Come si superano le sfide ambientali dell’agricoltura indoor?

May 11, 2024

La lattuga coltivata come baby green presso la Purdue University viene raccolta 15 giorni dopo aver piantato i semi. I semi vengono seminati vicini tra loro per ridurre al minimo la perdita di fotoni tra le piante.Foto per gentile concessione di Cary Mitchell, Purdue Univ.

Anche se alcuni potrebbero pensare che le sfide ambientali che devono affrontare i coltivatori indoor dovrebbero essere relativamente minori e facili da superare in un ambiente chiuso, si sbagliano.

"Alcune delle sfide e dei colli di bottiglia che devono affrontare le aziende agricole indoor includono un flusso d'aria insufficiente che porta a un ambiente non uniforme, un'illuminazione dispendiosa e il modo in cui la luce viene distribuita nella chioma", ha affermato Murat Kacira, direttore del Centro agricolo ad ambiente controllato (CEAC) presso dell'Università dell'Arizona e membro del gruppo di ricerca del progetto OptimIA. “Oltre a queste sfide, ci sono quelle legate all’umidità e alla gestione dell’acqua nell’ambiente aereo, oltre all’identificazione della migliore qualità della luce, intensità della luce e ricette di luce per le colture agricole indoor”.

Prima dell’inizio del progetto OptimIA nel 2019, sono stati condotti sondaggi tra le parti interessate del settore dell’agricoltura indoor, compresi i coltivatori, per determinare quali sono le aree di maggior bisogno di ricerca.

“Una fattoria indoor è una scatola chiusa”, ha detto Kacira. “Si sa cosa entra e cosa esce, ma richiede le risorse per controllare quell’ambiente, compreso il controllo della luce, della temperatura, dell’umidità, dell’anidride carbonica e di tutti gli altri processi per far crescere il raccolto e soddisfare le aspettative di produzione.

“Un’azienda agricola indoor offre un controllo più rigoroso rispetto a un ambiente in serra. Non c'è lo stesso effetto dalle dinamiche esterne, ad esempio l'intensità della luce, la temperatura e il ricircolo dell'acqua dall'aria. Essere in grado di raccogliere l'acqua dall'aria è più facile in un sistema agricolo indoor rispetto a un sistema in serra. C’è maggiore controllabilità quando si tratta di un’azienda agricola indoor rispetto a una serra, ovviamente con una spesa aggiuntiva per l’utilizzo delle risorse per ottenere tale controllo”.

Kacira e il suo team di studenti laureati KC Shasteen e Christopher Kaufmann dell'Università dell'Arizona contribuiscono in modo significativo agli aspetti di controllo ambientale del progetto OptimIA.

"Stiamo considerando anche la luce perché la luce porta energia alle piante e poi l'energia deve essere rilasciata per il raffreddamento e per la corretta traspirazione e la distribuzione dei nutrienti dalle radici", ha detto Kacira.

Il team di Kacira ha condotto simulazioni al computer per contribuire a migliorare il flusso d'aria e identificare la co-ottimizzazione delle variabili ambientali per il risparmio energetico. Basandosi sui risultati della ricerca sulla simulazione al computer, Kaufmann sta conducendo esperimenti nella struttura agricola verticale del CEAC per valutare i progetti di sistemi di flusso d'aria verticale e orizzontale per mitigare il bruciore sulle colture di lattuga. Shasteen e Kacira hanno lavorato sulla modellazione con la co-ottimizzazione di variabili, tra cui luce, temperatura, umidità relativa e livello di anidride carbonica.

“Siamo stati in grado di quantificare i risultati in termini di rendimento e di determinare quale sarebbe il consumo di energia per ciascuna di queste strategie di controllo ambientale”, ha affermato Kacira. “Questi modelli, i risultati e le informazioni che abbiamo generato da questa ricerca vengono utilizzati dai nostri colleghi OptimIA del team economico. Stanno sviluppando modelli economici per una varietà di scenari di redditività ed economia per le applicazioni agricole indoor e i sistemi agricoli indoor.

“Ci concentriamo principalmente sulla progettazione e ottimizzazione del sistema di flusso d’aria, sulla gestione dell’umidità e sulla co-ottimizzazione delle variabili ambientali principalmente per il risparmio energetico. Le nostre collaborazioni includevano anche Nadia Sabeh della Dr. Greenhouse per quanto riguarda la gestione dell’umidità nell’aspetto del controllo ambientale”.

Alcuni dei risultati della ricerca del team dell'Università dell'Arizona relativi alla progettazione, ai concetti e alle raccomandazioni dei sistemi di flusso d'aria sono stati incorporati in contesti di coltivazione reali nelle operazioni commerciali.

"Siamo in grado di incorporare alcuni dei nostri risultati di ricerca in prove in siti commerciali attraverso le nostre collaborazioni", ha affermato Kacira. “Abbiamo oltre 20 collaboratori del settore come parte del progetto OptimIA. Alcuni collaboratori hanno mostrato interesse nell'implementazione di alcuni progetti del sistema di flusso d'aria, del controllo ambientale e della co-ottimizzazione di queste variabili nelle loro operazioni. Avremo anche l’opportunità, prima della fine del progetto OptimIA, di implementarli direttamente e di valutare alcuni dei risultati della ricerca in contesti commerciali”.