受控环境农业 （ CEA ）

受控环境农业 机遇与挑战 2023年6月 管理摘要 受控环境农业（CEA）能否为解决可持续粮食生产做出重大贡献？ CEA有潜力使粮食供应本地化并确保不断增长的人口的粮食安全，但是与户外农业实现成本均等将是扩大规模的关键。 全球农业正面临着无数的挑战。技术将是解决这些不断增长的压力和解锁可持续农业实践以养活不断增长的人口的关键。本文侧重于一项具体的技术创新，即新的替代农业系统或受控环境农业(CEA)。 CEA空间主要有两个主要的种植系统，即温室和垂直农场。虽然温室已经存在了几十年，但自2000年代初以来，出现了更多的高科技温室和垂直农场 。终端消费者、零售商和价值链动态正在推动高科技控制食品生产的采用。然而，高生产成本，新生技术和产品品种的限制阻碍了当今CEA的可扩展性。最终，要扩大CEA的规模，必须与户外种植的产品实现成本平价。 尽管经济学具有挑战性，但投资者的热情仍然很强。迄今为止，CEA在北美、欧洲和英国的总投资已达到70亿美元，其中65%投资于垂直农场。虽然投资主要由金融投资者主导，但零售商、传统种植者和食品服务提供商也对投资产生了兴趣。随着人口的增长和资源的有限，采用CEA似乎不可避免地要确保粮食安全。然而，该行业的短期到中期发展将需要根据当前具有挑战性的商业条件（如高通货膨胀率，高能源成本，不断提高的利率），这已经使许多CEA资产陷入困境。 全球农业面临着无数的挑战-新的农业系统等技术将成为解锁可持续农业实践的核心 今天的农业产业正面临着众多的挑战，例如世界人口不断增长 ，农场劳动力短缺，农民和农场工人人口老龄化，法规日益 严格，消费者偏好变化以及气候变化。这给全球农业产业带来了压力，并改变了整体市场动态。 技术是解决关键挑战的关键实现 者 数字化和大数据 对全气球候温变化室气体的贡献 ~30% 基因工程 替代耕作系统（CEA ） 本白皮书的重点 增加调节工（资例通如货，膨胀加班、热断） ~+50% 机械与自动化 资料来源：粮农组织、联合国、美国农业部、伊利诺伊大学、西部种植者、罗兰贝格 再生农民 和其他行业一样，技术是一个关键的推动者以应对这些紧迫的农 业挑战。此外，它还使食品价值链能够应对新的市场动态，例如 可追溯性，可持续性和更高的质量要求。 虽然多种技术进步同时发挥作用，本白皮书将专注于替代农业系统，通常称为受控环境农业（CEA）. 农业生态系统的主要挑战与动态 不断增长的人口到2050年约100亿 缺乏可用劳动力 移民限制 食品要求 到2050年~+60% 大流行 老龄化农民 ~Ø60年 受控环境农业（CEA）领域主要有两个主要的种植系统，即温室和垂直农场 温室垂直农场 传统温室 •半永久性至永久性结构-阴影，聚碳酸酯或玻璃 •依赖自然阳光 描述•水培或基于土壤的生长系统 高科技温室启动 •永久系统-主要是玻璃 •对人造光的严重依赖 •水培，气培，水培和土壤为基础的生长系统 垂直农场启动 •模块化结构，如运输集装箱或具有多个增长水平的永久结构 •完全依赖人造光 •水培，气培和水培，很少以土壤为基础 典型作物 •主要是西红柿，黄瓜和辣椒 •浆果正在增加 •主要是绿叶蔬菜和草药的变体 •主要是绿叶蔬菜和草药的变体 典型 施工成本 •每英亩0.5-100万美元 •通常，每英亩超过100万美元1)示例：AppHarvest每英亩 130万美元，BrightFarms每英亩300万美元 •通常，每英亩超过1600万美元1)示例：80英亩农场每英亩1600万美元到Aerofarms每英亩5000万美元 主要优势 •建立和成熟的生长方法 •最低成本结构 •生产的作物种类繁多 •熟悉行业 •接近全年生产 •比垂直农场更好的单位经济 •全年生产，不分季节 •在土地需求量最低的情况下，每表面积的产量最高 KEYDISADVANTAGES •基于气候的季节性生产 •最大的土地需求 •比垂直农场更大的土地需求 •作物目录有限 •电力和资本支出需求导致的最高成本结构 •作物目录有限 1）反映建筑足迹而不是耕种足迹的英亩（后者更高） 来源：罗兰贝格 CEASTART-UPS 来 虽然难以克服的挑战使CEA市场的可扩展性不确定，但整个价值链中的各种市场驱动因素正在推动其增长 到目前为止，总体CEA市场仍然很小作为一个例子，在美国 新兴的工业和技术 加强供应安全 未经验证的商业模式 客户偏爱健康和本地 产生 来自传统玩家的竞争 可预测的生长条件 源：罗兰贝格 产品品种限制 减少对体力劳动的依赖 ，市场估计占总新鲜农产品市场的不到2%。大多数现有的CEA 市场是由已经存在几十年的传统温室供应的。作为例子，大约 40%的美国番茄市场是由温室供应的。 展望未来,CEA的吸收预计会增加受以下几个因素的驱动：消费者偏爱更新鲜，更可持续和本地采购的产品；缺乏劳动力供应；以及减少 食物浪费和提高供应安全性的愿望。这种潜力导致了过去几年前所未有的投资水平。 挑战 DRIVERS 尽管投资者热情和强劲的市场趋势，CEA初创企业在扩大规模方面仍然面临困难。要克服的关键挑战将是与户外种植农产品实现盈利和成本平价的途径。 CEA可以实现更高的年产量和大量减少的用水量，但是规模的关键挑战将是与户外种植的农产品实现成本平价 To将CEA与户外种植的农产品进行比较选择关键绩效指标，结合种植结构、作物类型和成熟度 选择了生长结构。 因此，考虑了以下作物和生长结构： •垂直农场的绿叶蔬菜：垂直农场初创企业种植的最广泛采用的作物 •高科技温室中的辣椒：今天已经在传统温室中种植，预计将 是生长最快的作物，将在高科技温室中采用 •垂直农场的草莓：最受欢迎的作物将被带到CEA格式下，垂直农业最有可能的格式 虽然所有生长结构都大大减少了用水量并增加了产量，高科技温室似乎更接近成本平价与露天种植者(与垂直农场相比)，这可能会在不久的将来给他们带来竞争优势。 CEA与2022年户外产品关键性能指标的比较 总到岸成本 3x [USD/lb] 绿叶蔬菜 （垂直农场） 1.5x3x ：（高科技温室） 草莓 （垂直农场） 年产量 35x [磅/英亩] 用水 -90% [加仑/磅] 电力使用 [千瓦时/磅] 75X 30X 120X 10x7x -85% -50% 详细的农场特征和假设包括在2022年特种作物自动化报告中，这是西部种植者/罗兰贝格联合报告 资料来源：2021年全球CEA人口普查报告，农业讲座，西方种植者，罗兰贝格 尽管具有挑战性的经济，但CEA市场的活动很多，这导致了过去十年中许多新的高科技参与者的出现。 全球CEA主要球员的创始日期概述地理焦点:美国,加拿大,欧盟,英国. Houweling的 西红柿红太阳农场 NatureSweet 传统温室 玩家 农 B Mucci 农场 温室 日落 乡村农场 自然新鲜农场 哥谭绿党 铁牛小叶农场 AppHarvest 小叶农场纯绿色农场 1950197019902000200420072009201120132014201520162017201820192021 大量的琼斯食品公司 垂直农场 Aerofarms 货运农场 Infarm Kalera向上农场 智能增长解决方案 好叶农场 80英亩农场 Bowery 大井农场 巴比伦微型农场 来源：Crunchbase，罗兰贝格 投资者的热情得到了证实-迄今为止，CEA在北美，欧洲和英国的总投资已达到70亿美元，其中65％在垂直农场 CEA启动概述，总资金为10+M美元，截至2022年第四季度[M美元] 垂直农场启动 Kalera1) 375 IPO后 大量的 238 Aerofarms InfarmSoliOrganics2) 80英亩农场 250 BowerySquareRoote城市种植者 GoodLeaf农场向上农场3) 智能增长解决方案 货运农场作物一 190 142 71 56 51 488 605 91 647 哥谭绿色明亮农场 435 铁牛 213 E系列C 941 AppHarvest LocalBounti 348 686 IPO后 E系列 D系列 C系列 ∑ USD 4.5bn 温室启动 RevolGreens68 毛伊岛Greens57 纯绿色农场20 小叶 103 系列B系 435 列 系列A 种子 ∑ USD 2.3亿 系列B Smallhold54 Oishii农场丛林50 法国44 Agricool40 第五季35 垂直未来32 巴比伦微型农场14 琼斯食品公司11 系列A 种子 虽然温室有良好的记录，并有 展示了实现盈利的能力，资金更集中在垂直农业初创企业 1)IPO时的估值用作总资金的代理；2）雪兰多亚种植者；3）Edenworks 来源：Crunchbase，罗兰贝格 CEA初创企业正在从各种投资者那里获得资金，这些投资者也在寻求利用战略合作伙伴关系 投资者买入CEA空间的说明 传统的开放领域种植者 泰勒农场投资纯绿色农场 对纯绿色农场（GH）的投资，以补充现有的122,200英亩作物田间种植计划 E温S室TA种B植L者ISHED日落 内部开发发展自己的草莓 温室草莓品牌为WOW浆果 AppHarvest 营销合作伙伴关系和向AppHarvest（GH）提供的3000万美元贷款，支持其“高科技室内沙拉蔬菜农场” 投资 金融投资者 （例如，VC，PE， CDPQInfra SoliOrganics通过CDPQs的气候创新基金，在SoliOrganic（VF）的1.25亿美元系 列D轮投资 投资 9000万美元系列A轮LittleLeaf的主要投资者 基础设施基金)均衡投资小叶农场（GH）。还持有AppHarvest（GH）和RevolGreens（GH）的投 资 零售商 投资充足 股权投资和长期战略合作伙伴关系，为沃尔玛所有加州零售店带来全年新鲜农产品 和食物浪费 克罗格零售店合作伙伴关系80英亩农场Kroger将通过这一合作伙伴关系提供316个网点和更低的农场到餐桌的足迹 食品服务供应商 投资好叶农场 参与了1.1亿美元的融资，以支持卡尔加里和蒙特利尔新的垂直农场的发展 来源：罗兰贝格 虽然CEA具有明显的潜力来本地化粮食供应并确保不断增长的人口的粮食安全，但动荡的市场条件使前景不确定 CEA市场展望的主要结论和观察 CEA使本地化生产和全年供应安全 随着室外增长，达到成本平价将是扩大规模的关键 艰难的市场条件表现出CEA不确定性的可扩展性和前景 •随着人口的增长和资源的有限，CEA的摄取似乎是不可避免的因为它解决了不断增长的关键挑战，应对气候变化 ，并满足了最终客户的需求，如可持续性、可追溯性和更高的质量要求 •然而，CEA不会取代传统的种植方法-它有可能 在各种生长系统之间共存使食品价值链更具弹性和更本地化 •此外，它可以定制具体用例，例如： -生长条件恶劣，人口密度高的地区-例如中东，新 加坡和日本 -CEA作为传统种植者的免费解决方案-示例包括通过将CEA集中在苗圃作物上作为户外种植的投入来进行成本优化 •要达到相当大的市场份额，CEA产品将需要达到成本平价实地种植的有机农产品-特别是考虑到当前市场的高通胀，消费者更注重成本 •Enablers增加生存能力包括 -智能能源设置（例如，内部发电，非高峰消耗，能源存储） -提高自动化水平 -使用大数据分析的精准农业 •迄今为止,温室更接近成本平价比垂直农场更有熟悉的优势 •此外，更昂贵的CEA产品可以定制利基、优质细分市场在愿意支付溢价的市场(例如，餐饮服务， 当地餐馆) •能源危机、高通胀和利率上升利率压力CEA的业务和运营模式 •各种CEA玩家已经陷入困境，例如： —Infarm（DE）于2022年11月宣布裁员50％ ，并重新调整其增长战略，原因是能源价格上涨和金融市场艰难 —AppHa