1.1 Introduzione

La produzione alimentare si basa sulla disponibilità di risorse, come terra, acqua dolce, energia fossile e sostanze nutritive (Conijn et al. 2018), e il consumo corrente o il degrado di queste risorse supera il loro tasso di rigenerazione globale (Van Vuuren et al. 2010). Il concetto di confini planetari (Fig. 1.1) mira a definire i limiti ambientali entro i quali l’umanità può operare in modo sicuro per quanto riguarda le scarse risorse (Rockström et al. 2009). I confini dei flussi biochimici che limitano l’approvvigionamento alimentare sono più severi dei cambiamenti climatici (Steffen et al. 2015). Oltre al riciclo dei nutrienti, i cambiamenti alimentari e la prevenzione dei rifiuti sono integralmente necessari per trasformare la produzione attuale (Conijn et al. 2018; Kahiluoto et al. 2014). Pertanto, una grande sfida globale è spostare il modello economico basato sulla crescita verso un paradigma eco-economico equilibrato che sostituisce la crescita infinita con lo sviluppo sostenibile (Manelli 2016). Per mantenere un paradigma equilibrato, sono necessari sistemi di coltura innovativi e più ecologici, in modo da bilanciare i compromessi tra bisogni umani immediati, pur mantenendo la capacità della biosfera di fornire i beni e i servizi richiesti (Ehrlich e Harte 2015).

Fig. 1.1 Stato attuale delle variabili di controllo per sette dei confini planetari come descritto da Steffen et al. (2015). La zona verde è lo spazio operativo sicuro, il giallo rappresenta la zona di incertezza (rischio crescente), il rosso è una zona ad alto rischio e i confini della zona grigia sono quelli che non sono ancora stati quantificati. Le variabili delineate in blu (cioè cambiamento del sistema terrestre, uso di acqua dolce e flussi biochimici) indicano i confini planetari sui quali l’acquaponica può avere un impatto positivo su

In questo contesto, l’acquaponica è stata identificata come un approccio agricolo che, attraverso il riciclo dei nutrienti e dei rifiuti, può aiutare ad affrontare sia i confini planetari (Fig. 1.1) che gli obiettivi di sviluppo sostenibile, in particolare per le regioni aride o le aree con terreni non arabili (Goddek e Körner 2019; Appelbaum e Kotzen 2016; Kotzen e Appelbaum 2010). L’acquaponica viene proposta anche come soluzione per l’utilizzo di terreni marginali nelle aree urbane per la produzione alimentare più vicina ai mercati. Un tempo in gran parte una tecnologia di backyard (Bernstein 2011), l’acquaponica sta ora crescendo rapidamente nella produzione su scala industriale, poiché i miglioramenti tecnici nella progettazione e nella pratica consentono un aumento significativo delle capacità di produzione e dell’efficienza produttiva. Una di queste aree di evoluzione è nel campo dei sistemi acquaponici accoppiati vs. disaccoppiati. I progetti tradizionali per sistemi acquaponici a ciclo unico comprendono sia unità di acquacoltura che idroponica tra le quali ricircola l’acqua. In tali sistemi tradizionali, è necessario compromettere le condizioni di entrambi i sottosistemi in termini di pH, temperatura e concentrazioni di nutrienti (Goddek et al. 2015; Kloas et al. 2015) (cfr. cap. 7). Un sistema acquaponico disaccoppiato, tuttavia, può ridurre la necessità di compromessi separando i componenti, consentendo così di ottimizzare le condizioni di ciascun sottosistema. L’utilizzo dei digestori dei fanghi è un altro modo chiave per massimizzare l’efficienza attraverso il riutilizzo dei rifiuti solidi (Emerenciano et al. 2017; Goddek et al. 2018; Monsees et al. 2015). Sebbene molte delle più grandi strutture al mondo si trovino ancora in regioni aride (penisola arabica, Australia e Africa sub-sahariana), questa tecnologia viene adottata anche altrove, poiché i progressi nel design hanno sempre più fatto dell’acquaponica non solo un’impresa di risparmio idrico, ma anche un’efficienza energetica e nutriente sistema di riciclaggio.