E.I.G.S. Vertical Farm - Pistoia Energy Indoor Growing System: un sistema autosufficiente per la coltivazione in verticale.
Motivazione
Il crescente sviluppo dei centri urbani, e la conseguente espansione territoriale, ha sottratto (e continuerà a farlo) un’enorme quantità di spazio dedicato alle attività agricole.
Questo fenomeno ha portato alla dislocazione dell’attività di coltivazione nelle aree rurali e remote, le quali per rispondere alla domanda proveniente dal mercato sono costrette a forzare i processi di produzione, contribuendo alla generazione di elevate quantità di calore, CO2, acque di scarico e altri rifiuti. Oggi, infatti, lo sfruttamento tradizionale per scopi agricoli porta a un consumo annuo del 24% delle risorse idriche a livello Europeo, a un’emissione annua di gas serra pari al 9% del totale su scala Europea e a un consumo annuo di energia elettrica, nella sola Italia, pari a 10 Mtep, di cui l’85% addebitabile alla voce “energia fossile” e il restante 15% alla voce “energia elettrica”.
La risposta efficace a questo problema può arrivare dall’applicazione di tecnologie green all’agricoltura urbana, fenomeno che seppur in fase embrionale ha dimostrato di portare benefici tangibili, così da aiutare a superare le carenze dei sistemi alimentari urbani, fornendo le città con altri servizi eco sistemici.
La soluzione: E.I.G.S. (Energy Indoor Growing System)
Le vertical farm sono edifici che mirano a ricreare, in ambiente controllato, Ie condizioni ambientali adatte alla crescita di tutte quelle tipologie di piante e ortaggi, le cui dimensioni fisiche lo consentono.
Possono essere interi grattacieli adibiti alla coltivazione, possono essere piccoli edifici specializzati o possono essere, come nella parasite architecture, costruzioni che si vanno ad innestare su edifici esistenti.
La filosofia di queste farm nasce dall’esigenza di fornire agli abitanti di metropoli o di semplici comparti urbani cibi e risorse vegetali con elevate qualità nutrizionali, producendoli in loco, abbattendo drasticamente il consumo di suolo, riducendo dall’80 al 95% l’impatto generato dal trasporto dei prodotti agricoli nelle città e mettendo l’innovazione tecnologica a servizio dell’ambiente.
Il sistema E.I.G.S. di seguito illustrato è applicabile su ampia scala, ma al fine di concretizzare i concetti espressi si farà riferimento alle specifiche del progetto approvato dal Comune di Pistoia per la realizzazione di un centro pilota composto da quattro camere di crescita adibite alla coltivazione di quattro diverse tipologie di colture.
Il sistema E.I.G.S. combina le tecniche del vertical farming con sistemi di produzione di energia da fonti rinnovabili, tarati in base alla posizione geografica del sito, al fine di moltiplicare in maniera consistente la capacità produttiva di una data superficie, in completa autonomia energetica.
E.I.G.S. applica un sistema di coltivazione a palchi contrapposti con tecnologia aero-idroponica (fuori suolo e senza suolo), in un ambiente sterile controllato (temperatura, umidità, luce, nutrimento), dove grazie all’integrazione di specifiche lampade led e al controllo del microclima interno è possibile gestire i cicli stagionale e quelli notte-giorno, ottimizzando le capacità produttive (fino a quattro cicli annui per una superficie di coltivo incrementata rispetto a quella effettivamente ingombrata), riducendo il consumo di acqua del 80% e annullando l’impiego di anticrittogamici grazie ad un sistema chiuso e controllato, in cui viene reintegrata solo la soluzione nutritiva effettivamente assorbita dalle piante.
In particolare il sistema di coltivazione E.I.G.S. è composto da: a. impianti di coltivazione aero-idroponica di ultima generazione inseriti in ambiente climaticamente controllato h24 e atti allo sviluppo di cultivar a velocità aumentata; b. sistema di distribuzione puntuale della soluzione nutritiva con impianto per il riciclaggio della stessa attraverso vasche di raccolta e ossigenazione; c. lampade led specifiche per la coltivazione ed il controllo dei cicli notte-giorno; d. telecamere di monitoraggio dotate di sensore a riconoscimento crono-morfologico.
Oltre ad ottimizzare l’utilizzo di spazio, acqua e nutrienti come descritto, E.I.G.S. risulta completamente autosufficiente dal punto di vista energetico, grazie ad un sistema di produzione di energia da fonte rinnovabile integrato nello spazio d’installazione delle vertical farm composto da: a. sistema di frantumazione, essiccazione, gassificazione delle ramaglie e scarti di potatura, dal quale derivano elettricità e calore; b. mini sistema di compostaggio (a ciclo chiuso) per gli sfalci non impiegabili per valorizzazione energetica diretta; c. fotovoltaico dinamico integrato nell’involucro; d. microeolico integrato nell’involucro; e. sonde geotermiche orizzontali e verticali; f. fitodepurazione intensiva e accumulo per il recupero delle acque meteoriche. Il centro E.I.G.S., progettato per l’area urbana di Pistoia, raccoglie in se un insieme di tecnologie ingegneristiche strutturali, impiantistiche e agronomiche che gli conferiscono le seguenti caratteristiche prestazionali: a. 5.400 mq di superficie coltivabile a fronte di 2.400 mq di suolo occupato
Il rapporto tra superficie occupata e superficie di coltivo sviluppato con la tecnologia E.I.G.S. è governato dalla seguente relazione: Mqc = Mqos * kdove: Mqc = metri quadrati di coltivo Mqos = metri quadri di occupazione suolo k = costante la costante k dipende dai seguenti parametri: - Altezza dell’edificio - Numero dei palchi di coltivo posti sulle rastrelliere; - Superficie di palco di coltivo per metro lineare di rastrelliera; - Interasse tra le rastrelliere; - Forma del palco di coltivo. Nel caso del progetto E.I.G.S. di Pistoia il valore di k risulta uguale a 2,25.
b. Potenzialità di coltivo pari a 10.640 piante a ciclo con possibilità di quattro (4) cicli annui per determinate colture; c. Sistema di recupero, stoccaggio e reimpiego idrico da acqua meteorica con capacità di 450 m³ già disoleata e desabbiata in grado di rendere autonomo il sistema; d. Utilizzo dello scarto derivante da manutenzione di verde urbano pubblico secondo due modalità:
- Frantumazione, essiccazione e pirogassificazione dello sfalcio legnoso attraverso impianto dedicato ed integrato nel sito, avente potenza elettrica di 200 kWe e termica di 580 kWt; - Conferimento in compostiera (integrata nel progetto) di quota parte dello sfalcio erboso per la produzione di sostanze fertilizzanti con un tasso di conversione dei rifiuti in fertilizzante del 70%.
e. Impianto fotovoltaico integrato sulla copertura dello spazio di pirogassificazione e compostaggio, potenza elettrica installata di 120 kWe. f. Impianto fotovoltaico a luce filtrante, integrato nell’involucro trasparente delle camere di crescita, avente potenza elettrica installata di 170 kWe; g. Impianto mini eolico integrato nelle strutture di laboratori, con potenza elettrica installata di 60 kWe; Le potenze elettriche e termiche in gioco sono di seguito riassunte: - p. e. di picco installata attraverso tecnologie da fonte rinnovabile: 550 kWe; - p. e. di accumulo attraverso sistemi batteria Powerwall: 640 kWe; - p. e. nominale assorbita dal Centro E.I.G.S: 538 kWe.
- p. t. di picco installata attraverso tecnologie da pirogassificazione: 580 kWt; - p. t. di picco ottenibile da sonde geotermiche: 80 kWt; - p. t. di picco ottenibile da sfruttamento dell’effetto serra: 65 kWt; - p. t. nominale assorbita dal Centro E.I.G.S: ~ 700 kWe.
Il progetto e la ricerca sono stati possibili grazie al finanziamento della Fondazione Cassa di Risparmio di Pistoia e Pescia.