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domenica, 14 Luglio 2024

Risparmia Energia: anche in serra

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Nel progetto AGROENER “Energia dall’agricoltura: innovazioni sostenibili per la bioeconomia”, i ricercatori del CREA hanno valutato il consumo energetico complessivo di un impianto di riscaldamento basale collegato ad una pompa di calore, come sistema alternativo per le colture in serra rispetto ad un impianto tradizionale, basato su un sistema di riscaldamento ad aria. I risultati del confronto evidenziano un risparmio energetico a fronte, però, di produzioni agricole qualitativamente e qualitativamente simili a quelle ottenute con i tradizionali sistemi di riscaldamento.

Diffusione delle colture protette

Tra le nazioni europee, le maggiori produzioni sono concentrate nei Paesi Bassi, in Italia, Germania, Spagna, Francia, Polonia, Danimarca e Belgio. In Italia la produzione lorda vendibile del settore florovivaistico ha un valore pari a 1,6 miliardi di euro. Dall’ultimo Censimento generale dell’Agricoltura, svolto dall’ISTAT nel 2010, risulta che le aziende agricole attive nel settore sono circa 21500, delle quali circa 2/3 producono fiori mentre le restanti coltivano piante e arbusti.

Il 66% di esse è situata nelle regioni del centro-nord. La superficie complessiva utilizzata nel settore è di circa 29000 ha, con una dimensione media aziendale di 2,1 ha nel vivaismo e di 0,9 ha nella floricoltura. In termini economici, il comparto florovivaistico in Italia supera il 5% del valore complessivo della produzione agricola nazionale ed è costituito per metà dalle produzioni di fiori e piante in vaso e per l’altra metà dagli altri prodotti del vivaismo (alberi, piante e arbusti). Le produzioni di fiori recisi e specie da fronda si concentrano in Campania, Puglia, Liguria, Sicilia, Toscana e Lazio, mentre le altre produzioni sono più diffuse a livello nazionale, pur riscontrando alcune particolari specializzazioni, come nei casi della Liguria per le piante aromatiche e altre piante da esterno; la Lombardia per acidofile, latifoglie e conifere; la Toscana per conifere, specie arboree a foglia caduca, alberi da frutta e arbusti ornamentali; il Lazio per alcune specie di piante mediterranee e la Sicilia per la produzione di agrumi ornamentali, piante grasse e palme.

Consumi energetici per la gestione delle serre

Il consumo annuale di energia delle colture protette nell’area del bacino del Mediterraneo si attesta ad un valore medio di 60 – 80 kWh/m2 , mentre nell’Europa centro settentrionale si arriva a 460 – 930 kWh/m2. Consumi di questo livello si possono ritrovare anche in serre floricole presenti in alcune aree dell’Italia settentrionale. In riferimento a una superficie complessiva di 6000 ha di

serre riscaldate durante l’inverno in Italia, il consumo energetico per il loro riscaldamento si stima che corrisponda a706.786 tep (tonnellate equivalenti di petrolio).

Questi livelli di consumo determinano un’incidenza media del 30 – 40 % sui costi di produzione in ambiente protetto.

Allo scopo di valutare delle tecnologie di risparmio energetico nelle colture protette, nella serra sperimentale del CREA Orticoltura e Florovivaismo di Pescia, nell’ambito del Progetto AGROENER, si sono effettuate prove di rilievo dei consumi energetici di tre impianti sperimentali di riscaldamento posti a confronto tra loro: 1. Un impianto di riscaldamento basale collegato ad una caldaia a condensazione alimentata con GPL (BS+CB); 2. Un impianto di riscaldamento basale collegato ad una pompa di calore del tipo acqua – aria ad alimentazione elettrica (BS+HP); 3. Un generatore di calore di tipo aria-aria alimentato a gasolio (AS+AH), che rappresenta una soluzione molto diffusa nel settore serricolo (figura 1). I primi due impianti si trovavano in una metà della serra termicamente isolata dall’altra metà nella quale era presente il solo generatore di calore. Nello schema seguente sono rappresentate le zone della serra di prova e la disposizione degli impianti di riscaldamento posti a confronto.

AGROENER

A seguito della crescente domanda di innovazione finalizzata al contenimento della spesa energetica e della riduzione delle emissioni inquinanti in agricoltura, nel 2016 il Ministero per le Politiche Agricole Alimentari e Forestali ha finanziato al CREA lo sviluppo del progetto “Energia dall’agricoltura: innovazioni sostenibili per la bioeconomia”, acronimo “AGROENER”, che si articola all’interno del comparto delle agro-bio-energie. Tra le tematiche di ricerca finanziate dal progetto, una è finalizzata alla valutazione della sostenibilità economica e ambientale degli impianti di generazione di calore che sfruttano fonti di energia alternative al gasolio ed al GPL utilizzati nel settore della serricoltura, con particolare riferimento agli impianti di riscaldamento a pompa di calore. L’innovazione riguarda l’introduzione della tecnologia delle pompe di calore che, nonostante il crescente interesse in ambito civile, non presenta ancora diffusione nell’applicazione alle serre. Nel corso dei sei anni di durata del progetto, la ricerca condotta presso la sede del Centro di ricerca Orticoltura e Florovivaismo (CREA-OF) di Pescia (PT) è stata sviluppata, con la collaborazione dei ricercatori Daniele Massa, Gianluca Burchi, Sonia Cacini, Carlo Bisaglia, Maurizio Cutini, Massimo Brambilla, Corrado Costa, Simone Figorilli, Francesca Antonucci e Mauro Pagano. Utilizzando le strutture presenti in una delle serre del Centro, attraverso varie prove sperimentali è stato possibile valutare il consumo energetico complessivo di un impianto di riscaldamento basale collegato ad una pompa di calore come sistema alternativo per la coltivazione di colture con canopy ridotta come il basilico, rispetto ad un impianto tradizionale, basato su un sistema di riscaldamento ad aria.

Figura 1. Suddivisione schematica delle tre zone della serra prova: zona con riscaldamento basale collegato alla pompa di calore (BS+HP), zona con riscaldamento basale collegato alla caldaia a GPL (BS+CB), zona con riscaldamento dell’intero volume ottenuto con un generatore di calore alimentato a gasolio (AS+AH).

Nel corso della stagione invernale, all’interno dei bancali di coltivazione presenti nelle tre zone è stata trapiantata una coltura di basilico per ottenere un riscontro sull’accrescimento delle piante e sulla loro produttività. I dati relativi al consumo energetico (tabella 1) sono stati riferiti alle superfici effettivamente occupate dalla coltura e al peso fresco delle produzioni ottenute alla fine del ciclo colturale.

Impianto di riscaldamento utilizzatoEnergia consumata per grammo di prodotto fresco raccolto (kWh/g)
riscaldamento basale con pompa di calore elettrica (bs+hp)0,08
riscaldamento basale con caldaia alimentata con gpl (bs+cb)0,15
generatore di calore a gasolio (as+ah)0,15
Tabella 1. Sintesi dei dati relativi ai consumi energetici rilevati nel corso del ciclo colturale invernale del basilico.

Dai risultati esposti in tabella, si nota come il consumo di energia per unità di prodotto fresco raccolto del sistema BS+CB sia risultato simile a quello del sistema AS+AH (0,15 kWh/g). Il sistema di riscaldamento con pompa di calore BS+HP ha fatto invece registrare un consumo energetico di 0,08 kWh/g, ottenendo perciò un risparmio energetico pari al 44% rispetto agli altri due sistemi.

Appare così dimostrata l’adattabilità delle pompe di calore alle condizioni climatiche della zona e la loro potenziale efficienza, confermando così la possibilità di utilizzarle in agricoltura, anche

come semplice installazione in una serra già esistente, pur mantenendo la possibilità di ottenere produzioni agricole qualitativamente e qualitativamente confrontabili rispetto ai tradizionali sistemi di riscaldamento.

È opportuno considerare che in alcune modalità colturali, o in caso di coltivazione di altre specie, gli impianti di riscaldamento basale o a pavimento oppure alimentati da sorgenti termiche a temperatura moderata possono produrre una limitazione nella resa termica dell’impianto radiante e potrebbero perciò risultare insufficienti a coprire tutte le esigenze di riscaldamento nei periodi invernali più freddi.

È importante considerare che, anche se la pompa di calore potesse essere utilizzata per impianti in serra e risultasse più efficiente rispetto ad altri generatori di calore convenzionali, ciò non si tradurrebbe automaticamente anche in un risparmio economico, perché la spesa dipende dal costo unitario dell’energia elettrica o del combustibile (GPL, metano o gasolio) e dalla tariffa fissa del fornitore. La valutazione ambientale del layout dell’impianto a pompa di calore, utilizzando energia dalla rete elettrica, non consente comunque una valutazione ambientale univoca.

È in ogni caso interessante in questi termini considerare anche l’approccio del Consiglio europeo per un’economia efficiente dal punto di vista energetico, espresso recentemente attraverso la pubblicazione di un documento sul concetto di “sufficienza energetica”, basato sul riconoscimento che le politiche di efficienza energetica da sole non bastano a invertire la crescente domanda di servizi energetici costosi dal punto di vista ambientale.

La definizione più semplice di “sufficienza” è “una quantità di qualcosa che è sufficiente per uno scopo particolare”.

Quando ci si riferisce all’energia, definita come la capacità di fare lavoro, e all’efficienza energetica, intesa come la misura del rapporto tra output e input di energia, diventa chiaro che la sufficienza energetica diventa un’idea di ordine superiore, secondo cui gli impianti o processi produttivi “sufficienti” sono quelli che portano, per definizione, al minor fabbisogno energetico in termini assoluti.

I risultati raggiunti si conformano a questo recente concetto in quanto l’analisi energetica delle tre opzioni di riscaldamento sperimentali ha mostrato che tutte forniscono una serra con un adeguato riscaldamento della zona radicale nel periodo invernale.

Da un lato, questi risparmi sottolineano il ruolo chiave che la tecnologia delle pompe di calore svolge nel supportare la sostenibilità energetica delle coltivazioni in serra orticola e floricola; dall’altro, aprono problemi di estensione dell’applicabilità della pompa di calore in agricoltura, anche senza il suo accoppiamento con soluzioni geotermiche o fotovoltaiche.

La fonte dell’energia elettrica deve, tuttavia, essere considerata in quanto influenza l’efficienza complessiva del sistema.

L’insieme dei risultati ottenuti nel corso dello sviluppo del progetto AGROENER indica come sia utile sperimentare tecnologie di nuovo inserimento nel settore primario allo scopo di perseguire i vantaggi che ne derivano dall’uso.

I risultati di queste attività potranno contribuire allo sviluppo di ulteriori ricerche per l’approfondimento della conoscenza e dei limiti tecnici degli impianti innovativi in riferimento all’energia utilizzata dagli impianti ed alla loro efficienza energetica.

Marco Fedrizzi,
CREA Centro di ricerca Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari

Primo ricercatore in servizio presso la sede di Monterotondo (RM) del Centro di ricerca Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari.

#lafrase: L’agricoltura sembra molto semplice quando il tuo aratro è una matita e sei a un migliaio di miglia dal campo di grano (Dwight Eisenhower)

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