La serra da utilizzatrice a fornitrice di energia?

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1 Firenze, 27 Settembre 21 La serra da utilizzatrice a fornitrice di energia?, Wageningen UR Greenhouse Horticulture cecilia.stanghellini@wur.nl Wageningen University & Research Center (WUR) unica facoltà d agricoltura dell Olanda WUR circa 5 persone Plant Science Animal Science Environment Wageningen UR Greenhouse Horticulture Fisiologia e gestione delle colture Patologia Tecnologia delle serre Gestione aziendale Ricerca Formazione AgroTechnology & Food Circa 1 scenziati e 3 tecnici Circa 6 studenti, PhD, MSc, Erasmus & BSc Social Science Indice: Introduzione: il sistema serra utilizza energia Produzione vegetale agricoltura = conversione di energia solare in valore economico con l aiuto di altre risorse Serre che forniscono energia: Olanda: la serra come sorgente di calore Italia: la serra che produce energia elettrica Conclusione pomodori: 5-6 kg/m 2 in campo 7-8 kg in serra energia clima coltura prodotto mercato acqua concimi 1

2 Firenze, 27 Settembre 21 Il Westland Olandese Il Campo de Dalìas vicino Almeria e contrada Gaspanella, vicino a Vittoria litri acqua per kg pomodori Uso d acqua del pomodoro (litri/kg pomodori ) uso crescente di tecnologia A. Israele & Spagna, campo, irrigazione a goccia B. Spagna, serra 'parral' non scaldata C. Israele, serra ferro-vetro non scaldata D. Spagna, 'parral' non scaldata, ventilazione anche zenitale E. Olanda, serra ferro-vetro a alta tecnologia F. Olanda, come sopra, irrigazione a ciclo chiuso G. Olanda, serra "chiusa" A B C D E F G Van Kooten, Heuvelink & Stanghellini, 28 Efficienza d uso del suolo, esempio: le serre Olandesi occupano < 1% dell area agricola del paese generano ~4% del prodotto interno agricolo Dutch Central Statistical Office, 28 2

3 Firenze, 27 Settembre 21 COME? Concetto di fattore limitante Ambiente radiazione [H 2 O] [CO 2 ] temperatura Zona radicale H 2 O Minerali Assimilazione Altri fattori possono essere limitanti (mg m -2 s -1 ) sun radiation (W/m 2 ) CO2 (vpm) assimilation (mg m -2-2 s s -1-1 ) ) S1 6 6 S7 3 sun radiation (W/m 2 3 S4 sun radiation (W/m 2 ) 2 ) assimilation CO2 1 1 CO2 (vpm) CO2 S1 Il buon bilancio luce sink-limited piante bilanciate temperatura source-limited L importanza di luce&temperatura è nota da tempo i cetrioli per l insaziabile golosità dell imperatore Tiberio venivano coltivati in ceste dotate di ruote Cosí che si potevano metter facilmente al sole E neigiornifreddipotevano essere ritirati dentro strutture coperte di mica Plinius, Naturalis Historia Che facevano passare la luce del sole e anche quella di giorni senza sole Columella, de Re Rustica 3

4 Firenze, 27 Settembre 21 UV PAR NIR La radiazione solare e i materiali di copertura moderni Perchè funziona una serra? L energia solare viene catturata L energia in eccesso viene scaricata ventilando temperatura Morfogenesi Colore & Insetti calore fotosintesi + calore Adattamento della capacità di ventilazione Attitudine di un luogo per le colture radiazione solare (MJ/m 2.mese) Per un buono sviluppo 8 della coltura è necessaria Olanda una temperatura media di almeno 6 primavera 4 Riscaldamento temperatura esterna radiazione solare troppo bassa molti mesi all anno 2 autunno Temperatura media ( C) Energia aggiuntiva nelle produzioni NL La pressione sociale; gli stimoli finanziari e il costo dell energia hanno causato circa il dimezzamento dell uso di energia negli scorsi 25 anni cetriolo pomodoro peperone m 3 gas /kg MJ/kg 4

5 Firenze, 27 Settembre 21 Indice: The sky is the limit? troppo caldo Introduzione: il sistema serra utilizza energia Serre che forniscono energia: Olanda: la serra come sorgente di calore Italia: la serra che produce energia elettrica Conclusione temperatura tempo (1 anno o 1 giorno) troppo freddo.. temperatura ideale temperatura esterna temperatura serra non ventilata Immagazzinamento termico attivo raffreddamento riscaldamento Con immagazzinamento perfetto una serra ha un surplus annuo di energia, PERFINO alla latitudine dell Olanda immagazinamento utilizzo dell acquadi acqua calda calda Immagazzinamento a bassa temperatura In depositi d acqua [sotterranei] naturali o artificiali scambiatori di calore innovativi (e costosi) potenza di raffreddamento necessaria e che serve a poco perchèèacquaa neanche 2 o C surplus di energia che costa caro estrarre e che si potrebbe ventilar via senza spese ore in un anno 876 5

6 Firenze, 27 Settembre 21 e ora ci spostiamo in Sicilia radiazione solare annua: NL: 33 MJ/m 2 =9 kwh/m 2 Sicilia: 17 kwh/m 2 Toscana: 138 kwh/m 2 Temperatura media mensile & radiazione solare 6 in Olanda & Ragusa radiazione solare (MJ/m 2.mese) 8 4 Ragusa Olanda primavera autunno Temperatura media o ( C) raccolto di pomodori (kg/m 2 ) Andamento della produzione del pomodoro pomodoro ciliegino /11/8 2/1/9 3/3/9 2/5/9 1/7/9 data raccolto di pomodori (kg/m 2 ) Valore della radiazione solare nel pomodoro pomodoro ciliegino NL: 1 g/mj Mediterraneo: 4 g/mj radiazione solare esterna (MJ/m 2 ) Possibili fattori limitanti: trasmissività della serra temperatura (freddo/caldo) anidride carbonica altri E POCO la lunghezza della stagione di crescita Al prezzo di 1 /kg ciliegini il rendimento è.15 /kwh si puó far di meglio? Per esempio produrre anche energia elettrica Un po di conti Efficienza di conversione FotoVoltaico: 12%.15 ciliegini /kwh sole / 12% =.125 /kwh elettrico Quindi il prezzo del kwh el che bilancia la perdita di produzione = =.2.35 /kwh capitale Finchè qualcuno la paga di piú 6

7 Firenze, 27 Settembre 21 Quanti kwh si producono? Costi di capitale dei pannelli: 25 /kwh potenza istallata Campiotti, 21 Potenza 13 W/m /m 2 E quanti kwh si producono? Orientamento ottimale, Sicilia ~2 kwh/m2 anno Campiotti 21 2 anni = 4 kwh m 2 senza contare i costi dell integrazione architettonica CeRSAA, Savona Orientamento sub-ottimale, Liguria ~7 kwh/m2 anno Minuto et al., 21 2 anni = 14 kwh m 2 Costi di capitale.8 a.23 /kwh prodotto Quanto puó valere una coltura? Cajamar, Almeria, 29 Finora si è parlato di pomodori, altre colture sarebbero piú adatte? Costi tipici diproduzionein Almeria 58 k /Ha anno quasi 6 /m 2 anno A Fondi, LT, ~7 /m 2 anno Il prodotto deve valere almeno 8-1 /m 2 anno Quindi colture che crescono piú lentamente devono valer di piú Conclusioni Estrarre calore dalle serre per usi terzi puó costare piú energia di quanta ne rende OgniMJ dienergiasolaresiadopraunavoltasola: la produzione di energia fotovoltaica e di biomassa sono in competizione Mettere pannelli fotovoltaici sulle serre è intrinsecamente meno efficiente che metterli da qualunque altra parte Serre con buona produttività a zero fabbisogno energetico sarebbero già un ottimo passo avanti Grazie a: Fokke Buwalda, NL Ep Heuvelink, NL Bram Vanthoor, NL Azienda Fratelli Dezio, Vittoria, IT Stefano Poppi, Fondi, IT Carlo Alberto Campiotti, ENEA, Roma, IT Domande? 7