verso la serra a zero emissioni Cecilia Stanghellini, Wageningen UR Greenhouse Horticulture cecilia.stanghellini@wur.nl

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1 Il progetto EUPHOROS: verso la serra a zero emissioni Cecilia Stanghellini, Wageningen UR Greenhouse Horticulture cecilia.stanghellini@wur.nl

2 Scopo del progetto Nelle colture protette in Europa ridurre l uso di: Energie non rinnovabili Acqua e fertilizzanti Fitofarmaci Discarica di substrati Senza danneggiare la redditività delle colture protette

3 Partners: Istituti di ricerca Wageningen UR Greenhouse Horticulture (NL) Estación Experimental de la Fundación Cajamar (ES) IRTA Barcelona (ES) Università di Pisa (IT) University of Warwick (UK)

4 Partners: business HortiMaX (NL) Ciba poi assorbita da BasF (CH) GroGlass (LV) Perlite (IT) Terra Humana (HU) Cooperativa di produttori Morakert (HU), ora sostituita da Szent István University (HU)

5 Inutile spiegare l utilità delle serre, peró... Anche la produzione in serre non scaldate ha un Global Warming Potential equivalente a 220 g CO 2 per kg di pomodori L emissione di azoto puó raggiungere 2 g NO 3 per kg di pomodori Euphoros consortium, 2010 Sappiamo tutti che i profitti in questo momento sono scarsi (o non ci sono) Verranno adottati i miglioramenti ambientali che convengono anche agli orticoltori

6 Esempi ridurre l uso di risorse = progettazione intelligente materiali di copertura capacità di ventilazione ridurre lo spreco = gestione dei processi produttivi ventilazione immagazzinamento termico gestione dell irrigazione aumentare la produttività = gestione della coltura fertilizzazione carbonica sommario

7 La radiazione solare e i materiali di copertura moderni calore fotosintesi calore fotosintesi + calore temperatura interiore Morfogenesi Colore & Insetti

8 in the dark light-saturated

9 Effetto dell haze (misura della diffusione)

10 Net photosynthesis produzione del cetriolo foglie in alto foglie in basso haze 70% foglie in basso vetro standard Incident light Dueck et al., 2009

11 Net photosynthesis produzione cumulata (kg/m 2 ) produzione del cetriolo upper leaves Il vantaggio di un materiale diffusivo è probabilmente ancora maggiore a latitudini piú basse dell Olanda (52 o N) lower leaves high haze lower leaves standard cover high haze low haze reference Incident light Dueck et al., 2009

12 Frazione di luce diretta a varie latitudini radiazione solare totale, MJ/m 2 mese N 41 N 52 N Tucson Bari De Bilt radiazione diretta/totale inverno primavera estate autunno

13 Capacità di ventilazione: come funziona una serra? L energia solare viene catturata L energia in eccesso viene scaricata ventilando temperatura La ventilazione è il modo piú economico di eliminare energia solare in eccesso La capacità di ventilazione deve essere sufficiente anche nelle condizioni peggiori

14 temperatura L effetto della ventilazione sulla temperatura Con capacità di ventilazione limitata a temperatura al chiuso =f(clima e proprietà volte è della necessario copertura) mantenere bassa la temperatura di temperatura partenza al chiuso con calce capacità di ventilazione temperatura esterna tasso di ventilazione

15 Ventilation flow (m 3 /s) Effetto della pendenza del tetto sulla ventilazione Q = 5,62v R 2 = 0,96 Q = 5,28v R 2 = 0,97 Q = 4,46v R 2 = 0,96 Q = 2,95v R 2 = 0, Wind speed (m/s) Roof slope: 12 º Roof slope 25 º Roof slope 18 º Roof slope 30 º Baeza, 2007

16 Disegno per migliorare la ventilazione Uso di deflettori Pendenza della copertura almeno 25 º Larghezza della serra al massimo m Colored By Velocity Magnitude (m/s) Baeza, 2007 Dec 28, 2006 FLUENT 6.2 (2d, segregated, ske) m/s Velocity Vector

17 Disegni innovativi in corso di valutazione

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20 Condensazione = perdita di luce (~9%) Pendenza elevata riduce il gocciolamento Superficie anti-drop in aggiunta evita perdita di luce

21 Esempi ridurre l uso di risorse = progettazione intelligente materiali di copertura capacità di ventilazione ridurre lo spreco = gestione dei processi produttivi ventilazione immagazzinamento termico gestione dell irrigazione aumentare la produttività = gestione della coltura fertilizzazione carbonica sommario

22 temperatura L effetto della ventilazione sulla temperatura temperatura senza ventilazione (clima e proprietà della copertura) temperatura desiderata ventilazione attuale temperatura esterna tasso di ventilazione ventilazione necessaria

23 Gestione della ventilazione = aperture regolabili o C temperatura temperature unventilated serra non ventilata greenhouse temperatura temperature ventilated serra molto greenhouse ventilata temperatura outside temperature fuori radiazione sun radiation (W/m 2 ) 600 W/m spazio per la gestione della ventilazione /10/ :00 19/10/ :00 20/10/ :00 20/10/ :00 21/10/ :00 0

24 temperatura E se si potesse mettere da parte il calore? troppo caldo troppo freddo.. tempo (1 anno o 1 giorno) temperatura ideale temperatura esterna temperatura serra non ventilata

25 Immagazzinamento termico attivo raffreddamento riscaldamento Con immagazzinamento perfetto una serra ha un surplus annuo di energia, PERFINO alla latitudine dell Olanda immagazinamento utilizzo dell acqua di acqua calda calda Immagazzinamento a bassa temperatura In depositi d acqua [sotterranei] naturali o artificiali e quindi troppo surplus a latitudini piu basse! serra a ventilazione ridotta, ma non chiusa

26 Temperature, C Immagazzinamento termico e temperatura Greenhouse temperatures serra chiusa (immagazz.) serra controllo time of day Time, h esterno Tcgh Plant Temp Open house Ext temp Esteban Baeza

27 Immagazzinamento termico passivo o C 37 temperatura serra temperatura suolo /10/ :00 19/10/ :00 20/10/ :00 21/10/ :00 22/10/ :00

28 Irrigazione intelligente = meno emissioni minor uso di fertilizzanti Fertilizzanti possono eccedere il 10% dei costi di produzione (Cajamar, 2009; Euphoros consortium, 2010) Eppure gli orticoltori non fanno la fila per comprare migliorie al sistema di fertirrigazione... (Cuadrado Gomez, 2001; Euphoros consortium, 2010)

29 Irrigazione intelligente = acqua quando serve Treatment Water Use (mm) Fertilizer (Kg N /ha) Mean Crop Weight (g) Class 1 (%) A (ref) B C D Table 1. Total use of water and fertilisers for the lettuce experiment, nel suolo, and yeld results. The treatment A was irrigated as usual, the DSS managed the other three to maintain a preset soil water content, under various fertilisers (EU-FP6) supply L irrigazione era controllata da sensori programmati per evitare lisciviazione FLOW-AID consortium, 2010

30 Irrigazione a ciclo chiuso su substrato Euphoros consortium, Incrocci: 2010 Leaching Supply Saving Open Closed % Water m 3 ha N kg ha P kg ha K kg ha Investimento si paga in 2 anni E poi un guadagno circa 3500 /ha/anno Eppure Disagio con tecnologia sofisticata Sfiducia nell infrastruttura Paura di patologie radicali Scarso entusiasmo da parte degli orticoltori

31 Esempi ridurre l uso di risorse = progettazione intelligente materiali di copertura capacità di ventilazione ridurre lo spreco = gestione dei processi produttivi ventilazione immagazzinamento termico gestione dell irrigazione aumentare la produttività = gestione della coltura fertilizzazione carbonica sommario

32 Fertilizzazione carbonica Concentración CO2 (ppm) Evolución serra de las concentraciones de CO2 chiusa :00:00 4:48:00 9:36:00 14:24:00 19:12:00 0:00:00 4:48:00 time of day Hora del día CO2 modulo abierto[ppm] CO2 modulo cerrado [ppm] Esteban Baeza serra controllo

33 E in una serra ventilata? o C temperatura temperature unventilated serra non ventilata greenhouse temperatura temperature ventilated serra molto greenhouse ventilata temperatura outside temperature fuori radiazione sun radiation (W/m 2 ) 600 W/m ppm concentrazione CO 2 serra ventilata concentrazione CO 2 serra poco ventilata Co2 a Co2 b :00 12:00 00:00 12:00 00:00 19/10/ :00 19/10/ :00 20/10/ :00 20/10/ :00 21/10/ :

34 Fertilizzazione carbonica economica Risultato per due compartimenti (uno molto ventilato e uno no) W/m2 600 volumes/h sun radiation ventilation rate cool greenhouse ventilation rate warm greenhouse hours of day 0

35 Riepilogo: efficienza di uso della luce di vari sistemi Raccolto vendibile ciliegini a grappolo (Kg/m 2 ) raccolto vendibile kg/m tecnologia NL 30 g/kwh RG produttore NL in ES VR tecnologica 20 g/kwh passiva 10 g/kwh radiazione solare esterna kwh/m 2 Possibili fattori limitanti: trasmissività della serra temperatura (caldo/freddo) anidride carbonica altri (gestione della coltura)

36 Conclusioni L impatto ambientale delle serre puo essere molto diminuito da un uso efficiente di risorse naturali, in particolare la luce e l energia solare La tecnologia puo aiutare: strutture innovative; miglior gestione dei processi; e sensori innovativi (non ne ho parlato qui) Altre tecnologie [anche di riciclo] possono diminuire l impatto ambientale (non ne ho parlato qui) Durevolezza si ottiene solo affrontando contemporaneamente i fattori ambientali, economici e sociali Tanto alla fine sono gli orticoltori quelli che decidono se e in cosa investire

37 Grazie a: Silke Hemming, Wageningen, NL Jos Balendonck, Wageningen, NL Esteban Baeza, EEFC, ES Luca Incrocci, Università di Pisa, IT Juan Ignacio Montero, IRTA, ES Domande?