aquaponics
12.4 Maraponica e Aloponica
Sebbene l’acquaponica d’acqua dolce sia la tecnica acquaponica più ampiamente descritta e praticata, le risorse di acqua dolce per la produzione alimentare (agricoltura e acquacoltura) stanno diventando sempre più limitate e la salinità del suolo aumenta progressivamente in molte parti del mondo (Turcios e Papenbrock 2014). Ciò ha comportato un maggiore interesse e/o un passaggio verso fonti d’acqua alternative (ad esempio acqua salmastra ad alta salina e acqua di mare) e l’uso di pesci euryalina o di acqua salata, piante alofitiche, alghe e glicofiti a bassa tolleranza al sale (Joesting et al.
· Aquaponics Food Production Systems12.3 Algaeponica
12.3.1 Sfondo Le microalghe sono fotoautotrofi unicellulari (da 0,2 μm a 100 μm) e sono classificate in vari gruppi tassonomici. Le microalghe si trovano nella maggior parte degli ambienti, ma si trovano soprattutto in ambienti acquatici. Il fitoplancton è responsabile di oltre il 45% della produzione primaria mondiale e genera oltre il 50% di Osub2/sub atmosferico. In generale, non vi è alcuna differenza importante nella fotosintesi delle microalghe e delle piante superiori (Deppeler et al.
· Aquaponics Food Production Systems12.2 Aeroponica
12.2.1 Sfondo La National Aeronautics and Space Administration (NASA) degli Stati Uniti descrive l’aeroponica come il processo di coltivazione di piante sospese nell’aria senza suolo o mezzi che forniscano una produzione alimentare pulita, efficiente e rapida. La NASA osserva inoltre che _colture possono essere piantate e raccolte tutto l’anno senza interruzioni, e senza contaminazione da suolo, pesticidi e residui e che i sistemi aeroponici riducono anche l’uso di acqua del 98%, l’uso di fertilizzanti del 60%, ed eliminano del tutto l’uso di pesticidi.
· Aquaponics Food Production Systems12.1 Introduzione
Questo capitolo discute una serie di tecnologie alleate e alternative chiave che espandono o hanno il potenziale di espandere la funzionalità/produttività dei sistemi aquaponici o sono tecnologie associate/stand-alone che possono essere collegate all’aquaponica. La creazione e lo sviluppo di questi sistemi hanno al centro la capacità, tra le altre cose, di aumentare la produzione, ridurre gli sprechi e l’energia e, nella maggior parte dei casi, ridurre il consumo di acqua. A differenza dell’acquaponica, che può essere visto come in una fase di sviluppo medio/adolescente, i nuovi approcci discussi di seguito sono nella loro infanzia.
· Aquaponics Food Production Systems11.8 Discussione e conclusioni
L’acquaponica è un complesso sistema tecnico e biologico. Ad esempio, possibili spiegazioni per i pesci che non crescono correttamente possono essere piccole razioni alimentari, qualità avversa dell’acqua, problemi tecnici che causano stress, ecc. A causa della biologia intrinsecamente lenta, le indagini scientifiche sulla validità di queste spiegazioni sarebbero noiose e richiedono diverse prove sperimentali per ottenere tutti i fattori importanti e le loro interazioni, richiedendo un sacco di strutture, competenze, tempo di ricerca e risorse finanziarie.
· Aquaponics Food Production Systems11.7 Strumenti di modellazione
In acquaponica, diagrammi di flusso o diagrammi di stock e di flusso (SFD) e diagrammi di ciclo causale (CLD) sono comunemente utilizzati per illustrare la funzionalità del sistema aquaponico. Di seguito verranno descritti i diagrammi di flusso e i CLD. 11.7.1 Grafici di flusso Per ottenere una comprensione sistemica dell’acquaponica, i diagrammi di flusso con i componenti più importanti dell’acquaponica sono un buon strumento per mostrare come fluisce il materiale nel sistema.
· Aquaponics Food Production Systems11.6 Modellazione acquaponica multi-loop
I progetti acquaponici tradizionali comprendono l’acquacoltura e le unità idroponiche che comportano il ricircolo di acqua tra i due sottosistemi (Körner et al. 2017; Graber e Junge 2009). In tali sistemi acquaponici a ciclo unico, è necessario effettuare un compromesso tra le condizioni di entrambi i sottosistemi in termini di pH, temperatura e concentrazioni di nutrienti, poiché pesci e piante condividono un ecosistema (Goddek et al. 2015). Al contrario, i sistemi acquaponici a doppio anello disaccoppiati separano le unità RAS e idroponiche l’una dall’altra, creando ecosistemi distaccati con vantaggi intrinseci sia per le piante che per i pesci.
· Aquaponics Food Production Systems11.4 Modellazione della Digestione Anaerobica
Fig. 11.10 Simulazione di TAN (XSubnHX-N,1/sub) in [mg/l] su 2 giorni = 2880 min con Q = 300 l/min (blu) e Q = 200 l/min (arancione) Fig. 11.11 Simulazione di nitrato-N (XSubNO3-N,1/sub) in [mg/l] su 50 giorni = 72.000 min con QSubbexC/Sub = 300 l/giorno (giallo), QSubexC/Sub = 480 l/giorno (arancione) e QSUBexC/Sub = 600 l/giorno (blu) La digestione anaerobica (AD) di materiale organico è un processo che coinvolge le fasi sequenziali di idrolisi, acidogenesi, acetogenesi e metanogenesi (Batstone et al.
· Aquaponics Food Production Systems11.3 Modellazione RAS
L’acquacoltura ittica globale ha raggiunto i 50 milioni di tonnellate nel 2014 (FAO 2016). Data la crescente popolazione umana, c’è una crescente domanda di proteine del pesce. La crescita sostenibile dell’acquacoltura richiede nuove tecnologie (bio) come i sistemi di ricircolo di acquacoltura (RAS). I RAS hanno un basso consumo di acqua (Orellana 2014) e consentono il riciclo di prodotti escretori (Waller et al. 2015). Il RAS fornisce condizioni di vita adeguate per i pesci, grazie a un trattamento delle acque in più fasi, come la separazione delle particelle, la nitrificazione (biofiltrazione), lo scambio di gas e il controllo della temperatura.
· Aquaponics Food Production Systems11.2 Sfondo
Sono disponibili molte definizioni di un sistema, che vanno da descrizioni sciolte a formulazioni matematiche rigorose. In quanto segue, un sistema è considerato un oggetto in cui diverse variabili interagiscono a tutti i tipi di scale spaziali e temporali e produce segnali osservabili. Questi tipi di sistemi sono anche chiamati sistemi aperti. Una rappresentazione grafica di un sistema aperto generale (S) con segnali di ingresso e uscita a valori vettoriali è rappresentata in Fig.
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