Một trong những ngành công nghiệp lâu đời nhất phải chấp nhận sự chuyển đổi kỹ thuật số, được thúc đẩy bởi kết nối để vượt qua nhu cầu ngày càng tăng và một số lực lượng gây gián đoạn.
Ngành nông nghiệp đã có bước chuyển mình mạnh mẽ trong hơn 50 năm qua. Những tiến bộ trong máy móc đã mở rộng quy mô, tốc độ và năng suất của thiết bị nông nghiệp, dẫn đến việc canh tác nhiều đất hơn hiệu quả hơn. Giống, thủy lợi và phân bón cũng đã được cải thiện đáng kể, giúp nông dân tăng sản lượng. Bây giờ, nông nghiệp đang trong những ngày đầu của một cuộc cách mạng khác, mà trung tâm là dữ liệu dối trá và kết nối. Trí tuệ nhân tạo, phân tích, cảm biến được kết nối và các công nghệ mới nổi khác có thể tăng thêm năng suất, cải thiện hiệu quả của nước và các đầu vào khác, đồng thời xây dựng tính bền vững và khả năng phục hồi trong trồng trọt và chăn nuôi.
Tuy nhiên, nếu không có cơ sở hạ tầng kết nối vững chắc thì không điều gì có thể xảy ra. Theo nghiên cứu của chúng tôi, nếu kết nối được thực hiện thành công trong nông nghiệp, ngành này có thể thu về 500 tỷ USD giá trị bổ sung cho tổng sản phẩm quốc nội toàn cầu vào năm 2030. Con số này sẽ cải thiện từ 7 đến 9% so với tổng số dự kiến và sẽ giảm bớt phần lớn áp lực hiện nay đối với nông dân. Theo nghiên cứu của Trung tâm Kết nối Nâng cao McKinsey và Viện McKinsey Global (MGI), đây là một trong bảy lĩnh vực được thúc đẩy bởi kết nối tiên tiến, sẽ đóng góp từ 2 nghìn tỷ đến 3 nghìn tỷ USD giá trị bổ sung cho GDP toàn cầu. (xem thanh bên “Tương lai của kết nối”).
Nhu cầu về lương thực ngày càng tăng đồng thời phía cung phải đối mặt với những hạn chế về đất đai và đầu vào canh tác. Dân số thế giới đang trên đà đạt 9,7 tỷ người vào năm 2050,1 đòi hỏi mức tăng tương ứng 70% lượng calo có sẵn để tiêu thụ, ngay cả khi chi phí đầu vào cần thiết để tạo ra lượng calo đó đang tăng lên.2 Đến năm 2030, nguồn cung cấp nước sẽ giảm Việc thiếu 40% để đáp ứng nhu cầu nước toàn cầu, 3 và chi phí năng lượng, lao động và chất dinh dưỡng đang gia tăng đang gây áp lực lên biên lợi nhuận. Khoảng 1/4 diện tích đất canh tác bị suy thoái và cần được phục hồi đáng kể trước khi có thể duy trì cây trồng trên quy mô lớn trở lại.4 Và sau đó là các áp lực về môi trường ngày càng tăng, chẳng hạn như biến đổi khí hậu và tác động kinh tế của các hiện tượng thời tiết thảm khốc, và các áp lực xã hội, bao gồm thúc đẩy các thực hành nông trại bền vững và có đạo đức hơn, chẳng hạn như các tiêu chuẩn cao hơn về phúc lợi của trang trại-động vật và giảm sử dụng hóa chất và nước.
Để giải quyết những lực lượng sẵn sàng tiếp tục phát triển ngành công nghiệp, nông nghiệp phải chấp nhận chuyển đổi kỹ thuật số được kích hoạt bởi kết nối. Tuy nhiên, nông nghiệp vẫn ít được số hóa hơn so với nhiều ngành công nghiệp khác trên toàn cầu. Những tiến bộ trước đây chủ yếu là máy móc, dưới dạng máy móc mạnh mẽ và hiệu quả hơn, và di truyền, dưới dạng hạt giống và phân bón có năng suất cao hơn. Giờ đây, các công cụ kỹ thuật số tinh vi hơn nhiều là cần thiết để mang lại bước nhảy vọt về năng suất tiếp theo. Một số đã tồn tại để giúp nông dân sử dụng tài nguyên hiệu quả và bền vững hơn, trong khi những công cụ tiên tiến hơn đang được phát triển. Những công nghệ mới này có thể nâng cao khả năng ra quyết định, cho phép quản lý rủi ro và biến động tốt hơn để tối ưu hóa sản lượng và cải thiện tính kinh tế. Được triển khai trong chăn nuôi, chúng có thể nâng cao sức khỏe của vật nuôi, giải quyết những lo ngại ngày càng tăng về quyền lợi động vật.
Nhu cầu về lương thực ngày càng tăng đồng thời phía cung phải đối mặt với những hạn chế về đất đai và đầu vào canh tác.
Nhưng ngành công nghiệp này phải đối mặt với hai trở ngại đáng kể. Một số khu vực thiếu cơ sở hạ tầng kết nối cần thiết, khiến việc phát triển nó là điều tối quan trọng. Ở những vùng đã có cơ sở hạ tầng kết nối, các trang trại triển khai các công cụ kỹ thuật số rất chậm vì tác động của chúng chưa được chứng minh đầy đủ.
Cuộc khủng hoảng COVID-19 đã làm gia tăng thêm những thách thức khác mà nông nghiệp phải đối mặt trong 5 lĩnh vực: hiệu quả, khả năng phục hồi, số hóa, nhanh nhẹn và bền vững. Sản lượng tiêu thụ thấp hơn đã gây áp lực lên tỷ suất lợi nhuận, làm trầm trọng thêm nhu cầu kiềm chế chi phí của người nông dân. Các chuỗi cung ứng toàn cầu không có lưới đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc có nhiều nhà cung cấp địa phương hơn, điều này có thể tăng khả năng phục hồi của các trang trại nhỏ hơn. Trong đại dịch toàn cầu này, việc phụ thuộc nhiều vào lao động chân tay đã ảnh hưởng nhiều hơn đến các trang trại có lực lượng lao động phải đối mặt với hạn chế về khả năng di chuyển. Ngoài ra, những lợi ích môi trường đáng kể từ việc giảm đi du lịch và tiêu dùng trong thời kỳ khủng hoảng có thể thúc đẩy mong muốn tìm nguồn cung ứng địa phương, bền vững hơn, đòi hỏi các nhà sản xuất phải điều chỉnh các hoạt động lâu đời. Nói tóm lại, cuộc khủng hoảng đã nhấn mạnh sự cần thiết của việc số hóa và tự động hóa rộng rãi hơn, trong khi nhu cầu và các kênh bán hàng thay đổi đột ngột đã nhấn mạnh giá trị của việc thích ứng nhanh.
Kết nối hiện tại trong nông nghiệp
Trong những năm gần đây, nhiều nông dân đã bắt đầu tham khảo dữ liệu về các biến số thiết yếu như đất, cây trồng, vật nuôi và thời tiết. Tuy nhiên, rất ít nếu có ai có quyền truy cập vào các công cụ kỹ thuật số tiên tiến có thể giúp biến những dữ liệu này thành những thông tin chi tiết có giá trị, có thể hành động được. Ở các vùng kém phát triển, hầu hết mọi công việc nông trại đều là thủ công, ít hoặc không có kết nối hoặc thiết bị tiên tiến.
Ngay cả ở Hoa Kỳ, quốc gia tiên phong về kết nối, chỉ khoảng 1/4 số trang trại hiện đang sử dụng bất kỳ thiết bị hoặc thiết bị được kết nối nào để truy cập dữ liệu và công nghệ đó không chính xác là hiện đại, chạy trên 2G hoặc 3G. các mạng viễn thông có kế hoạch tháo dỡ hoặc trên các mạng IoT băng tần rất thấp, phức tạp và tốn kém để thiết lập. Trong cả hai trường hợp, các mạng đó chỉ có thể hỗ trợ một số thiết bị hạn chế và thiếu hiệu suất để truyền dữ liệu theo thời gian thực, điều cần thiết để mở khóa giá trị của các trường hợp sử dụng phức tạp và nâng cao hơn.
Tuy nhiên, các công nghệ IoT hiện tại chạy trên mạng di động 3G và 4G trong nhiều trường hợp đủ để cho phép các trường hợp sử dụng đơn giản hơn, chẳng hạn như giám sát nâng cao cây trồng và vật nuôi. Tuy nhiên, trước đây, chi phí phần cứng cao, do đó, trường hợp kinh doanh để triển khai IoT trong nông nghiệp đã không còn phù hợp. Ngày nay, chi phí thiết bị và phần cứng đang giảm nhanh chóng và một số nhà cung cấp hiện cung cấp các giải pháp với mức giá mà chúng tôi tin rằng sẽ mang lại lợi nhuận trong năm đầu tư đầu tiên.
Tuy nhiên, những công cụ đơn giản hơn này vẫn chưa đủ để mở ra tất cả giá trị tiềm năng mà kết nối mang lại cho nông nghiệp. Để đạt được điều đó, ngành công nghiệp phải sử dụng đầy đủ các ứng dụng và phân tích kỹ thuật số, đòi hỏi độ trễ thấp, băng thông cao, khả năng phục hồi cao và hỗ trợ mật độ thiết bị được cung cấp bởi các công nghệ kết nối tiên tiến và hiện đại như vệ tinh LPWAN, 5G và LEO. (Triển lãm 1).
Do đó, thách thức mà ngành đang phải đối mặt là gấp đôi: cơ sở hạ tầng phải được phát triển để cho phép sử dụng kết nối trong nông nghiệp và khi kết nối đã tồn tại, các trường hợp kinh doanh mạnh mẽ phải được thực hiện để các giải pháp được áp dụng. Tin tốt là phạm vi kết nối đang tăng lên ở hầu hết mọi nơi. Đến năm 2030, chúng tôi kỳ vọng cơ sở hạ tầng kết nối tiên tiến thuộc một số loại sẽ bao phủ khoảng 80% khu vực nông thôn trên thế giới; ngoại lệ đáng chú ý là Châu Phi, nơi chỉ một phần tư diện tích của nó sẽ được bao phủ. Do đó, chìa khóa là phát triển các công cụ kỹ thuật số nhiều hơn và hiệu quả hơn cho ngành công nghiệp và thúc đẩy việc áp dụng chúng một cách rộng rãi.
Khi kết nối ngày càng được coi trọng, những công cụ này sẽ tạo ra những khả năng mới trong nông nghiệp:
Internet vạn vật rộng lớn. Mạng công suất thấp và các cảm biến rẻ hơn sẽ tạo tiền đề cho IoT mở rộng quy mô, cho phép các trường hợp sử dụng như tưới tiêu chính xác cho cây trồng trên đồng ruộng, giám sát các đàn gia súc lớn và theo dõi việc sử dụng và hiệu suất của các tòa nhà từ xa và đội tàu lớn máy móc.
Các dịch vụ quan trọng. Độ trễ Ultralow và độ ổn định được cải thiện của kết nối sẽ thúc đẩy sự tự tin để chạy các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy và khả năng phản hồi tuyệt đối, chẳng hạn như vận hành máy móc tự động và máy bay không người lái.
Phạm vi phủ sóng gần toàn cầu. Nếu các vệ tinh LEO đạt được tiềm năng của chúng, chúng sẽ cho phép ngay cả những vùng nông thôn hẻo lánh nhất trên thế giới sử dụng số hóa rộng rãi, điều này sẽ nâng cao năng suất canh tác toàn cầu.
Khả năng tạo ra giá trị của khả năng kết nối
Vào cuối thập kỷ này, kết nối tăng cường trong nông nghiệp có thể thêm hơn 500 tỷ đô la vào tổng sản phẩm quốc nội toàn cầu, cải thiện năng suất quan trọng từ 7 đến 9 phần trăm cho ngành công nghiệp.5 Tuy nhiên, phần lớn giá trị đó sẽ đòi hỏi đầu tư vào kết nối. ngày nay phần lớn vắng bóng nông nghiệp. Các ngành công nghiệp khác đã sử dụng các công nghệ như LPWAN, điện toán đám mây và các cảm biến rẻ hơn, tốt hơn yêu cầu phần cứng tối thiểu, điều này có thể làm giảm đáng kể mức đầu tư cần thiết. Chúng tôi đã phân tích năm trường hợp sử dụng — giám sát cây trồng, giám sát vật nuôi, quản lý tòa nhà và thiết bị, canh tác bằng máy bay không người lái và máy nông nghiệp tự động — trong đó kết nối nâng cao đã được sử dụng trong giai đoạn đầu và có nhiều khả năng mang lại năng suất cao hơn, chi phí thấp hơn , và khả năng phục hồi và tính bền vững cao hơn mà ngành công nghiệp này cần để phát triển mạnh trong thế kỷ 21 (Hình 2).
Điều quan trọng cần lưu ý là các trường hợp sử dụng không áp dụng như nhau giữa các vùng. Ví dụ, ở Bắc Mỹ, nơi năng suất đã được tối ưu hóa khá tốt, các giải pháp giám sát không có tiềm năng tạo ra giá trị tương tự như ở châu Á hoặc châu Phi, nơi có nhiều cơ hội hơn để cải thiện năng suất. Máy bay không người lái và máy móc tự hành sẽ mang lại nhiều tác động hơn cho các thị trường tiên tiến, vì công nghệ có thể sẽ sẵn có hơn ở đó (Hình 3).
Giá trị tiềm năng ban đầu sẽ tích lũy cho các trang trại lớn có nhiều sức mạnh đầu tư hơn và khuyến khích số hóa tốt hơn. Khả năng kết nối hứa hẹn việc khảo sát các vùng lớn dễ dàng hơn và chi phí cố định của việc phát triển các giải pháp IoT dễ dàng được bù đắp hơn trong các cơ sở sản xuất lớn so với các trang trại gia đình nhỏ. Các loại cây trồng như ngũ cốc, ngũ cốc, trái cây và rau sẽ tạo ra hầu hết giá trị mà chúng tôi đã xác định, vì những lý do tương tự. Khả năng kết nối cho phép nhiều trường hợp sử dụng hơn trong các lĩnh vực này so với thịt và sữa, vì quy mô trang trại trung bình lớn, khả năng hợp nhất người chơi tương đối cao hơn và khả năng ứng dụng tốt hơn của các công nghệ được kết nối, vì mạng IoT đặc biệt thích nghi với việc giám sát tĩnh của nhiều biến. Cũng rất thú vị khi lưu ý rằng châu Á sẽ thu về khoảng 60% tổng giá trị đơn giản vì nó tạo ra khối lượng cây trồng lớn nhất (xem thanh bên “Giới thiệu về nghiên cứu trường hợp sử dụng”).
Trường hợp sử dụng 1: Giám sát cây trồng
Khả năng kết nối cung cấp nhiều cách khác nhau để cải thiện việc quan sát và chăm sóc cây trồng. Tích hợp dữ liệu thời tiết, tưới tiêu, dinh dưỡng và các hệ thống khác có thể cải thiện việc sử dụng tài nguyên và tăng năng suất bằng cách xác định và dự đoán chính xác hơn sự thiếu hụt. Ví dụ, các cảm biến được triển khai để theo dõi điều kiện đất có thể giao tiếp qua LPWAN, chỉ đạo các vòi phun nước điều chỉnh lượng nước và chất dinh dưỡng. Các cảm biến cũng có thể cung cấp hình ảnh từ các góc xa của cánh đồng để hỗ trợ nông dân đưa ra các quyết định kịp thời và sáng suốt hơn cũng như nhận được cảnh báo sớm về các vấn đề như dịch bệnh hoặc sâu bệnh.
Giám sát thông minh cũng có thể giúp nông dân tối ưu hóa cửa sổ thu hoạch. Theo dõi các đặc tính chất lượng của cây trồng - chẳng hạn như hàm lượng đường và màu sắc của quả - có thể giúp nông dân tối đa hóa doanh thu từ cây trồng của họ.
Hầu hết các mạng IoT ngày nay không thể hỗ trợ truyền hình ảnh giữa các thiết bị, chưa nói đến phân tích hình ảnh tự động, cũng như không thể hỗ trợ mật độ và số lượng thiết bị đủ cao để theo dõi các trường rộng lớn một cách chính xác. Internet of Things băng thông hẹp (NB-IoT) và 5G hứa hẹn sẽ giải quyết các vấn đề về băng thông và mật độ kết nối. Việc sử dụng các kết nối ngày càng trơn tru hơn giữa đất, thiết bị nông nghiệp và người quản lý trang trại có thể mang lại giá trị từ 130 tỷ đến 175 tỷ USD vào năm 2030.
Trường hợp sử dụng 2: Giám sát vật nuôi