Aqu @teach: Classificazione dell'acquaponica

La delineazione tra acquaponica e altre tecnologie integrate a volte non è chiara. Palm et al. (2018) ha proposto una nuova definizione di acquaponica, in cui la maggior parte (> 50%) dei nutrienti che sostengono la crescita delle piante deve essere derivata da rifiuti provenienti dall’alimentazione degli organismi acquatici.

L’acquaponica in senso stretto (aquaponics sensu stricto) viene applicata solo ai sistemi con idroponica e senza l’uso del suolo. Anche alcuni dei nuovi sistemi integrati di acquacoltura che combinano il pesce con la produzione di alghe rientrerebbero in questo concetto. D’altra parte, il termine acquaponica nel senso più ampio (acquaponica sensu lato) può essere applicato a sistemi che comprendono tecniche di orticoltura e di produzione agricola che utilizzano i processi di mineralizzazione, buffer e funzione di stoccaggio dei nutrienti dei diversi substrati, compreso il suolo. Palm et al. (2018) propone il termine «allevamento aquaponico» per queste attività.

Tabella 2: Classificazione dell’acquaponica secondo diversi principi progettuali con esempi per ciascuna categoria (adattato da Maucieri et al. 2018)

L’acquaponica può raggiungere vari obiettivi o stakeholder, dalla ricerca e sviluppo alle attività educative e sociali, all’agricoltura di sussistenza e alla produzione alimentare su scala commerciale. Può essere implementato in vari modi e ambienti, come su terreni aridi e inquinati, produzione di cortile, agricoltura urbana, ecc Mentre un sistema può contemporaneamente soddisfare diversi obiettivi, tra cui verde e decorazione, interazione sociale, e la produzione alimentare, normalmente non può raggiungere tutti questi obiettivi allo stesso tempo. Per ottenere risultati soddisfacenti per ciascuno degli obiettivi possibili, i componenti di un sistema devono soddisfare requisiti diversi, talvolta contrastanti. La scelta di un sistema acquaponico adeguato per una situazione particolare dovrebbe basarsi su valutazioni realistiche (compreso, se del caso, un valido piano aziendale) e dovrebbe tradursi in una soluzione su misura. Se seguiamo la classificazione di Maucieri et al. (2018), che categorizza i sistemi aquaponici secondo diverse categorie (es. tipo di stakeholder, modalità operativa, dimensione, tipo di sistema idroponico, ecc.), opzioni per la scelta di un adeguato sistema aquaponico emergono (Tabella 2). Qualsiasi decisione deve essere presa entro i limiti del bilancio disponibile, anche se è possibile costruire un sistema a costi molto bassi.

Classificazione in base alla modalità operativa: estesa (con utilizzo integrato dei fanghi) e intensiva (con separazione dei fanghi)

Una parte del sistema acquaponico è l’acquario, dove i pesci vengono nutriti e, attraverso il loro metabolismo, le feci e l’ammoniaca vengono escreti nell’acqua. Tuttavia, alte concentrazioni di ammoniaca sono tossiche per i pesci. Attraverso i batteri nitrificanti, l’ammoniaca viene trasformata in nitrito e poi in nitrato, che è relativamente innocuo per i pesci ed è la forma favorita di azoto per la coltivazione di colture come ortaggi. Un’ampia produzione integra il biofiltro e la rimozione dei fanghi direttamente all’interno dell’unità idroponica, utilizzando substrati che forniscono il supporto appropriato per la crescita del biofilm, come ghiaia, sabbia e argilla espansa. La produzione intensiva utilizza un sistema separato di separazione dei fanghi e dei biofiltri. Entrambi i metodi operativi hanno i loro vantaggi e svantaggi. Mentre l’utilizzo integrato dei fanghi consente il riciclo completo dei nutrienti, gli aspetti negativi includono l’acqua torbida e le prestazioni dei biofiltri piuttosto basse, che consentono solo un limitato stoccaggio dei pesci. L’asportazione separata dei fanghi e il biofiltro, invece, consentono lo stoccaggio intensivo di pesci fino a 100 kg/m³o più. Gli aspetti positivi includono acqua limpida, bassa concentrazione di BOD (domanda biochimica di ossigeno), minore carico microbico e prestazioni ottimizzate del biofiltro. Tuttavia, questi sistemi consentono solo il riciclo parziale dei nutrienti. Potrebbe essere necessaria un’ulteriore fase di trattamento dei fanghi (in loco o fuori sede), come il collegamento dei biodigestori dei fanghi o del vermicompostaggio (Goddek _et al._2016b.

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Figura 4: Sistema Aquaponic con utilizzo integrato dei fanghi

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Figura 5: Possibile disposizione di un sistema acquaponico con separazione dei fanghi

Gestione del ciclo dell’acqua

Sistemi ad anello chiuso (accoppiato): i sistemi aquaponici possono essere costruiti e azionati come un circuito di ricircolo, con il flusso d’acqua che si muove in entrambe le direzioni, dal bacino del pesce all’unità idroponica, e viceversa. L’acqua viene costantemente fatta circolare dal RAS all’unità idroponica e di nuovo al RAS.

Sistemi a circuito aperto: recentemente ci sono stati sviluppi verso il controllo indipendente di ogni unità di sistema, soprattutto a causa delle diverse esigenze ambientali dei pesci e delle piante. Tali sistemi, in cui l’acquacoltura, l’idroponica e, se del caso, la remineralizzazione dei fanghi di pesce possono essere controllati in modo indipendente, sono chiamati sistemi acquaponici disaccoppiati (DAPS). I sistemi acquaponici disaccoppiati sono costituiti da un RAS collegato all’unità idroponica (con serbatoio aggiuntivo) tramite una valvola unidirezionale. L’acqua viene ricircolata separatamente all’interno di ciascun sistema e viene fornita su richiesta dalla RAS all’unità idroponica, ma non scorre indietro (Goddek et al. 2016a; Monsees et al. 2017).

La Figura 6 mostra un’illustrazione schematica dell’acquaponica accoppiata e disaccoppiata. Nel sistema accoppiato (circuito chiuso) costituito da un RAS (blu: vasche di allevamento, chiarificatore e biofiltro) direttamente collegato all’unità idroponica (verde: NFT vassoi), l’acqua viene costantemente fatta circolare dal RAS all’unità idroponica e di nuovo al RAS. Nel sistema acquaponico disaccoppiato (a circuito aperto) costituito da un RAS collegato all’unità idroponica (con serbatoio aggiuntivo) tramite una valvola unidirezionale, l’acqua viene ricircolata separatamente all’interno di ciascun sistema e l’acqua viene fornita su richiesta dal RAS all’unità idroponica, ma non torna al RAS.

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Figura 6: Illustrazione schematica dell’acquaponica accoppiata (sinistra) e disaccoppiata (destra).

Tipi di sistemi idroponici utilizzati in acquaponica

Tecnica del film nutriente

Nei sistemi Nutrient Film Technique (NFT), l’acqua proveniente da un acquario viene fatta passare attraverso il fondo di un tubo orizzontale in PVC, in un film sottile. Questi tubi hanno fori tagliati nella parte superiore, in cui le piante sono coltivate in modo tale che le loro radici penzolano nell’acqua che scorre sul fondo. I nutrienti provenienti dall’acqua del serbatoio vengono assorbiti dalle piante, e poiché le loro radici sono solo parzialmente sommerse, questo permette loro di entrare in contatto con l’ossigeno atmosferico.

Tabella 3: Vantaggi e svantaggi di NFT

Figura 7: Tecnica del film nutriente (NFT). Sinistra — Diagramma di un intero sistema. Destra — Foto del sistema (Foto ZHAW)

Tecnica letto media

Le unità letto imbottite di media sono il design più popolare per l’acquaponica su piccola scala. Questi disegni utilizzano lo spazio in modo efficiente, hanno un costo iniziale relativamente basso e sono adatti per i principianti a causa della loro stabilità e semplicità. Nelle unità letto media, il mezzo viene utilizzato per sostenere le radici delle piante e funge da filtro meccanico e biologico.

Tabella 4: Vantaggi e svantaggi della tecnica del letto multimediale

Figure 8: tecnica letto media. Sinistra — Diagramma di un intero sistema. A destra — Un esempio di ZHAW Waedenswil (Foto: Robert Junge)

Cultura dell’acqua profonda o della zattera galleggiante

I sistemi Deep Water Culture (DWC) utilizzano una «zattera» in polistirolo che galleggia su circa 30 cm di acqua. La zattera ha fori in cui le piante vengono coltivate in vasi netti, in modo che le loro radici siano immerse nell’acqua. La zattera può anche essere posizionata a galleggiare direttamente nell’acquario, oppure può far pompare acqua dal serbatoio ad un sistema di filtrazione e poi a canali contenenti una serie di zattere. Un aeratore fornisce ossigeno sia all’acqua nel serbatoio che a quella contenente la zattera. Poiché le radici non hanno alcun mezzo a cui aderire, questo sistema può essere utilizzato solo per coltivare verdure a foglia verde o erbe, e non piante più grandi. È il sistema più popolare per scopi commerciali, grazie alla velocità e alla facilità di raccolta.

Tabella 5: Vantaggi e svantaggi di Deep Water Culture

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Figura 9: Cultura di acque profonde o zattera galleggiante. Sinistra — Diagramma di un intero sistema. Destra — Lattuga che cresce in una zattera di polistirolo con radici sospese in acqua

Uso dello spazio: sistemi orizzontali e verticali

La maggior parte dei sistemi acquaponici utilizza vasche o letti orizzontali, emulando la coltivazione tradizionale dei seminativi a terra per produrre ortaggi. Tuttavia, nel corso degli anni, si sono sviluppate e si sono evolute nuove tecnologie per l’agricoltura verticale che, quando legate alla parte acquacoltura del sistema acquaponico, possono permettere di coltivare più piante verticalmente piuttosto che orizzontalmente, rendendo i sistemi più produttivi (Khandaker & Kotzen 2018).

I sistemi orizzontali hanno il vantaggio di utilizzare in modo efficiente la luce diurna e possono funzionare senza illuminazione aggiuntiva, anche in inverno. Pertanto hanno un basso consumo di energia elettrica. I costi di investimento iniziali sono medio/bassi, soprattutto se il prezzo dei terreni è basso.

Sistemi Verticali presentano una soluzione ottimale salvaspazio, che li rende molto adatti per le strutture urbane, sia per la decorazione di per la produzione alimentare iper-locale. Tuttavia, essi richiedono crescere luci sopra i letti di coltivazione. Richiedono anche meno pompe dell’acqua, ma di maggiore potenza, che si traduce in un maggiore consumo di energia elettrica. Anche i costi di investimento iniziali sono elevati.

*Copyright © Partner del progetto Aqu @teach. Aqu @teach è un partenariato strategico Erasmus+ per l’istruzione superiore (2017-2020) guidato dall’Università di Greenwich, in collaborazione con l’Università di Scienze Applicate di Zurigo (Svizzera), l’Università Tecnica di Madrid (Spagna), l’Università di Lubiana e il Centro Biotecnico Naklo (Slovenia) . *