Il progetto EUPHOROS: verso la serra a zero emissioni Cecilia Stanghellini, Wageningen UR Greenhouse Horticulture cecilia.stanghellini@wur.nl
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
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)
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)
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
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
La radiazione solare e i materiali di copertura moderni calore fotosintesi calore fotosintesi + calore temperatura interiore Morfogenesi Colore & Insetti
in the dark light-saturated
Effetto dell haze (misura della diffusione)
Net photosynthesis produzione del cetriolo foglie in alto foglie in basso haze 70% foglie in basso vetro standard Incident light Dueck et al., 2009
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
Frazione di luce diretta a varie latitudini radiazione solare totale, MJ/m 2 mese 1000 800 600 400 32 N 41 N 52 N Tucson Bari De Bilt 0.8 0.6 0.4 radiazione diretta/totale 200 0.2 0 0 inverno primavera estate autunno
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
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
Ventilation flow (m 3 /s) Effetto della pendenza del tetto sulla ventilazione 40 35 30 25 20 15 10 5 0 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 = 0,93 0 1 2 3 4 5 6 7 Wind speed (m/s) Roof slope: 12 º Roof slope 25 º Roof slope 18 º Roof slope 30 º Baeza, 2007
Disegno per migliorare la ventilazione Uso di deflettori Pendenza della copertura almeno 25 º Larghezza della serra al massimo 50-60 m Colored By Velocity Magnitude (m/s) Baeza, 2007 Dec 28, 2006 FLUENT 6.2 (2d, segregated, ske) m/s 5.5 5.2 4.9 4.7 4.4 4.1 3.8 3.6 3.3 3 2.7 2.5 2.2 1.9 1.6 1.4 1.1 0.83 0.55 0.28 0.0048 Velocity Vector
Disegni innovativi in corso di valutazione
Condensazione = perdita di luce (~9%) Pendenza elevata riduce il gocciolamento Superficie anti-drop in aggiunta evita perdita di luce
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
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
Gestione della ventilazione = aperture regolabili o C 40 35 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 2 480 30 25 spazio per la gestione della ventilazione 360 240 20 120 15 19/10/2008 00:00 19/10/2008 12:00 20/10/2008 00:00 20/10/2008 12:00 21/10/2008 00:00 0
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
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
Temperature, C Immagazzinamento termico e temperatura Greenhouse temperatures 30 25 20 serra chiusa (immagazz.) serra controllo 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 time of day Time, h esterno Tcgh Plant Temp Open house Ext temp Esteban Baeza
Immagazzinamento termico passivo o C 37 temperatura serra temperatura suolo 32 27 22 17 18/10/2008 06:00 19/10/2008 06:00 20/10/2008 06:00 21/10/2008 06:00 22/10/2008 06:00
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)
Irrigazione intelligente = acqua quando serve Treatment Water Use (mm) Fertilizer (Kg N /ha) Mean Crop Weight (g) Class 1 (%) A (ref) 186 100 516 98.6 B 70 100 528 98.8 C 70 83 592 97.2 D 70 58 595 98.4 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
Irrigazione a ciclo chiuso su substrato Euphoros consortium, Incrocci: 2010 Leaching Supply Saving Open Closed % Water m 3 ha 1 1067 5334 3982 25 N kg ha 1 211.7 1041 621 40 P kg ha 1 21 196 149 24 K kg ha 1 230.7 1384 1234 11 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
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
Fertilizzazione carbonica Concentración CO2 (ppm) 1000 900 Evolución serra de las concentraciones de CO2 chiusa 800 700 600 500 400 300 0:00:00 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
E in una serra ventilata? o C 40 500 35 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 2 500 ppm 450 480 400 30 400 360 25 300 concentrazione CO 2 serra ventilata concentrazione CO 2 serra poco ventilata 350 240 300 Co2 a Co2 b 20 120 250 15 200 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 19/10/2008 00:00 19/10/2008 12:00 20/10/2008 00:00 20/10/2008 12:00 21/10/2008 00:00 0 200
Fertilizzazione carbonica economica Risultato per due compartimenti (uno molto ventilato e uno no) W/m2 600 volumes/h 120 500 100 400 300 200 100 80 60 40 20 sun radiation ventilation rate cool greenhouse ventilation rate warm greenhouse 0 06 08 10 12 14 16 18 hours of day 0
Riepilogo: efficienza di uso della luce di vari sistemi Raccolto vendibile ciliegini a grappolo (Kg/m 2 ) raccolto vendibile kg/m 2 32 24 16 8 0 tecnologia NL 30 g/kwh RG produttore NL in ES VR tecnologica 20 g/kwh passiva 10 g/kwh 0 300 600 900 1200 1500 radiazione solare esterna kwh/m 2 Possibili fattori limitanti: trasmissività della serra temperatura (caldo/freddo) anidride carbonica altri (gestione della coltura)
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
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?