21.4 Valutazione delle tipologie di enclosure e delle possibili applicazioni

Le prestazioni effettive delle aziende acquaponiche dipendono da molti fattori specifici del caso. Alcune conclusioni preliminari sui vantaggi, le sfide e le possibili applicazioni delle tipologie di enclosure possono essere tratte dal confronto di una serie relativamente piccola di case study. Sarà necessario uno studio empirico di un numero più significativo di casi di studio esistenti per stabilire una correlazione tra il tipo di involucro, la posizione geografica e il successo commerciale.

Le serre a media tecnica_ offrono un’opzione commercialmente fattibile per le operazioni acquaponiche solo in climi temperati con inverni miti ed estati moderate, a causa della loro limitata capacità di controllo ambientale. Nelle località che non richiedono molto riscaldamento e raffreddamento, le aziende agricole che utilizzano questa tipologia di serra possono operare in modo efficiente sotto il profilo delle risorse, con un investimento iniziale inferiore per il loro involucro. Queste aziende di solito operano con un budget inferiore e includono le vasche di pesce nella stessa serra, che limita la loro selezione di specie ittiche a quelle con una grande tolleranza alla temperatura e attira la loro attenzione commerciale sulla produzione di lattuga, verdure a foglia verde ed erbe aromatiche.

Serre solari passivo si affidano a sistemi passivi, in particolare all’uso della massa termica, per il controllo del clima interno. L’uso di questa tipologia per i sistemi aquaponici è vantaggioso in quanto il grande volume di acqua nelle vasche di pesce fornisce una massa termica aggiuntiva. Grazie alla loro efficienza energetica, sono spesso utilizzati nelle latitudini settentrionali dove le serre convenzionali richiederebbero un elevato livello di riscaldamento supplementare. Tuttavia, il funzionamento di qualsiasi serra in queste regioni si basa sull’uso di un’illuminazione supplementare a causa dei bassi livelli di luce e delle brevi ore diurne durante la stagione invernale. Sebbene le serre solari passive in Europa e in Nord America siano attualmente utilizzate su piccola scala sperimentale, l’applicazione più generale di successo di queste serre a pendenza singola ed energeticamente efficienti su 1,83 milioni di acri (0,74 milioni di ettari) di terreni agricoli in Cina dimostra che questa tipologia può essere implementato con successo su larga scala (Gao et al. 2010).

Le serre ad alta tecnologia_, in particolare i grandi sistemi venlo-connessi alla grondaia, costituiscono lo standard industriale per la produzione idroponica commerciale. Le più grandi aziende acquaponiche commerciali ben finanziate utilizzano questa tipologia per i loro sistemi di coltivazione idroponica in combinazione con un recinto separato per le loro infrastrutture di acquacoltura. Questa configurazione garantisce il massimo livello di controllo ambientale, nonché la produttività delle colture e dei pesci. Tecnicamente, questo tipo di serra può essere utilizzato ovunque, purché il reddito prodotto paghi gli elevati costi energetici e operativi in climi estremi. Tuttavia, questo tipo di operazione potrebbe non essere sensibile all’ambiente in alcune latitudini settentrionali a causa dell’ampia necessità di riscaldamento e illuminazione supplementare. L’esatta impronta ambientale di una serra ad alta tecnologia può essere valutata solo per progetto e dipende principalmente dalla qualità delle fonti energetiche utilizzate per il calore e la luce supplementari.

La maggior parte delle serre sul tetto sono serre high-tech in stile Venlo costruite su tetti. Anche se si applicano vantaggi e sfide simili, la costruzione di serre sul tetto è ancora più costosa di quella delle normali serre high-tech, principalmente a causa dei codici edilizi e dei requisiti architettonici. Il sistema strutturale delle serre sul tetto è spesso sovradimensionato per conformarsi ai codici edilizi per uffici commerciali, che sono più severi dei requisiti di codice edilizio per le strutture agricole. Inoltre, le operazioni acquaponiche sui tetti necessitano di infrastrutture aggiuntive per accedere al tetto e rispettare le normative antincendio e in uscita, che in un recente esempio ha generato una serra attrezzata con irrigatore (Proksch 2017). L’applicazione più promettente delle serre sul tetto è in cima agli edifici ospitanti nei centri urbani. I tetti urbani offrono spesso un ampio accesso alla luce solare, che le serre richiedono per funzionare efficacemente — una risorsa che di solito manca, o almeno non è coerente a causa dell’ombreggiatura, a livello del suolo in aree urbane dense (Ackerman 2012). Se appositamente progettati, gli edifici ospitanti possono offrire altre risorse come il calore di scarico e COsub2/sub che possono rendere più fattibile il funzionamento di una fattoria acquaponica sul tetto. Questo tipo di integrazione con l’edificio ospitante può generare sinergie energetiche e ambientali che migliorano le prestazioni sia della serra che dell’edificio ospitante.

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Fig. 21.10 Recinto acquaponica INAPRO a due sezioni, opaco per pesci e serra per piante (Murcia, Spagna)

Gli spazi di crescita in ambienti interni dipendono interamente dall’illuminazione artificiale e dai sistemi di controllo attivi per il riscaldamento, il raffreddamento e la ventilazione, il che si traduce in un elevato livello di consumo energetico, impatto ambientale e costi operativi. Questa tipologia è più applicabile nelle zone con inverni freddi e brevi stagioni di crescita, dove l’esposizione naturale alla luce solare e al guadagno di calore è bassa e è necessaria un’ampia integrazione per far funzionare una serra acquaponica commerciale. L’uso di un involucro opaco consente alti livelli di isolamento, riducendo la perdita di calore durante i mesi invernali e garantendo autonomia dalle oscillazioni di temperatura esterne. Oltre alla sua dipendenza dall’illuminazione elettrica, la coltivazione indoor supera la produttività delle serre misurata in altre risorse, come l’acqua, COsub2/sub, e la superficie terrestre (Graamans et al. 2018). Inoltre, la produzione per unità di superficie del terreno può essere molto più elevata attraverso l’uso di sistemi di coltivazione impilati. Per quanto riguarda l’integrazione urbana dell’acquaponica nelle città, gli spazi di crescita indoor consentono il riutilizzo adattivo di edifici industriali e magazzini, che possono ridurre i costi iniziali per la costruzione del recinto e sostenere l’integrazione delle fattorie aquaponiche nei quartieri meno serviti.

L’impostazione del progetto Innovative Aquaponics for Professional Applications (INAPRO, 2018) ha incluso il confronto tra lo stesso sistema acquaponico e la tecnologia serra all’avanguardia, in diversi siti in Germania, Belgio e Spagna. Il sistema acquaponico situato in Cina era ospitato in una serra solare passiva. Gli impianti acquaponici INAPRO in Europa hanno utilizzato una serra rivestita di vetro per la produzione di impianti e un componente di capannone di tipo industriale per acquari e unità di filtrazione (Fig. 21.10). Il progetto INAPRO dimostra che le tecnologie serra devono essere adattate e scelte in base alle condizioni climatiche locali. Il team spagnolo INAPRO trovato, che il recinto selezionato era adatto per le regioni più fredde dell’Europa settentrionale, ma non le più calde, regioni mediterranee in Europa meridionale. Questa osservazione evidenzia l’importanza di una maggiore ricerca sulle prestazioni delle tipologie di serre per far progredire il settore delle operazioni commerciali acquaponica.

Mentre il confronto tra le diverse tipologie rivela alcuni modelli prestazionali tra tipologia, ubicazione e investimento (tabella 21.3), per una comprensione completa delle prestazioni delle aziende agricole e dell’impatto ambientale, è necessario un sistema più solido per l’analisi e la progettazione degli involucri agricoli.