Serre più ecologiche promettono un potere di crescita più efficiente dal punto di vista energetico
La coltivazione di frutta e verdura in serra potrebbe presto diventare più ecologica grazie alla ricerca finanziata dall'UE.
16 luglio 2024, di Bárbara Pinho
Nella provincia di Almería, nel sud-est della Spagna, gli agricoltori producono ogni anno tra 2,5 e 3,5 milioni di tonnellate di frutta e verdura in quella che è diventata nota come la "mare di serre" di Almería. In questa regione, le serre si estendono a perdita d'occhio, coprendo una superficie di oltre 40.000 ettari (400 chilometri quadrati).
È in parte grazie a questa produzione che i consumatori di tutto il continente possono godere di cibi come cetrioli, pomodori e meloni tutto l'anno. Ma c'è un problema, queste serre non sono sempre molto sostenibili in termini di uso dell'energia o dell'acqua.
Serena Danesi è associata di ricerca presso l'Istituto di Sistemi Energetici e Ingegneria dei Fluidi (IEFE) di Zurigo, in Svizzera. È specializzata in ingegneria termica e recupero di calore e, negli ultimi quattro anni, ha guidato il progetto TheGreefa, che ha ricevuto finanziamenti dall'UE per sviluppare un nuovo sistema più efficiente dal punto di vista energetico e rispettoso dell'ambiente per controllare sia la temperatura che l'umidità nelle serre.
Se l'Europa vuole raggiungere i suoi obiettivi climatici e stabilire lo standard per una produzione alimentare sostenibile – un obiettivo fissato nella strategia "Farm to Fork" dell'UE adottata nel 2020 – allora migliorare la sostenibilità dell'agricoltura in serra sarà una preoccupazione chiave.
«Se vogliamo mangiare cetrioli, pomodori e angurie tutto l'anno, dobbiamo essere consapevoli che la loro coltivazione consuma molta energia e acqua», ha dichiarato Danesi.
Controllo del clima
I cambiamenti delle condizioni climatiche e la necessità di avere un maggiore controllo sull'ambiente di crescita delle colture hanno portato a una rapida espansione della coltivazione commerciale in serra in tutta Europa.
Si stimava che nel 2018 l'Europa avesse circa 210.000 ettari (2.100 chilometri quadrati) di serre, con concentrazioni particolarmente elevate in Spagna (70.000 ha), Italia (42.800 ha), Francia, Paesi Bassi e nell'Europa centrale e orientale.
I fabbisogni energetici delle serre differiscono, tuttavia, a seconda della loro posizione. TheGreefa riunisce ricercatori di Italia, Francia, Germania, Spagna, Svizzera, Polonia e Tunisia per indagare come il loro sistema proposto si comporta in diverse zone climatiche.
«Le serre in Europa centrale hanno bisogno di calore perché lì fa freddo. D'altra parte, in Spagna, hanno bisogno di raffreddamento in estate», ha detto Danesi. «Quindi ci sono problemi diversi per diverse parti dell'Europa.»
Oltre alla temperatura, anche il controllo dell'umidità è un problema. Quando l'acqua evapora dalle piante in un processo noto come "traspirazione", i livelli di umidità aumentano e possono diventare pericolosamente elevati. Un'umidità elevata può causare malattie fungine, che possono facilmente diffondersi e distruggere un raccolto. Inoltre, se l'umidità è troppo alta, la pianta non sarà in grado di traspirare normalmente e morirà.
Calore dall'umidità
La soluzione ingegnosa proposta dai ricercatori di TheGreefa consente ai proprietari di serre di utilizzare l'umidità rilasciata naturalmente dalle piante per generare calore. Permette anche di recuperare acqua pura dall'umidità in eccesso, risparmiando così sia acqua che energia.
Una soluzione salina assorbe l'umidità aumentata nella serra, rilasciando calore nel processo attraverso una reazione termo-chimica.
«Possiamo deumidificare l'aria e creare calore allo stesso tempo», ha detto Danesi.
Un ulteriore vantaggio è che questo processo di assorbimento elimina la necessità di ventilazione, riducendo drasticamente la quantità di calore persa quando è necessario aprire le finestre per eliminare l'umidità in eccesso.
Una volta che la soluzione salina ha assorbito quanta più acqua possibile, può essere rigenerata utilizzando il calore di basso livello prodotto dall'energia solare in eccesso. Questo separa il sale e l'acqua, lasciando la soluzione salina pronta per essere immagazzinata e riutilizzata quando necessario.
L'effetto disidratante creato dalla soluzione salina può anche essere utilizzato per essiccare prodotti freschi come erbe e frutta per prolungarne la durata. Poiché funziona a basse temperature, qualità come odore e gusto rimangono intatte.
La tecnologia è stata testata in serre in Svizzera e in Tunisia. In Svizzera l'attenzione era rivolta al riscaldamento e all'immagazzinamento stagionale, mentre nei paesi del sud l'attenzione era rivolta all'efficienza energetica e al recupero dell'acqua.
«Stiamo ora valutando i risultati e abbiamo riscontrato dei risparmi energetici», ha detto Danesi. «Nella serra svizzera, il nostro sistema ha ridotto i requisiti di energia termica del 50%.»
Anche se promettente, l'applicazione diffusa di questa tecnologia nelle serre commerciali è ancora lontana. I test pilota continueranno, per il momento, in ambienti di piccola scala prima di passare a una scala più grande.
L'agricoltura diventa solare
Un altro modo in cui le serre potrebbero diventare più sostenibili sarebbe quello di sfruttare il fatto che queste strutture occupano vaste aree bagnate dal sole. Questo mette le serre in una posizione unica per utilizzare la luce solare per generare elettricità pulita.
Una sfida, tuttavia, è che i pannelli solari tendono a essere opachi, quindi non possono essere posizionati sopra le colture, altrimenti queste non cresceranno. Questa era la sfida che l'ingegnere elettrico Nick Kanopoulos ha deciso di affrontare in un progetto triennale finanziato dall'UE chiamato PanePowerSW, conclusosi nel 2021.
Nick Kanopoulos è CEO della start-up Brite Solar con sede a Salonicco, in Grecia, specializzata in tecnologia solare di nuova generazione.
«Volevamo costruire un pannello solare adatto all'agricoltura in modo che, sullo stesso terreno, potessimo produrre sia colture che energia senza che l'uno ostacolasse l'altro», ha detto.
Kanopoulos e il suo team hanno sviluppato un pannello solare rivestito di nanomateriali che assorbono le particelle di luce nella gamma UV della luce solare, che non sono utili né per i pannelli fotovoltaici né per la crescita delle piante. Li trasmette quindi nelle gamme rossa e blu dello spettro visibile, che sono utili per entrambi.
La luce visibile può così attraversare i pannelli aumentando sia la produzione di elettricità che la fotosintesi, rendendo la tecnologia ideale per l'uso nelle serre.
I benefici dell'energia pulita
Il team ha testato i pannelli in serre in Grecia, Spagna, Stati Uniti e Singapore, e in coltivazioni a campo aperto in Germania, Francia, Paesi Bassi e Romania. Sono stati effettuati test su diverse colture, tra cui pomodori, mirtilli, fiori ornamentali e peri. I loro risultati hanno mostrato che gli agricoltori possono ridurre significativamente la loro impronta di anidride carbonica generando energia pulita mentre coltivano le colture.
Oltre alla possibilità per gli agricoltori di produrre la propria energia, la struttura innovativa delle serre offre ulteriori vantaggi. Raccoglie l'acqua piovana per l'uso sulle colture e fornisce protezione contro le intemperie. Riduce anche l'evaporazione dell'acqua, risultando in una significativa diminuzione – circa del 20-40% – dell'acqua necessaria per l'irrigazione.
Il team di Kanopoulos si sta ora espandendo e sta costruendo una fabbrica in Grecia per automatizzare e accelerare la produzione di vetro solare. Ha detto che con questa fabbrica, l'azienda sarà in grado di combinare l'applicazione del nano-rivestimento con l'assemblaggio dei pannelli solari, il tutto in una linea di produzione.
Questo li aiuterà a raggiungere più clienti, piccoli e grandi agricoltori, nel tentativo di rendere il settore agricolo più sostenibile.
«Pensiamo che l'uso diffuso di questa tecnologia decarbonizzerà in larga misura l'agricoltura e contribuirà a una produzione alimentare sostenibile», ha detto Kanopoulos.
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La ricerca in questo articolo è stata finanziata dal programma Horizon dell'UE. Le opinioni degli intervistati non riflettono necessariamente quelle della Commissione Europea. Se ti è piaciuto questo articolo, considera di condividerlo sui social media.
