L'umanità ha impiegato alcuni millenni per arrivare a circa 7 miliardi di abitanti mentre ora, in pochi anni, crescerà di altri 2 miliardi, una prospettiva che preoccupa non poco le autorità (Onu, Fao, governi nazionali), i tecnici e i ricercatori, ma che dovrebbe stimolare le riflessioni anche di ognuno di noi.
Tutti i dati e le proiezioni attuali convergono verso un'unica conclusione: dovremmo produrre più cibo, molto di più, e meglio dei livelli attuali, in un orizzonte di risorse sempre più limitate, addirittura alcune sono previste in via di esaurimento prima ancora che si raggiunga la fatidica soglia dei 9 miliardi.
La disponibilità di terreni arabili è già da anni un problema in alcune nazioni densamente popolate. L'esempio più macroscopico è la Cina, che deve sfamare circa il 25% dell'umanità, con solo il 10% dei terreni coltivabili, tanto che ha già attuato un programma impressionante di “shopping planetario” di suoli agricoli, nell'ordine di alcuni milioni di ettari in varie nazioni (Filippine, Vietnam, Russia, Kazakhstan, Africa equatoriale, Brasile, ecc.).
L'acqua irrigua, lo sanno tutti ormai, sarà il vero “oro blu” del prossimo futuro, quindi diventerà rapidamente una risorsa strategica più importante di quanto non sia oggi il petrolio.
La sempre maggiore richiesta di fonti energetiche, purché rinnovabili, in quanto quelle fossili hanno già dimostrato i loro pesanti effetti negativi sull'ambiente, sarà un problema cruciale non solo per lo sviluppo del settore agricolo, ma di tutta l'economia mondiale nel suo complesso.
Da tempo Nazioni unite e Fao lanciano l'allarme che anche alcuni elementi nutritivi, essenziali per mantenere, anzi per aumentare la fertilità e le rese dei suoli agricoli, rischiano di esaurirsi nel giro di qualche decennio, al ritmo di sfruttamento previsto. L'esempio più noto è quello del fosforo, una delle colonne portanti della triade NPK. Mentre la fissazione di azoto atmosferico è legata soprattutto alla disponibilità energetica, quella di fosforo dipende in massima parte dalla disponibilità di poche miniere localizzate solo in alcuni Paesi.
A questo si aggiunga che i consumatori chiedono non solo più cibo, soprattutto nei Paesi sottosviluppati o in via di sviluppo, ma anche di maggiore qualità, più sano e nutriente, soprattutto nei Paesi avanzati.
Le conclusioni per agricoltori e agronomi sono molto chiare. Dobbiamo imparare velocemente a: produrre con meno terreni a disposizione, ovvero aumentare le loro rese unitarie; riciclare l'acqua irrigua e i fertilizzanti, per ridurre l'inquinamento ambientale, ma anche perché si tratta di risorse sempre più scarse; orientarsi verso le energie rinnovabili; abbattere drasticamente, o meglio ancora annullare, l'uso della difesa chimica.
Coltivazione fuori suolo verticale
Una delle possibili soluzioni, prospettate recentemente da vari ricercatori di diverse nazioni, per la produzione di ortaggi, potrebbe essere la coltivazione fuori suolo a ciclo chiuso (riciclo integrale di acqua e fertilizzanti), in ambiente protetto e climatizzato, dove quindi sia più agevole il controllo per via fisica e/o biologica dei principali parassiti delle piante.
Vi sono da anni ampie dimostrazioni, su scala di massa, che il fuori suolo a ciclo chiuso può abbattere fino al 90% l'uso di acqua irrigua, ridurre del 30-60% il consumo di concimi, azzerare l'impiego di pesticidi, grazie al preciso controllo della sanità delle radici e alla gestione computerizzata del clima.
È stato anche ampiamente dimostrato che l'idroponica può arrivare a raddoppiare o triplicare le rese di molte colture, oltre che migliorare la qualità organolettica e commerciale degli ortaggi.
Il fuori suolo, inoltre, proprio per definizione, non necessita di terreni agricoli fertili, quindi qualsiasi superficie può essere idonea per praticarlo.
Tutto ciò è noto e confermato da tempo, non solo in nazioni a tecnologia avanzata, ma anche in quelle in via di sviluppo.
Alcuni ricercatori, tuttavia, hanno cercato d'immaginare per il fuori suolo un futuro ancora più strategico nello sviluppo della produzione orticola del pianeta, ovvero di applicarlo in strutture verticali multi-strato, addirittura all'interno delle città, ovvero negli stessi luoghi dove il cibo viene consumato.
Molti ortaggi che arrivano dal Nord Africa, ad esempio, o dal Sud America in contro-stagione, hanno un costo di trasporto e distribuzione che molto spesso supera ampiamente il valore stesso del prodotto.
Non bisogna dimenticare, inoltre, che l'80% degli esseri umani vivrà in futuro in città, e molti di loro in megalopoli di alcune decine di milioni di abitanti e con più di un centinaio di chilometri di diametro.
Tutto ciò ha portato a ipotizzare la realizzazione di vere e proprie “vertical farms” all'interno delle città.
Le vertical farms
Alcuni prototipi di “serre verticali” sono già stati realizzati in alcune nazioni, ad esempio in Giappone, Corea del Sud, Singapore, Olanda, Stati Uniti, mentre altri sono in via di studio e costruzione (Svezia, Canada, Dubai, ecc., e anche Italia).
Nella maggior parte dei casi le colture più studiate e testate fino a ora sono state lattughe ed erbe aromatiche, in particolare basilico, tanto è vero che, al momento, più che di “vertical farms”, sarebbe più corretto parlare di “fabbriche dell'insalata”. Il motivo è semplice: sono colture compatte, a sviluppo orizzontale e ciclo breve, quindi ben si prestano a sistemi fuori suolo a ciclo chiuso continuo e a elevata automazione, che in alcuni casi è già arrivata alla robotizzazione integrale.
A volte si tratta di sistemi “statici”, ovvero con piani di coltura fissi, mentre in molti altri si è puntato su modelli “mobili” di vario tipo: tubi rotanti attorno a un asse centrale; bancali mobili estraibili; canalette fissate a strutture triangolari (A-frame) in lenta rotazione verticale, come il sistema messo a punto a Singapore.
Il principale motivo per cui molti ricercatori si stanno orientando verso sistemi mobili è presto detto: tutte le serre verticali hanno già dimostrato molti vantaggi (ciclo chiuso, ottimizzazione dell'uso del suolo, azzeramento della difesa chimica, ecc.), ma hanno anche un enorme tallone d'Achille: la competizione per la radiazione solare tra i vari livelli, per cui qualsiasi sistema multi-strato, che non faccia uso della luce artificiale, è destinato inevitabilmente a fallire.
Tutte le coltivazioni multistrato, infatti, si scontrano prima o poi con una legge fondamentale della fisica, che non è possibile aggirare in alcun modo: la radiazione solare arriva sul nostro pianeta per unità di superficie e non di volume (W/m2, Joule/cm2, ecc.). Se un fotone di lunghezza d'onda idonea alla fotosintesi, ovvero tra circa 400 e 700 nm (Par = Photosynthetic active radiation), viene intercettato e utilizzato da un livello di coltura, poi non è più utilizzabile da quello sottostante.
Se qualcuno dei lettori fosse ancora scettico e volesse togliersi la curiosità, può studiarsi, ad esempio, il sito della Skygreens di Singapore dove, destreggiandosi tra vari dati approssimativi (o opportunamente occultati?), arriverà comunque alla conclusione che le rese del sistema verticale mobile descritto, non sono alla fine diverse da quelle di sistemi Nft a sviluppo orizzontale, già esistenti da tempo sul mercato (Belgio, Olanda, Inghilterra, Stati Uniti, ecc.). Simili ragionamenti e conclusioni sono già stati sviluppati a proposito delle cosiddette serre fotovoltaiche, dove la competizione non è tra due piani di coltura, ma tra un livello di pannelli e uno di piante, in ogni caso il problema non cambia di molto.
Illuminazione artificiale a Led
Alcune aziende, che hanno come obiettivo di mettere a punto sistemi fuori suolo multistrato di tipo commerciale, ovvero da offrire sul mercato a potenziali investitori, i quali inevitabilmente vorranno verificarne nella pratica la reale sostenibilità tecnica e finanziaria, hanno già “digerito” il problema e si stanno orientando verso l'illuminazione integrale con lampade a Led.
I Led sono luci “fredde”, o che è possibile raffreddare molto facilmente, quindi si possono collocare quasi a diretto contatto con le colture, requisito fondamentale nei sistemi sovrapposti, per ottimizzare l'uso del volume dell'ambiente di coltivazione. Inoltre, sviluppano solo le radiazioni necessarie alla fotosintesi (rosso vicino) e foto-morfogenesi (blu-violetto) delle piante; hanno un indice di conversione energia elettrica/luminosa elevato, quindi maggiore resa delle tradizionali lampade a vapori di sodio, utilizzate tradizionalmente nelle serre. Esistono già molti esempi anche di colture a sviluppo orizzontale con illuminazione “ibrida”: vapori di sodio + Led + luce naturale, o Led + luce naturale.
Per molte colture si sono già messe a punto e verificate con successo delle vere e proprie “ricette luminose” a Led (lattughe, basilico, kalancoe, crisantemo, ecc.), sia ibrida con luce naturale, sia integrale. L'illuminazione ibrida, pur richiedendo investimenti oggi troppo onerosi, ha comunque dimostrato la sua fattibilità tecnica e, anche se nel lungo periodo, pure quella economica.
Tutti i calcoli teorici e i primi prototipi di colture multi-strato a illuminazione artificiale integrale a Led, invece, non hanno ancora dimostrato la fattibilità finanziaria in tempi ragionevoli, in quanto la bolletta energetica è decisamente molto alta. È vero che si ottengono anche moltissimi vantaggi dal sistema (massimizzazione dell'uso del suolo, minimizzazione del consumo di acqua e fertilizzanti, azzeramento dei pesticidi, automazione quasi integrale, km 0 in caso di coltivazione presso il centro di distribuzione o vendita, ecc.), ma questi vengono soverchiati oggi da un costo energetico difficilmente sostenibile.
Questo non significa che si debbano escludere a priori possibili soluzioni future. Una di queste, ad esempio, anche se allo stato ancora embrionale, prevede la coltivazione multistrato in celle chiuse e coibentate, dove il controllo climatico risulta quindi facile e non particolarmente costoso, con cattura della radiazione solare esterna a opera di pellicole dielettriche, quindi suo trasferimento diretto tramite fibre ottiche e diffusori all'interno delle celle.
È ovvio, sempre per la legge fisica ricordata prima, che la superficie dielettrica dovrà essere più o meno pari a quella coltivata, ma questo non preclude di immaginare la fattibilità pratica di vertical farms in un contesto urbano.
Analoghi ragionamenti a quelli per insalate ed erbe aromatiche si possono estendere a colture orticole da frutto (pomodori, peperoni, cetrioli, ecc.), anche se occorre tener presente che il fabbisogno energetico di una coltura da frutto è più che doppio rispetto a colture da foglia e che si tratta di colture a sviluppo verticale. A quest'ultimo problema, tuttavia, può venire in aiuto la genetica (varietà nane e compatte, ad esempio) o la tecnica colturale (concentrazione della fase vivaistica e improduttiva).
Tecnologie attuali e futuribili
In attesa che nuove tecnologie, o mutate condizioni sociali e finanziarie, rendano fattibili le “vertical farms”, va ricordato, tuttavia, che vere e proprie “fabbriche dell'insalata” già esistono da tempo. Una è stata avviata recentemente anche in Italia e presentata al Fruit Logistica di Berlino di febbraio 2013.
Alcune si basano sulla coltivazione in contenitori alveolari, fertirrigati da barre mobili sovra-chioma o da sistemi a bancali con flusso e riflusso (ebb&flood), molto usati ad esempio in Russia; un'altra soluzione riguarda la cosiddetta idroponica galleggiante (floating hydroponics), praticata oggi in Olanda anche all'aperto; ma il sistema attualmente più diffuso è sicuramente l'Nft (Nutrient film technique).
In Belgio è una realtà collaudata da ormai più di 15 anni, ma è usato anche nei Paesi scandinavi (soprattutto Danimarca e Svezia), Gran Bretagna, Stati Uniti, Australia e Cile. Proprio in questi giorni anche la Cina si sta avviando su questa strada.
L'Nft è uno dei più classici sistemi fuori suolo. È basato su canalette in PVC chiuse, in cui una soluzione nutritiva, completa di macro- e micro-elementi, scorre di continuo o a intermittenza sul fondo (il termine film si riferisce infatti al sottile strato di soluzione che scorre nelle canalette). Le radici delle piante si sviluppano per tutto il ciclo colturale in una “zona di transizione” tra acqua e aria, in modo da venir rifornite efficacemente sia di acqua e nutrienti, che di ossigeno per la respirazione. La soluzione può anche essere riscaldata d'inverno e raffreddata d'estate, in modo da tenere sempre le radici alla temperatura ideale.
La soluzione viene stoccata, recuperata e reintegrata continuamente in un serbatoio generalmente interrato, quindi è un sistema totalmente a ciclo chiuso, che minimizza l'uso di acqua e fertilizzanti, senza perdite nell'ambiente.
Il ciclo colturale inizia con la semina delle piantine in cubetti di lana di roccia o, soprattutto, di torba pressata. Quindi vengono trasferite a mano, ma si può fare anche con bracci robotici, negli appositi fori delle canalette, che vengono poi “caricate” lungo una delle due testate di ogni navata in un sistema mobile che le trasporta lentamente verso la testata successiva. Nel corso del lento avanzamento avviene anche la spaziatura progressiva man mano che i cespi di lattuga si ingrossano.
In quasi tutti gli impianti Nft si fa uso anche dell'illuminazione fotosintetica supplementare. La densità di lampade varia lungo la navata, in modo da aumentare l'integrazione di radiazione al crescere della coltura.
La lattuga multicolor
Le tipologie di lattuga più utilizzate sono oggi la cappuccia, la lollo bionda e rossa e la lattuga rossa a foglie di quercia. I migliori utili attualmente vengono ottenuti, tuttavia, con una combinazione di queste ultime tre, ovvero con la cosiddetta “lattuga multicolor”. Seminando 3 diverse varietà per ogni cubetto si raggiunge la maturità commerciale molto più rapidamente, quindi si accorciano i cicli.
La raccolta avviene dalla parte opposta di ciascuna navata: ciascun cespo viene leggermente ripulito delle 2-3 foglie più vecchie alla base e imbustato in sacchetti di plastica trasparente con il cubo di torba e le radici attaccate. La canaletta viene immediatamente lavata e sterilizzata e ritorna automaticamente all'estremo opposto per essere nuovamente ricaricata di piante.
Tante canalette vengono raccolte ogni giorno, tante ne vengono trapiantate: in questo modo la serra è sempre occupata al 100% dalla coltura e si può realizzare un vero e proprio ciclo continuo della lattuga.
La produttività di questi impianti varia molto a seconda della pezzatura finale richiesta dal mercato. In Belgio, ad esempio, con cespi di 400-450 g si producono 1,8-2 milioni di pezzi/ha all'anno (200 cespi/m2). In Scandinavia, invece, dove si preferiscono cespi di 160-200 g si può tranquillamente arrivare a rese di 5-5,5 milioni di pezzi/ha all'anno.
Il valore dell'investimento e, quindi, dell'ammortamento, dipendono ovviamente sia dal livello di automazione che si sceglie, in funzione delle condizioni locali di mercato e del costo del lavoro, sia dal costo del denaro e dai tempi di finanziamento concessi dalle banche.
Le fabbriche d'insalata, basate sull'Nft a canalette mobili. sono quindi già una solida realtà, ma nel prossimo futuro c'è spazio anche per le “vertical farms”, purché si riescano a trovare soluzioni sostenibili per l'illuminazione artificiale integrale, richiesta da questi sistemi multi-strato.
(*) Ceres srl - Società di consulenza in Agricoltura
