Controllo climatico dell'agricoltura verticale: Ottimizzare i rendimenti e i costi energetici

Non si può sfuggire al fatto che l'approccio mondiale all'agricoltura dovrà cambiare in modo significativo nel prossimo futuro.

"In questo momento stiamo cambiando il modo di produrre cibo", afferma il dottor William Stiles. "I modi in cui lo abbiamo fatto finora possono essere dannosi per l'ambiente e sono sempre più precari come sistema di produzione a causa del cambiamento climatico".

"Nel prossimo decennio, le sfide per il mantenimento della produzione agricola saranno sempre più comuni. Anche se questo non significherà necessariamente fallimenti dei raccolti ogni anno, potrebbe causare una grande insicurezza alimentare in tutto l'emisfero settentrionale".

A fronte di queste prospettive molto concrete all'orizzonte, l'agricoltura verticale - nota anche come agricoltura in ambiente controllato (CEA) - rappresenta il futuro della coltivazione. Un futuro in cui la produzione alimentare può essere più controllata e ottimizzata che mai.

In questa sede esploriamo il CEA, affrontiamo il tema dei costi energetici e spieghiamo come Dantherm e Vertikit creano soluzioni di climatizzazione per l'agricoltura verticale che abbattono queste spese.

Che cos'è l'agricoltura verticale?

L'agricoltura verticale o CEA è un processo agricolo in cui le colture vengono coltivate una sopra l'altra al chiuso, consentendo di controllare in modo ottimale le condizioni di crescita per migliorare sia la resa che la qualità dei prodotti. Può essere effettuata ovunque, da un piccolo capannone o una serra fino a strutture e magazzini di grandi dimensioni.

Con l'aumento della probabilità di gravi perdite di raccolto dopo il 2030 a causa dei cambiamenti climatici, questa tecnologia sarà fondamentale per la sicurezza alimentare del pianeta.

"Il punto cruciale per cui la CEA è essenziale è che può contribuire alla sicurezza alimentare", afferma il dottor Stiles.

"Quando si prospetta la possibilità di carestie di massa in tutto il mondo a causa mancati raccolti dovuti alle condizioni climatiche estreme - scenari che saranno molto realistici a partire dal 2030 – la presenza di una tecnologia che consenta di passare dalla produzione nei campi a quella in CEA garantisce istantaneamente che avremo comunque una certa produzione di cibo in qualsiasi condizione".

Per saperne di più sull'agricoltura in ambiente controllato.

Vantaggi dell’agricoltura verticale interna

Oltre alla sicurezza vitale della produzione alimentare, la CEA presenta numerosi vantaggi rispetto alle pratiche agricole tradizionali:

Maggiore resa e qualità dei raccolti

Oltre ad aumentare la costanza della produzione agricola, l'agricoltura verticale può migliorare notevolmente la resa e la qualità complessiva dei raccolti. Indicativamente, questo metodo è da 5 a 10 volte più efficiente dell'agricoltura tradizionale.

Ad esempio, in una coltivazione "standard" di lattuga, si possono prevedere 1-2 raccolti all'anno. Con l’agricoltura verticale ben controllata, è possibile avere anche un raccolto al mese.

Inoltre, la natura relativamente compatta dell'agricoltura verticale può consentire ai coltivatori di diversificare la loro offerta con maggiore successo, utile in un periodo in cui solo il 5% del reddito agricolo proviene dall'"agricoltura".

Controllare la crescita dei prodotti chiave

L'agricoltura verticale consente ai coltivatori di regolare l'ambiente che circonda le piante nel modo che preferiscono. È possibile forzare le piante a crescere in un certo modo o a produrre materiali in maggiore abbondanza sottoponendole a specifiche sollecitazioni ambientali.

"Le piante hanno un alto grado di plasticità", spiega il dottor Stiles. "Esse non sono in grado di muoversi se le condizioni non sono ottimali per la crescita, quindi devono adattare la loro fisiologia per gestire lo stress ambientale".

"Pertanto, inducendo determinate sollecitazioni, è possibile forzare le piante a modificare la loro forma e la loro struttura chimica. Questo può portare alla produzione di composti che possono essere vantaggiosi dal punto di vista della produzione".

Un buon esempio è rappresentato dai narcisi, che sono noti per la produzione di un composto chiamato galantamina, un materiale utilizzato nei farmaci per il morbo di Alzheimer. La produzione di questo composto aumenta quando la pianta viene coltivata in ambienti montani (un fenomeno noto come "Effetto Montagna Nera", dal nome del luogo in cui è stato osservato per la prima volta). Ma coltivare le piante in ambienti montani è difficile.

Utilizzando le tecnologie CEA, invece, i coltivatori possono ricreare le esatte condizioni ambientali necessarie per massimizzare la produzione di questo composto, in circostanze in cui la produzione è gestibile e costante.

Questi ambienti controllati con precisione consentono anche lo sviluppo costante di prodotti alimentari richiesti dai consumatori, come il crescione rosso, o l'opportunità di coltivare colture non originarie di alcuni Paesi.

Riduzione del degrado del terreno

Quando le colture vengono impilate verticalmente in una struttura appositamente costruita, il potenziale di risparmio di terreno che offre è davvero rivoluzionario:

Questo approccio consente agli agricoltori regionali di dedicare ad ogni coltura un capannone o un piccolo container e di riutilizzare i terreni agricoli per altri usi, come la coltivazione di colture alternative o la diversificazione del terreno.

Perché il controllo del clima è essenziale per l'agricoltura verticale?

Un controllo climatico efficace è fondamentale per il miglioramento dei rendimenti dell'agricoltura verticale e per il potenziale di crescita annuale. Questa tecnologia mantiene la temperatura, l'umidità, la qualità dell'aria e tutto ciò di cui le colture hanno bisogno per crescere al ritmo e alla qualità ottimali.

Con i giusti deumidificatori, riscaldatori, raffrescatori e sistemi di trattamento dell'aria, qualsiasi agricoltore può creare la "perfetta giornata estiva" (o la perfetta giornata invernale, a seconda del raccolto!) in un capannone o in un container, e mantenere queste condizioni 365 giorni all'anno.

Quali sono le condizioni ottimali per la coltivazione?

Anche se questo varia in modo significativo a seconda della coltura che si intende realizzare, molte piante prosperano a temperature di circa 25ºC e con un'umidità del 65% RH. Tuttavia, il clima ottimale per una pianta cambia nelle diverse fasi del suo sviluppo:

Quali sono le principali sfide del controllo climatico per l'agricoltura verticale?

Nei progetti di agricoltura verticale che Dantherm ha sostenuto, una delle sfide più importanti è stata il carico di calore. Luci LED, deumidificatori e altri fattori aggiungono calore significativo a questi spazi chiusi.

Abbiamo contribuito a fornire deumidificatori con unità di condensazione remota (RCU) che raffreddano contemporaneamente l'aria e gestiscono l'umidità. Nelle strutture CEA più grandi, i nostri efficaci sistemi di trattamento dell'aria forniscono un controllo completo della temperatura, dell'umidità e della qualità dell'aria.

Abbiamo anche fornito consulenza sulle soluzioni per controllare il deficit di pressione di vapore (VPD). Questa determina la traspirazione dagli stomi della pianta ed è fortemente influenzata dall'umidità circostante. La maggior parte delle piante prospera con un VPD compreso tra 0,4 e 1,6; se è inferiore o superiore, la pianta può perdere la capacità di fotosintesi.

Lavorando a stretto contatto con gli agricoltori che hanno iniziato ad utilizzare la CEA, abbiamo contribuito a introdurre soluzioni di deumidificazione adeguate ed efficienti dal punto di vista energetico, che garantiscono che i livelli di VPD rimangano all’interno di un intervallo ideale.

I costi energetici dell'agricoltura verticale

Nonostante le incredibili possibilità offerte dall'agricoltura verticale, il fabbisogno energetico ha finora impedito che diventasse il nuovo standard per gli agricoltori.

"Il problema della CEA è che richiede un'enorme quantità di energia, e l'energia è costosa, soprattutto nel contesto attuale", spiega il dottor Stiles.

"Rispetto ai sistemi agricoli convenzionali, si tratta di un approccio produttivo costoso, il che significa che i prodotti coltivati devono essere di valore sufficientemente elevato o prodotti in quantità sufficientemente maggiori da compensare il costo più elevato".

L'agricoltura verticale è stata in gran parte limitata alla produzione di prodotti di alto valore, come i microgreen che hanno un prezzo elevato nei mercati degli agricoltori.

In questa fase iniziale dello sviluppo di CEA, è difficile rendere economica la coltivazione di cereali e altre colture generiche rispetto al fabbisogno energetico. Tuttavia, dato che l'esigenza di agricoltura verticale cresce, questo aspetto dovrà essere affrontato nel prossimo futuro.

"È molto probabile che la CEA diventi una pratica di massa a causa delle sfide che dovremo affrontare", afferma il dottor Stiles. "Attualmente riceve molte critiche perché non si riesce ad immaginare come possa essere economico, ma nel momento in cui si dovrà affrontare una diffusa scarsità di cibo, il costo dell'energia potrebbe non essere più il principale fattore determinante".

Ridurre i costi energetici dell'agricoltura interna

Cosa possono fare ora gli agricoltori che vogliono diversificare l'agricoltura verticale per ridurre i costi energetici?

In primo luogo, vi consigliamo di iniziare in piccolo con il CEA, piuttosto che buttarvi a capofitto in un impianto di grandi dimensioni. In questo modo sarà possibile comprendere le sfide legate alla coltivazione di una particolare coltura ed aggiungere gradualmente la tecnologia necessaria per affrontarle.

Da qui, diventa una questione di bilanciamento tra parametri di controllo e costi energetici. Pensate a questa curva a campana: da un lato c'è il controllo totale delle condizioni al 100%, ma una bolletta energetica elevata. Dall'altra parte c'è una configurazione più semplice, ma con un fabbisogno energetico ridotto.

La soluzione ideale si colloca a metà strada tra questi due punti. Dovrete sacrificare un po' di controllo e concentrare l'uso di energia sulle variabili più importanti: temperatura, umidità, illuminazione, acqua, sostanze nutritive, ecc.

Questo è più efficace quando si capisce quale coltura si sta coltivando e quali sono gli obiettivi che si intendono raggiungere. Che si tratti di massimizzare la resa, di creare un prodotto particolare o di coltivare colture di un certo colore o forma, potete costruire la vostra configurazione di controllo del clima in base a questi obiettivi.

Infine, per ridurre i costi energetici dell'agricoltura verticale, è saggio investire in tecnologie ad alta efficienza energetica.

Le lampadine a LED consentono di risparmiare energia quando influenzano le lunghezze d'onda della luce sulle piante. La tecnologia di recupero del calore riutilizza l'energia in modo conveniente. I deumidificatori e le unità di trattamento dell'aria con impostazioni di controllo automatico mantengono le condizioni ottimali e limitano la spesa energetica.

Iniziare l'agricoltura in ambiente controllato con Dantherm e Vertikit

Noi di Dantherm siamo consapevoli di quanto l'agricoltura verticale sia cruciale per il nostro futuro a lungo termine. Per questo motivo abbiamo investito nello sviluppo di soluzioni che contribuiscono a ridurre al minimo le spese per gli agricoltori che desiderano installare queste strutture, un obiettivo condiviso dai nostri partner di Vertikit.

"Parlavo spesso con coltivatori che volevano entrare nello spazio CEA, ma che non erano finanziariamente in grado di farlo", spiega il dottor Stiles. "Il costo di un container per l'agricoltura verticale precostruito è di circa 100.000 sterline (116.000 euro), un investimento proibitivo per molte aziende di produzione alimentare esistenti".

"Vertikit ha lavorato per trovare la tecnologia in grado di creare questi spazi controllati in modo più economico. Abbiamo cercato unità come i deumidificatori, che ci hanno portato a Dantherm Group".

La nostra gamma di soluzioni di controllo climatico per l'agricoltura verticale, che va dagli efficienti deumidificatori per l'avviamento di CEA ai potenti sistemi di trattamento dell'aria per le strutture più grandi, ci consente di aiutare i coltivatori a creare configurazioni ideali in qualsiasi fase del loro percorso di coltivazione verticale

Ma noi di Dantherm siamo più di un semplice produttore: siamo un fornitore di soluzioni. Grazie a decenni di esperienza nel campo della climatizzazione, progettiamo sistemi adeguati e convenienti che soddisfano le vostre esigenze. E grazie all'accesso all'esperienza agricola del dottor Stiles e del team di Vertikit, possiamo indirizzare i nostri clienti verso il consulente ideale per la realizzazione di un impianto CEA completo ed efficiente.

"Riteniamo che questa tecnologia sia assolutamente essenziale per il nostro futuro", afferma il dottor Stiles. "Il nostro scopo è quello di far sì che questa industria lavori attivamente e sia commercialmente redditizia, in modo da diversificare abbastanza rapidamente per evitare gli scenari peggiori in termini di perdita di sicurezza alimentare".

"Abbiamo ricevuto un enorme aiuto e supporto da Dantherm. Ci hanno aperto strade che altrimenti non sarebbero state possibili per sostenere la nostra crescita continua".

Se siete interessati ad esplorare il potenziale dell'agricoltura verticale o a conoscere la nostra gamma di soluzioni per il controllo del clima agricolo, contattate il nostro team utilizzando il modulo sottostante.

Il dott. William Stiles è docente presso l'Università di Aberystwyth per BioInnovazione del Galles. Dirige il Knowledge Exchange Hub di IBERS per Farming Connect e Biomass Connect ed è direttore di Vertikit.