Đến năm 2050, sẽ có gần 80% dân số toàn cầu sống ở các trung tâm thành thị. Theo một đánh giá thận trọng nhất về xu hướng nhân khẩu học hiện nay, dân số sẽ tăng thêm ba tỉ người vào năm 2050. Để có thể gieo trồng đủ lượng lương thực cho số người này áp dụng các phương pháp canh tác nông nghiệp truyền thống như hiện tại, ước tính cần có thêm 109 héc ta đất (bằng khoảng 20% diện tích Brazil).
Trên khắp thế giới ngày nay, có hơn 80% diện tích đất đang được sử dụng để canh tác. Trước đó, khoảng 15% số đất này đã bị bỏ hoang do quản lý kém hiệu quả. Vậy chúng ta có thể làm gì để đảm bảo đáp ứng đủ nguồn lương thực cho dân số thế giới?
Trang trại trong nhà không còn là một khái niệm xa lạ kể từ khi cà chua và các nông sản khác được trồng trong nhà kính đã có lúc trở nên thịnh hành. Điều mới mẻ ở đây là nhu cầu cấp thiết cần phổ biến công nghệ này để phục vụ cho thêm ba tỉ người nữa. Nhiều người tin rằng cần có một phương pháp hoàn toàn mới, khai thác các công nghệ hàng đầu đối với các trang trại trong nhà. Một trong các kế hoạch này là “Trang trại chiều dọc”. Khái niệm này chỉ việc gieo trồng lương thực trong điều kiện môi trường được kiểm soát ngay trong các tòa nhà cao tầng. Tọa lạc tại trung tâm đô thị, các tòa nhà này sẽ giúp giảm đáng kể lượng phương tiện cần dùng để chuyên chở lương thực đến nơi người tiêu dùng. Các trang trại chiều dọc này phải ít tốn kém nhưng có hiệu quả trong xây dựng và an toàn trong thực hiện. Các nhà đề xuất tuyên bố nếu được thực hiện thành công, trang trại chiều dọc hứa hẹn sẽ giúp hồi phục đời sống đô thị, tạo ra các sản phẩm mang tính bền vững về mặt an toàn và đa dạng thực phẩm (nhờ các nông sản quanh năm), và sau cùng là phục hồi hệ sinh thái đã bị phá hủy bởi canh tác truyền thống.
Nhân loại đã phải mất đến 10,000 năm để học cách trồng trọt mà ngày nay chúng ta đang tận dụng. Khi đó, ta cũng đang bóc lột phần lớn số đất đai ta đang canh tác, biến các vùng sinh thái tự nhiên, tươi tốt thành những sa mạc bán khô hạn. Trong cùng khoảng thời gian ấy, chúng ta đã tiến hoá thành loài sống ở đô thị, nơi hiện thời có 60% dân số đang sống trong những tòa nhà cao tầng ở các thành phố. Đồng nghĩa với việc phần đông con người phải tìm nơi trú ẩn khỏi môi trường tự nhiên còn các cây lương thực thì được trồng dưới môi trường khắc nghiệt bên ngoài, và chúng ta chẳng làm được gì ngoài hy vọng có được một năm thời tiết thuận hòa. Tuy nhiên, hơn bao giờ hết do khí hậu thay đổi thất thường, nên điều đó chẳng thể xảy ra. Những trận lụt lớn, hạn hán kéo dài, mưa bão và gió mùa khắc nghiệt cứ luân phiên diễn ra, làm phá hủy hàng tấn mùa màng quý giá.
Những người ủng hộ trang trại chiều dọc khẳng định vô số lợi ích tiềm tàng của hệ thống này. Ví dụ như mùa màng sẽ được sản xuất quanh năm do chúng được trồng trong các điều kiện sinh trưởng thuận lợi, được kiểm soát nhân tạo. Sẽ không có những vụ mùa thất bát liên quan đến thời tiết như hạn hán, lũ lụt hay côn trùng. Những thực phẩm này có thể sẽ được trồng trọt theo phương pháp hữu cơ, loại trừ sử dụng các loại thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu hay phân bón. Hệ thống này sẽ giảm thiểu tối đa tình trạng các bệnh lây lan trên diện tích rộng thường thấy trong nông nghiệp. Tuy hệ thống này sẽ tiêu tốn năng lượng nhưng cũng sẽ hoàn trả năng lượng qua việc sản xuất khí mê tan từ việc ủ phân những phần không ăn được của thực vật. Hệ thống cũng làm giảm đáng kể việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch, nhờ việc cắt giảm nhu cầu sử dụng các loại máy kéo, máy cày và các phương tiện vận chuyển.
Thế nhưng một hạn chế chính của trang trại theo chiều dọc là cây trồng sẽ cần ánh sáng nhân tạo. Nếu không có ánh sáng nhân tạo, những cây trồng gần cửa sổ nhất sẽ được hứng nhiều ánh nắng hơn và sẽ phát triển nhanh hơn, làm giảm đi hiệu quả của hệ thống. Ngay cả những ngôi nhà kính một tầng có lợi thế về ánh sáng tự nhiên trên mái nhà cũng vẫn cần có ánh sáng nhân tạo.
Một ngôi nhà kính cao tầng không có ánh sáng tự nhiên bên trên do đó sẽ còn cần nhiều ánh sáng nhân tạo hơn nữa. Việc tạo ra đủ ánh sáng có thể rất đắt đỏ, trừ khi có sẵn các nguồn năng lượng tái tạo, ít tốn chi phí, tuy nhiên điều này có vẻ chỉ là một khát vọng trong trương lai xa thay vì có tính khả thi trong tương lai gần.
Một biến thể của trang trại thẳng đứng đã được phát minh ra là việc trồng cây thành cụm trong thùng được đặt trên những băng chuyền. Việc di chuyển những thùng cây này giúp câu hứng đủ ánh nắng. Hệ thống này đang trong quá trình vận hành và hoạt động trơn tru trong nhà kính một tầng nơi có ánh sáng chiếu ở phía trên: tuy khó xác định nhưng có thể hệ thống này được tạo ra nhằm hoạt động bất kể có ánh sáng tự nhiên hay không.
Trang trại thẳng đứng là một nỗ lực nhằm giải quyết những khó khăn rõ ràng mà chúng ta đang đối mặt trong việc sản xuất đủ lượng thực phẩm cho một nền đang phát triển. Tuy nhiên, hiện nay, cần phải thực hiện nhiều biện pháp để giảm thiểu những tác động bất lợi lên môi trường, đặc biệt là trong việc sử dụng năng lượng. Có thể các nguồn thực phẩm trong tương lai của chúng ta sẽ được trồng trong các tòa nhà cao tầng, nhưng nhiều chuyên gia hiện nay cho rằng còn lâu chúng ta mới có thể chỉ đơn giản là tận dụng khoảng không sẵn có trên tầng thượng những tòa nhà thành thị để trồng trọt.