Centro Studi l'Uomo e l'Ambiente

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Sistemi serra con atmosfera controllata utili per la coltivazione in edifici e aree industriali abbandonate

30 Gennaio, 2020

La forte riduzione dei costi per le tecnologie di climatizzazione ha aperto le porte allo sviluppo commerciale di sistemi serra con atmosfera controllata. Si tratta di una soluzione adatta alla coltivazione di piante in “ambienti protetti”, ottimizzati con sistemi luminosi di tipo LED e alla coltivazione idroponica “senza suolo” a ciclo chiuso.  


I sistemi serra con atmosfera controllata rappresentano una delle più importanti innovazioni nel settore delle coltivazioni vegetali in ambiente protetto. Si tratta di una tecnologia in grado di creare artificialmente un microclima adatto alle diverse fasi di crescita e sviluppo delle piante alimentari. Inoltre, essa consente la massimizzazione della produttività, della qualità e della sicurezza alimentare dei prodotti vegetali. Questi particolari sistemi di produzione vegetale trovano la loro origine nell’industria delle “camere di crescita” della General Mills, Inc. of Minneapolis (Minnesota-USA, 1974) che nel 1978 realizzò un prototipo pre-commerciale dotato di sistemi automatizzati per l’operatività e la coltivazione di piante con tecnologie colturali fuori suolo (Soil-less cultivation) denominate Hydroponics-CEA (Closed environment-agriculture). In seguito, simili esperienze sono state sviluppate dalla Kyushu Electric Power CO. Inc. in Giappone con la realizzazione, nel 1994, di un prototipo completamente controllato e automatizzato per colture alimentari da foglia (Figura 1).

 

Fig. 1. Closed environment-agriculture (CEA), Kyushu Electric Power CO. Inc.

 

Nell’ultimo decennio è cresciuta da parte di Agenzie governative e Istituti di ricerca l’attenzione allo sviluppo di sistemi vegetali alimentari chiusi e controllati per le basi scientifiche localizzate in ambienti caratterizzati da condizioni climatiche estreme (regioni polari, aree desertiche, tropici o con elevata altitudine) e, più di recente, per la ricerca finalizzata allo studio dello spazio e dei pianeti (Figure 2 e 3).

 

Fig. 2 e 3. Prototipi di sistemi serra in atmosfera controllata (Arizona University).

 

Per quanto riguarda gli ambienti estremi come l’Antartide, l’Artico e i deserti, i sistemi serra con atmosfera controllata consentono la produzione di cibo vegetale e lo svolgimento di attività di aggregazione e relax per il personale che trascorre lunghi periodi in ambienti caratterizzati da condizioni geo-climatiche particolarmente estreme (Figure 4 e 5).

 

Fig. 4 e 5. Sistema serra chiuso e controllato per l’Antartide (Progetto ENEA).

 

Recentemente, la forte riduzione dei costi per le tecnologie di climatizzazione richiesti dai sistemi serra con atmosfera controllata, i.e.: energia rinnovabile, sistemi luminosi di tipo LED (Light Emitting Diodes), coltivazione idroponica “senza suolo” a ciclo chiuso, impianti di raffrescamento, riscaldamento e riciclo di acqua e soluzioni nutritive, controllo di patogeni e sostanze contaminanti, ha aperto le porte alla possibilità di utilizzare edifici abbandonati appartenenti ad aree industriali dismesse e/o civili per attività economiche. In generale, la coltivazione di piante in “ambienti chiusi” richiede l’impiego di piante con caratteristiche funzionali per ottenere un’elevata produttività per unità di volume e per unità di tempo e un basso consumo di energia (Tabella 1).

 

Alta produttività (per unità di spazio e di tempo (gm-3 day-1).

Fenotipo compatto e determinato (short or compact growth) per favorire l’automazione delle fasi di crescita, sviluppo e raccolta.

Periodo di maturazione breve e contemporaneo.

Fenotipo e ciclo colturale adatto per essere automatizzato.

Traspirazione elevata per consentire la raccolta e il riciclo di acqua.

Tab.1. Caratteristiche bio-agronomiche per le coltivazioni vegetali realizzate con sistemi serra con atmosfera controllata.

 

In tale ambito di ricerca si inserisce la proposta dell’ENEA (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile) sulle vertical farms. La proposta, già presentata nel 2015 all’Expo di Milano, si è concretizzata ora con il progetto “Ri-genera”, promosso dall’ENEA Veneto con numerosi partner, tra i quali Idromeccanica Lucchini S.P.A., Coldiretti Padova, Parco Scientifico e Tecnologico Galileo, dedicato allo sviluppo di attività di produzione idroponica intensiva da realizzarsi su edifici abbandonati in aree industriali dismesse. A questo proposito, si riportano i dati tecnici elaborati dal gruppo di ricerca ENEA per lo sviluppo di un edificio-prototipo denominato “Solar Farm”, con un volume complessivo di 25.000 m3 (Tabella 2).

 

COLTURA

Lattuga

Pomodoro

Patata

Densità piante (n. piante.m-3)

70

4

12

Lunghezza ciclo (giorni)

28

115

115

Produzione per pianta (kg)

0,150

6,0

1,5

Produzione per m3 (kg)

98,4

54,0

50,6

N. cicli/anno

10

3

3

Produzione totale per ciclo (kg)

787.500

360.000

1.350.000

Produzione annuale (kg) 

7.875.000

1.080.000

4.050.000

Produzione su 350 giorni (gr. m-3. giorno-1

22.500.000

3.085.714

11.571.428

Consumo acqua (kg/m3)

40

40

40

Consumo CO2 (kg/kg di prodotto)

7,44

 

Luce (W/m3 PAR)

90

45

90

Tab. 2. Valutazioni bio-agronomiche per sistemi serra con atmosfera controllata (fonte: Campiotti C.A. et al. 2009.)

 

L’impiego dei sistemi serra con atmosfera controllata consente la coltivazione di piante in qualsiasi ambiente con vantaggi significativi in termini di risparmio di energia, consumo di acqua e suolo. Questo tipo di sistemi favorisce inoltre lo sviluppo di progetti di agricoltura urbana a km 0 e di rigenerazione delle città, data la riduzione delle emissioni di gas serra causate dai trasporti dell’industria agroalimentare. In ultima analisi, occorre sottolineare che la sostenibilità energetica e ambientale di questa innovativa tecnologia colturale trova la sua completa espressione se associata a una dimensione di economia circolare di tutto il processo produttivo e all’impiego di energia rinnovabile.


Per approfondire:

  • SkyLand: Modello “Expo”2015. ENEA, Aprile 2009.
  • Campiotti C.A. et al. Solar Farm, Plant Food Agriculture for the Third Millennium, Masdar City,2009.
  • Campiotti, C.A. et al. 2008. Photovoltaic as sustainable energy for greenhouse and closed plant production system. Acta Hort. 797:373-378.
  • Campiotti C.A. et al. 2011.Technology for Plant Food Support in Antarctica. Acta Horticulturae, 893:453-460.

 

Foto d’intestazione: Prototipo di sistema serra con atmosfera controllata illuminato con LED.

Foto pubblicate nell'articolo: Carlo Alberto Campiotti