Abstract:
Questo articolo analizza le serre, le vertical farm e i sistemi di coltivazione in container attraverso i rispettivi bilanci biologici, energetici e delle risorse. Anziché individuare una soluzione universalmente superiore, evidenzia come la scelta della tecnologia debba essere guidata dalla fisiologia delle colture, dalle condizioni climatiche esterne, dai requisiti di controllo ambientale e dagli obiettivi specifici del progetto. Un approccio multidisciplinare e sistemicorisulta pertanto essenziale per progettare strutture di Controlled Environment Agriculture (CEA) scalabili ed efficienti nell’impiego delle risorse.
Serra, vertical farm e container vengono spesso presentati come modelli alternativi all’agricoltura tradizionale. Dal punto di vista agronomico e ingegneristico, però, il confronto posto in questi termini è incompleto e volte fuorviante.
La differenza reale emerge dal bilancio di massa ed energia. In un ambiente chiuso, l’energia introdotta dall’illuminazione e dagli altri sistemi deve essere rimossa. Una parte diventa calore sensibile, mentre una quota importante viene trasformata dalla coltura in calore latente attraverso la traspirazione fogliare.
In termini semplificati: energia in ingresso → crescita + calore sensibile + traspirazione
Nella vertical farm o container il vapore acqueo emesso dalla coltura non scompare. Deve essere estratto mediante ventilazione o condensato attraverso il sistema HVAC. La deumidificazione diventa quindi una conseguenza diretta dell’attività fisiologica delle piante, non soltanto un problema dell’edificio.
Graamans et al. hanno applicato il modello di Penman-Monteith al bilancio energetico di una coltura di lattuga in ambiente chiuso, mostrando che il flusso di calore latente può rappresentare il principale flusso energetico del sistema e, in determinate condizioni, superare persino l’energia introdotta dall’illuminazione.
Questo significa che il dimensionamento climatico non può essere basato soltanto su volume della stanza, potenza delle lampade e temperatura desiderata. Deve considerare anche superficie fogliare, fase di sviluppo, PPFD, VPD e traspirazione prevista.
Anche il confronto energetico tra serra e vertical farm cambia in funzione del clima esterno e dell’indicatore utilizzato.
In uno studio condotto su lattuga in differenti aree climatiche, Graamans et al. hanno stimato un consumo di elettricità acquistata pari a 247 kWh per kg di sostanza secca in una plant factory, contro valori compresi tra 70 e 211 kWh nelle serre analizzate.
La plant factory mostrava però una maggiore efficienza nell’uso di acqua, CO₂ e superficie. Non esisteva quindi un sistema migliore in assoluto: esisteva un risultato diverso a seconda della risorsa considerata.
Ecco perché la prima domanda non dovrebbe essere “serra, vertical farm o container” ma “quali condizioni biologiche dobbiamo garantire e quali risorse vogliamo ottimizzare”.
Solo dopo si può decidere quanto utilizzare il clima esterno, quanto isolare il sistema, quanta energia acquistare e quale livello di controllo sia realmente necessario.
La tecnologia non viene prima del progetto, ma dal progetto nel suo complesso si possono delineare forme e modalità operative. Quindi partendo dal bilancio biologico, energetico ed economico del progetto si arriva a determinare quale tecnologia abbia senso utilizzare.
Per concludere, senza nulla togliere alle definitive strutture di coltivazioni come le più moderne vertical farm e serre oggi proposte dai principali produttori, un container ben progettato può dipanare diversi dubbi iniziali e aprire la strada a progetti industriali ben definiti fin dalle prime fasi.
Fonti:
Graamans L. et al. (2017), Plant factories; crop transpiration and energy balance, Agricultural Systems, 153, 138–147.
Graamans L. et al. (2018), Plant factories versus greenhouses: comparison of resource use efficiency, Agricultural Systems, 160, 31–43.
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