Smart Agriculture nelle aree urbane del futuro - ENEA
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FOCUS_ Smart Agriculture nelle aree urbane del futuro La popolazione mondiale cresce ma le superfici coltivate non potranno più aumentare. L’agricoltura dovrà produrre di più ottimizzando le rese e con un uso più attento delle risorse. Anche le aree urbane e periurbane diventeranno produttive non solo con gli orti urbani ma anche con forme più tecnologicamente avanzate e sostenibili dell’agricoltura tradizionale: l’agricoltura indoor con elevata resa su piccole superfici DOI 10.12910/EAI2017-012 di Luca Nardi, Eugenio Benvenuto e Massimo Iannetta, ENEA 74 Energia, ambiente e innovazione | 1/2017
L
’espansione delle città è un coltivazioni verticali, centri multi- tivazione di pieno campo e la den-
processo continuo e inar- piano e multilivello di autoprodu- sità di popolazione. Il Giappone da
restabile a livello mondiale zione alimentare, applicate ad edifi- solo dal 2010 possiede più impianti
e questo processo è spesso ci esistenti o di nuova costruzione di quanti ne abbiano gli Stati Uni-
accompagnato, soprattutto nei Pae- per realizzare elevate rese produtti- ti, a oggi. In questo paese c’è una
si in via di sviluppo, da alti livelli di ve su piccole superfici. grande tradizione in questo settore
povertà e fame. La rivoluzione degli Nell’ultimo rapporto pubblicato nel dove le vertical farm vengono chia-
orti urbani e di forme più tecnolo- marzo del 2015 dalla Newbean Capi- mate Plant factory e dove la prima
gicamente avanzate e sostenibili di tal sull’Indoor Crop Production Fee- struttura di questo tipo è stata co-
agricoltura periurbana stanno cer- ding the Future (https://indoor.ag/ struita nel lontano 1983 dando forte
cando di assecondare le richieste e whitepaper), questo settore di mer- impulso a tutta la regione asiatica
le necessità dei cittadini proponendo cato risulta in forte espansione pre- in cui se ne contano più di 450. La
un nuovo sistema e modello alimen-
tare in cui la sicurezza e la tracciabi-
lità sono obiettivi prioritari, oltre che
di sostentamento.
Dal 2008, più della metà della po-
polazione mondiale vive nelle aree
urbane e da stime elaborate dall’O-
NU (World Population Prospects:
The 2012 Revision) si prevede il su-
peramento dei 9 miliardi di indivi-
dui, di cui più del 70% concentrati
nelle città, entro il 2050. Con questi
numeri, la produzione alimentare
dovrebbe quindi aumentare propor-
zionalmente per andare incontro a
tutte le esigenze, cercando di diver-
sificare ed ottimizzare le rese per et-
taro. In questo quadro la superficie
coltivata potenziale totale di 41,4
milioni di chilometri quadrati (fonte
FAO) non potrà aumentare a causa
Fig. 1 Impianti di agricoltura indoor urbana
di fattori antropici e climatici avversi
(desertificazione, deforestazione, ir-
rigazione, terrazzamenti, discariche, valentemente negli USA, ma anche maggioranza (circa il 40%) è loca-
espansione urbana). Diventa perciò in altri Paesi del mondo, con un fat- lizzata in Giappone provvedendo
imperativo il principio di produrre di turato in forte crescita passato da un allo 0,6% di tutta la produzione
più con un uso più attento delle risor- miliardo di dollari nel 2005 a 16 mi- vegetale asiatica, dato noto solo a
se: per nutrire in maniera sostenibile liardi di dollari nel 2016, e dove gli pochi dei consumatori (18%) che,
il pianeta sarà necessario orientare investimenti in fondi di venture ca- di base, non sono a conoscenza di
la produzione agricola anche all’in- pital nel solo 2014 sono arrivati a 32 questa realtà industriale.
terno di aree urbane e periurbane. milioni di dollari con un incremento Le ragioni di questo sviluppo e for-
del 60% in più rispetto al 2011. te espansione industriale sono da
L’agricoltura indoor In Asia il mercato e l’industria cercare in un maggiore consumo di
dell’agricoltura indoor è molto più vegetali nelle diete asiatiche: l’Asia
L’idea lanciata da Dickson Despom- sviluppato rispetto ad altre aree del consuma il 75% di tutti i vegeta-
mier, nel suo libro The Vertical mondo per vari motivi, non ultimi li a livello mondiale. Una maggior
Farm, è stata quella di proporre le la superficie disponibile per la col- consapevolezza dei consumatori
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Coltura idroponica alle coltivazioni di pieno campo.
Il sistema è basato sull’assenza di terra, sostituita da acqua
(Nutrient Film Technique, NFT; ebb and flow; Drip System) Coltura acquaponica
e integrando per la coltura delle piante inerti come l’agriperli- Questo sistema prevede l’integrazione dei sistemi di coltu-
te, vermiculite, fibra di cocco oppure lana di roccia. Le piante ra idroponici (coltivazione di vegetali senza utilizzo di ter-
sono nutrite con acqua integrata da fertilizzanti. ra) con quelli dell’allevamento ittico (allevamento di pesci
I vantaggi sono legati ad un risparmio dell’acqua stimato in- e crostacei). In un sistema acquaponico le acque di scarico
torno al 70% rispetto ai metodi tradizionali, rendendolo un dell’allevamento ittico, ricche di sostanze di scarto dei pesci
sistema vantaggioso nei Paesi con scarsa disponibilità di ac- e di resti di cibo, vengono convertite dai batteri presenti nei
qua. Il risparmio di acqua è intorno al 90% rispetto alla col- filtri biologici in nutrienti utilizzati dalle piante per la loro
tura di pieno campo. crescita. Le piante si nutrono di queste acque e nel contempo
le purificano restituendo acqua pulita riutilizzabile per l’alle-
Coltura aeroponica vamento dei pesci. In pratica un ciclo continuo dal quale si
La coltivazione di piante senza l’utilizzo di terra, grazie ad può trarre vantaggio sia per la coltivazione di piante sia per
un sistema d’irrigazione con acqua nebulizzata, a bassa o alta l’allevamento ittico.
pressione, integrata con sostanze nutritive minerali. I vantaggi anche in questo caso sono legati al notevole rispar-
I vantaggi di questo sistema sono legati a un minor spreco di mio di acqua rispetto ai sistemi di coltura tradizionali; inol-
acqua, in quanto nelle coltivazioni tradizionali il 95% va per- tre le acque, essendo ricche di sostanze fertilizzanti naturali,
so, mentre in questo caso viene direttamente assorbito dalle permettono una crescita migliore rispetto alle colture in terra
radici della pianta. Si riesce con questi sistemi ad incremen- e un vantaggio economico legato all’utilizzo di fertilizzante
tare di circa il 30% la produttività e a ridurre i tempi rispetto autoprodotto.
sulle filiere produttive alimentari, noni industriali (Gotham Greens, livelli a ciclo continuo durante tutto
unita ad una continua ricerca di Lufa Farms), nelle fattorie verticali l’anno, con ridotto uso di fertiliz-
una maggiore qualità e tracciabilità o Plant Factories (Farmbox Gre- zanti, acqua e agrofarmaci. Il risul-
alimentare, con la richiesta di cibi ens, FarmedHere, Garfield Produce tato è quello di ottenere prodotti più
privi di contaminanti e pesticidi Co, Green Sense Farms, PodPonics, sani sia dal punto di vista qualita-
(cibo “pulito”), hanno innescato la Mirai), nelle fattorie container tivo che nutrizionale, garantendone
realizzazione di sistemi produttivi (Daiwa’s Agricube, FreightFarms, la disponibilità sul mercato entro
in condizioni di coltura e crescita Cropbox, Growtainers, SmartGre- 24 ore dalla raccolta, riducendo
molto simili a quelli delle camere ens, SuperGrow, Pure Genius Foods, contemporaneamente i tempi di
pulite (Clean Rooms). Urban Container Farms, Growup conservazione e i costi di trasporto,
È importante sottolineare che in Box) e in quello dei sistemi orto riducendo di fatto l’impronta car-
questo settore i governi asiatici domestico (Agrilution, Grove Labs, bonica relativa al prodotto.
hanno sostenuto politiche di sup- Modern Sprout, Urban Cultivator, Per il controllo ottimale di queste
porto con prestiti e sussidi per Windowfarms, UrbanaPlant). strutture produttive si utilizzano
cercare di favorire lo sviluppo di Nelle fattorie indoor si utilizzano sempre più le tecnologie dell’a-
queste nuove forme di farming, so- tecniche di coltura e tecnologie che gricoltura di precisione (Precision
prattutto in ambito urbano, a bas- permettono il controllo delle prin- farming). Questa mira ad ottimiz-
so impatto ambientale. In paral- cipali variabili responsabili dell’in- zare le rese produttive per unità
lelo, c’è stata una forte evoluzione cremento delle produzioni. Queste, di superficie coltivata utilizzando
tecnologica nella realizzazione di ovviamente, non necessitano di metodologie, analisi e processi per
tutta una serie di impianti innova- terra perché si utilizzano sistemi la gestione dei sistemi colturali. Per
tivi nel settore delle serre idropo- di coltura idro-aero-acquaponica, raggiungere i migliori risultati pos-
niche realizzate sui tetti di capan- riuscendo a coltivare anche su più sibili sia in termini di qualità che
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di quantità di prodotto realizzato a zioni riducendo così sprechi e costi. scientifico nazionale e internazio-
costi sempre più ridotti ed in modo Le discipline e le capacità richieste nale e di piattaforme tecnologiche
sostenibile, si utilizzano ed inte- per questa agricoltura innovativa all’avanguardia (Serra a Conteni-
grano negli impianti i più moderni includono la robotica, analisi di mento ‘Biosicura’, Camere di Cre-
mezzi tecnologici, sia software che immagine computerizzata, la mete- scita Sterili, Fitotroni).
hardware. orologia, i controlli microclimatici, Per quanto riguarda la serra speri-
L’agricoltura di precisione utiliz- le soluzioni tecnologiche e molto mentale, si tratta del primo esempio
za molte tecnologie che vanno dai altro ancora. di serra a contenimento interamente
sensori ai sistemi di acquisizione e L’agricoltura di precisione è cono- ideato e progettato negli anni 2000
analisi di dati (Dataset) di grande sciuta anche con il termine di Smart e implementato con un sistema in-
dimensione (Big Data Analysis). Farming (coltivazione intelligente), formatico di gestione e controllo
Le tecnologie dell’informazione e un termine ad ampio spettro per automatico del clima integrato ad
della comunicazione (ICT) sono di renderlo più comparabile con altre un impianto di solar cooling di ulti-
supporto ai sistemi gestionali riu- implementazioni di tipo Machine- ma generazione per l’efficientamento
scendo a operare in maniera rapida, to-Machine (M2M) basate su tecno- energetico. L’impianto costituisce un
efficace ed efficiente regolando il vo- logie ed applicazioni di telemetria vero e proprio laboratorio sperimen-
lume crescente di informazioni pro- e telematica che utilizzano le reti tale di Smart Farm in cui una rete
venienti dai dati acquisiti dalla rete di wireless. di sensori diffusa sia all’interno sia
sensori in tempo reale, provvedendo all’esterno dell’impianto permette di
informazioni riguardanti tutti gli Il ruolo dell’ENEA rilevare, in tempo reale e differito, i
aspetti della coltivazione con livelli principali parametri ambientali e di
di elevato dettaglio. Questo permette ENEA è leader in questo settore funzionamento quali: temperatura,
di prendere decisioni migliori, mas- grazie a competenze multidisci- umidità relativa, pressione differen-
simizzando l’efficienza nelle opera- plinari consolidate nel panorama ziale, radiazione solare, radiazione
1/2017 | Energia, ambiente e innovazione 77FOCUS_ PAR, radiazione UV, piovosità, dire- vengono principalmente utilizzati a trizione è sempre più un tema cen- zione e intensità del vento, consumo supporto di molte delle attività che trale a livello planetario. Inseriti in elettrico, portate, pH, EC. A comple- afferiscono al Laboratorio Biotec- un quadro più complesso d’inter- tare la dotazione sperimentale sono nologie che prevedono, tra le altre, venti per alleviare le problematiche state realizzate anche camere di cre- la formulazione di nuovi ideotipi diversificate relative alla scarsità scita a contenimento per alloggiare vegetali con caratteristiche di altis- di cibo, questi sistemi sostenibi- colture idroponiche e aeroponiche sima qualità, in grado di sintetizza- li e la loro evoluzione tecnologica con illuminazione LED al fine di si- re molecole ad alto valore aggiunto consentiranno di ridurre le conta- mulare condizioni di allevamento in per la farmaceutica o la nutraceutica minazioni da agrofarmaci sia negli estremo contenimento per evitare insieme a molecole complesse come alimenti sia nel terreno rendendo qualsiasi contaminazione di natu- biofarmaci ricombinanti. più sostenibili le produzioni a li- ra batterica e fungina. Gli impianti Il futuro dell’agricoltura e della nu- vello locale. 78 Energia, ambiente e innovazione | 1/2017
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