¿Podrían las granjas hidropónicas alimentar razonablemente a 100 mil millones de personas?

Dada una fuente de poder, es posible.

Donde comenzará a tener problemas es con el calor generado. ¿Cuánta energía estás usando en el planeta? Una vez que se vuelva comparable a la luz del sol, estarás calentando el planeta en una cantidad significativa.

Por una fuente de energía me refiero a independiente de la luz solar normal. ¿Fusión generada localmente tal vez? De hecho, podría estar basado en el sol, con plataformas solares basadas en el espacio que emiten energía hacia abajo.

¿100 mil millones de personas? fácil _ Ni siquiera necesitaría usar la agricultura vertical (aunque hacerlo puede ser rentable en algún momento). La tierra ya tiene un superávit agrícola masivo (desperdiciamos ~40 por ciento de todo lo que cultivamos y la obesidad se ha vuelto endémica en gran parte del mundo rico). Siempre que hay hambruna, casi siempre tiene que ver con la guerra o con gobiernos opresores que impiden que los alimentos lleguen a las personas que los necesitan. Además, la mayor parte de la agricultura del mundo es terriblemente ineficiente. La producción agrícola de Estados Unidos por km2 es aproximadamente 7 veces mayor que la de África gracias a técnicas tecnológicamente más avanzadas. Finalmente, mucho de lo que comemos es terriblemente ineficiente (se necesitan 12 libras de granos para producir 1 libra de carne de res, y las frutas y verduras son nutritivas pero ocupan grandes áreas y carecen de calorías).

Dado que las vitaminas se pueden hacer sintéticamente, teóricamente, todo lo que necesita son calorías, así que tengamos 2 escenarios: un mundo de colmena distópico donde a todos se les dan 2000 calorías por día y sustitutos de vitaminas sintéticas apropiados, y un futuro más equilibrado donde la tierra se entrega a usos menos eficientes como la carne y las verduras. En aras de la simplicidad, supongo que esto es 5 veces menos eficiente en términos de espacio que la pasta de patata distópica. Si alguien más tiene una mejor idea de esta proporción, por favor comente.

1 kilómetro cuadrado de tierras de cultivo utilizando los métodos actuales puede producir suficientes calorías para alimentar a 2350 personas. ~ 11% de la superficie terrestre de la tierra se utiliza para cultivos (estoy ignorando pastos, etc.). Esto significa que hay 56 millones de kilómetros cuadrados de tierras de cultivo actualmente en cultivo. Si toda esta tierra se dedicara a las papas y utilizara métodos eficientes, podría alimentar a más de 100 mil millones (esto concuerda con mi proporción de dieta balanceada de 5: 1, ya que esa tierra ahora alimenta de manera ineficiente a 7 mil millones de personas con una dieta relativamente balanceada).

Si quieres una mejor alimentación, es hora de empezar a buscar otras soluciones, como tus torres. Además de la eficiencia del espacio, otro aspecto importante es que pueden controlar sus entornos para que sean mucho más eficientes que las granjas tradicionales. Se estima que combinando hidroponía y aeroponía podrías alimentar hasta 50.000 personas por kilómetro cuadrado. Como habrá 100 pisos, esto aumenta a 5.000.000 de personas por kilómetro cuadrado de torres de cultivo (sobre pasta de papa). Ya que estamos hablando de una dieta balanceada, digamos solo 1,000,000 de personas. A ese ritmo, se necesitarían 100 000 kilómetros cuadrados de torres agrícolas para alimentar a 100 000 millones de personas con dietas sanas y equilibradas. Esto parece mucho, pero es básicamente 1/4 de California (o 25 Tokios), y dado que estos están controlados ambientalmente, puedes construirlos en cualquier lugar. La ventaja de esto es que las antiguas tierras de cultivo pueden recuperarse como reservas naturales o convertirse en nuevas ciudades. Se necesitaría un esfuerzo logístico masivo para transportar estos alimentos a las ciudades, por lo que quizás estas granjas ocuparían manzanas de la ciudad para reducir el deterioro de los alimentos durante el transporte.

Finalmente, esto no tiene en cuenta las posibles ganancias de eficiencia que podrían lograrse mediante el uso de OGM y otros nuevos avances en los que ni siquiera hemos pensado. Si la historia es una guía, eso podría darnos una mejora de eficiencia aún más masiva (quizás 100 veces, quizás más). Si esto es en un futuro donde ese tipo de construcción en masa es posible, estas técnicas probablemente ya se hayan desarrollado, por lo que mis 100,000 km cuadrados de edificios podrían ser una gran sobreestimación de Mathusian (si no sabe quién es Malthus, ¡búsquelo! ).

Nota: vea aquí las fuentes: ¿A cuántas personas puede alimentar por kilómetro cuadrado de tierra de cultivo?

Cada torre de cultivo tendría que estar separada de las torres de estructura vecinas más cercanas para evitar que sus sombras reduzcan el área de la superficie orientada hacia el sol de cada una. Como resultado, no cada acre de tierra de cultivo actual podría convertirse en una torre. Por lo tanto, nunca alcanzaría 100 veces nuestra producción actual de cultivos.

Además, la logística de almacenar y transportar tanta comida consumiría cantidades masivas de espacio, energía y mano de obra (o fuerza robótica). Agregue a eso, el espacio adicional que se necesitará para albergar y entretener a otros 94 mil millones de humanos, los servicios de eliminación de desechos, etc.

Es mejor que simplifiques todo el proceso. Elimina por completo el cultivo de alimentos de la ecuación. En su lugar, aplique su energía ilimitada y su ciencia avanzada para descubrir cómo revitalizar y reconstituir los subproductos posdigestivos (heces) en alimentos comestibles, apetitosos y biológicamente sostenibles. Luego puedes deshacerte de todas las plantas y usar esas bonitas torres tuyas para almacenar más humanos.

Con una fuente de energía conveniente, como un reactor termonuclear, sí, viable, sin problemas.

No tiene que ser en costas, en ese caso, construimos tuberías de transferencia de petróleo de 1000 km de largo, el agua es aún más fácil.

También puede construir una especie de Acrópolis, que es un circuito más o menos cerrado con agua, por lo que es posible que no tenga necesidad de reponer demasiado el agua.

Con las fuentes renovables no todo va tan bien.

De esta u otra forma toda la energía proviene del Sol.

La fuente de energía más barata y renovable son las propias plantas. Todo lo que necesitas es una semilla de planta, y cuídala, y convertirá la energía en alimento. Después de darle un buen cuidado, y después de pasar un tiempo, puede comer el producto o alimentar al ganado.

El punto es que cualquier energía que extraigas de fuentes renovables tu intención es alimentar con esta energía a las plantas, y ellas son el cuello de botella.

Eficiencia fotosintética : la eficiencia es de aproximadamente 1-2%

Algún tipo de deliciosa pasta de nutrientes puede ayudar, alguna otra forma de generar alimentos puede mejorar en gran medida la eficiencia de la conversión de energía en alimentos.

Con las plantas se necesitan alrededor de 10kW 24/7/365 - para alimentar a un ser humano.

Mapas interesantes de irradiación solar aquí : varía de 2500 kWh/año/m ² para climas cálidos a 1500-700 kWh/año/m ² para climas templados y fríos.

En promedio, necesita algo entre 350 y 800 metros cuadrados para alimentar a un humano (un sistema un poco más sofisticado que el invernadero habitual, pero en teoría)

Para 100 mil millones de personas necesitamos alrededor del 14-31% de la superficie de nuestro Planeta.
Así que la respuesta es sí, no hay problema aquí.

Si pensamos, el océano es un invernadero tan sofisticado como el que mencioné antes, mantiene la temperatura en muchos lugares por encima del punto de congelación, almacena energía, etc.

Si quisiéramos mejorar aún más la situación, entonces el principal problema que hay que atacar es la eficiencia de las propias plantas.

La nueva forma de transformar el CO2 es más eficiente que lo que hacen las plantas

Al jugar con el proceso que usan las plantas para inhalar dióxido de carbono, un equipo de científicos alemanes acaba de descubrir una forma mucho más eficiente de deshacerse de él. ..... Las plantas, las algas y otros organismos convierten el CO2 en combustible. Erb y sus colegas rediseñaron este proceso, haciéndolo un 25 por ciento más eficiente energéticamente y potencialmente hasta dos o tres veces más rápido.

Basado en el artículo wiki de eficiencia fotosintética, tal vez otra mejora de 2-3 veces (convertir la luz no utilizada en una útil, acortar el período nocturno de respiración)

Contra los paneles solares, etc. como fuente principal de toda la energía que podamos necesitar (especialmente para la producción de alimentos), está el hecho: los animales, insectos, etc. no pueden ser parte del ecosistema de paneles solares y turbinas eólicas. Pero pueden y son parte del ecosistema de las plantas, por lo que si tenemos la intención de mantener la biosfera de la Tierra (y eso es muy importante, ya que es una historia viva, una base de datos viva de genes que podemos usar para nosotros en el futuro y que ayuda a comprender los procesos de evolución, etc.), entonces deberíamos tener soluciones que integren la biosfera terrestre.

100 mil millones de personas no es un problema si vamos al espacio, 100 mil millones y mucho más, y es una forma más fácil de resolver el problema. Mencione eso por si acaso si desea considerar esa forma de resolver el problema.

Como conclusión

Sí, es posible alimentar a 100 mil millones de personas en la Tierra, en cuanto a la energía no hay problemas, algunos desafíos tecnológicos pero no mayores problemas.

Y gracias a Bert Haddad por señalar los errores de cálculo.

Hay muchas ineficiencias en la producción y distribución de alimentos que se pueden eliminar y el exceso de alimentos se puede utilizar para mantener una población en crecimiento. Primero, los estudios han demostrado que en el mundo desarrollado alrededor del 50% de todos los alimentos terminan en la basura. En segundo lugar, en el mundo desarrollado, las personas tienden a comer muchas más calorías de las que realmente necesitan. En tercer lugar, la cría de ganado podría ser muy ineficiente. Si elimina la alimentación con maíz, puede usar el maíz (o cualquier cultivo que plante en su lugar) para alimentar a las personas. En cuarto lugar, puede exportar las técnicas agrícolas de alto rendimiento (uso de pesticidas y maquinaria, OGM, etc.) que se utilizan actualmente en el mundo desarrollado a países en desarrollo y del tercer mundo y obtener rendimientos mucho más altos por acre.

Probablemente podría duplicar la población mundial con solo esas mejoras en la eficiencia.

Agregue a esa abundante energía barata y no hay límites para lo que puede lograr. Puede construir plantas de desalinización y convertir el norte y el oeste de África en una tierra de pastos (o pantanos si desea plantar arroz), agregando así millones de acres de tierras de cultivo. Puedes recuperar la tierra del mar. Puede iluminar sus campos permitiendo así que los cultivos crezcan durante la noche.

Una vez que tienes energía (prácticamente) ilimitada, estás en el mundo de la posescasez.

El reactor de fusión no es estrictamente renovable

Eso es aproximadamente 14 veces la producción de alimentos de hoy.

Cuando se considera la cantidad de tierra agrícola hoy en día, hay MUCHOS edificios de 100 pisos. Si comienza como el edificio y camina hacia el interior, es muy probable que encuentre más de 1 piso de tierra agrícola. Necesitaría apilar la costa con múltiples edificios de 100 pisos.

Llevar tierra y agua a los desiertos probablemente sería más efectivo. Utilice los océanos para la vida vegetal (por ejemplo, algas marinas).

Como ya se mencionó, eso está produciendo mucho calor.

También tienes que lidiar con 14 veces los desechos humanos. ¿Se ocuparán de ello nuestras aguas subterráneas, ríos, lagos y océanos?

No factible. Calor y desechos humanos. No estoy seguro de poder construir suficientes edificios de 100 pisos.