本文刊登於《環球生技月刊》Vol. 9