Aqu @teach: Temi attuali di ricerca in acquaponica
Tendenze nella tecnologia
Come abbiamo visto sopra, la progettazione di sistemi aquaponici di successo dipende dal gruppo di utenti. La produzione ad alto rendimento e senza terreno richiede un elevato apporto di tecnologia (pompe, aeratori, logger) e conoscenze ed è quindi particolarmente adatta per le operazioni commerciali. Tuttavia, è del tutto possibile progettare e gestire sistemi acquaponici a bassa tecnologia che richiedono meno abilità per operare e che producono comunque risultati rispettabili. Questo compromesso implicito (high-tech/low-tech) e l’ampia gamma di applicazioni dell’acquaponica hanno conseguenze per ulteriori percorsi di sviluppo per la tecnologia, la progettazione del sistema e gli aspetti socioeconomici. La tecnologia Aquaponic potrebbe svilupparsi in almeno due direzioni: da un lato verso soluzioni low-tech (probabilmente soprattutto nei paesi in via di sviluppo e per applicazioni non professionali) e, dall’altro, verso installazioni hi-tech altamente efficienti (prevalentemente nei paesi sviluppati e con partner professionali/commerciali) (Junge et al. 2017).
Mentre la tecnologia stessa non pone limiti a un’area dell’azienda agricola (perché può essere modulare), la dimensione delle fattorie urbane è determinata da (i) le caratteristiche dell’area disponibile, che è necessariamente frammentata in una città (siti dismessi, edifici sottoutilizzati o vacanti e tetti); e (ii) il vincoli posti dall’economia della produzione agricola. Come regola generale, l’area necessaria per rompere il pareggio per le operazioni commerciali è di circa 1000 m2. Le installazioni per hobby e cortile possono ovviamente essere molto più piccole. Le aziende acquaponiche possono crescere/espandersi aumentando il numero di sistemi operativi (o moduli), o andando in verticale, anche se non possono essere scalate troppo senza aumentare drasticamente i costi di costruzione e di energia. La gamma di dimensioni delle fattorie acquaponiche urbane sarà probabilmente compresa tra 150 m2 e 3000 m2 , a causa delle limitazioni spaziali, economiche e gestionali, ma ciò potrebbe essere sufficiente a coprire i requisiti di base per un assortimento di verdure fresche per una parte della popolazione urbana. Le aziende acquaponiche periurbane potrebbero essere più grandi e modificate per includere sistemi di acquacoltura interna o per riutilizzare effluenti ricchi di nutrienti o fanghi di pesce compostati nelle zone rurali.
La stessa tecnologia Aquaponic può essere considerata immatura, poiché ci sono ancora problemi da risolvere. Il semplice collegamento di un sistema di acquacoltura all’avanguardia con un sistema idroponico all’avanguardia non tiene conto di altri fattori, come problemi con filtri a tamburo intasati, coloni inefficienti, guasti di ossigeno, coloni mal progettati e tubi dell’acqua intasati. Anche se l’influenza delle piante coltivate (NFT, irrigazione a goccia, coltura dell’acqua profonda) è già ben nota nei sistemi idroponici, la scelta di tali letti nei sistemi acquaponici deve essere ulteriormente studiata in quanto avrà conseguenze per la produttività e il funzionamento. Sono necessarie ulteriori ricerche anche in altri settori. Poiché i microrganismi sono onnipresenti, svolgono un ruolo importante in tutte le fasi della produzione acquaponica. L’influenza delle condizioni ambientali sulla loro abbondanza, diversità e ruoli potrebbe essere studiata, ad esempio utilizzando ulteriormente i metodi di nuova generazione di sequenziamento (Schmautz et al. 2016a). Una delle questioni centrali è il controllo appropriato dei parassiti e delle malattie per i sistemi acquaponici. I problemi relativi alla protezione delle piante nell’acquaponica sono stati discussi da Bittsanszky et al. (2016b). Essi hanno concluso che dal momento che molto sono disponibili pochi strumenti per la protezione delle piante in acquaponica, si dovrebbe porre l’accento sulle misure precauzionali per ridurre al minimo l’infiltrazione di parassiti e agenti patogeni. D’altro canto, i metodi biologici di lotta contro gli organismi nocivi attualmente disponibili per l’agricoltura biologica devono essere adattati all’acquaponica (cfr. capitolo 8).
Se si vuole sviluppare l’acquaponica come metodo di produzione alimentare ad alta tecnologia, sarà necessario concentrarsi sulla riduzione del fabbisogno di manodopera. Sebbene una certa automazione sia già ben sviluppata (per l’irrigazione e l’alimentazione, il monitoraggio online e gli allarmi per molti parametri, in particolare l’ossigeno), essa deve essere perfezionata per consentire operazioni più precise ed efficienti in termini di manodopera, il che richiederà lo sviluppo di sensori adeguati. Un’opzione per ridurre la manodopera potrebbe essere quella di usare i robot. Sistemi versatili, simili a FarmBot, dovrebbero essere sviluppati per un uso specifico in acquaponica.
Tendenze nella progettazione dei sistemi
Mentre l’acquaponica ha il potenziale per essere sostenibile, gli studi completi del ciclo di vita (LCA) sulle operazioni acquaponiche e sui prodotti sono scarsi (Forchino et al. 2017; Maucieri et al. 2018). Tuttavia, è chiaro che l’impatto ecologico dell’acquaponica potrebbe essere ulteriormente migliorato sfruttando fonti energetiche rinnovabili, sviluppando metodi di raccolta diurna per evitare l’uso di energia elettrica, utilizzando acqua pretrattata o riciclata o acqua piovana e migliorando il controllo climatico delle serre. In un ambiente urbano, l’acquaponica dovrebbe essere ulteriormente integrata negli edifici, consentendo lo scambio di gas, acqua ed energia tra serre ed edifici. Sono necessari miglioramenti anche per quanto riguarda i cicli dei materiali organici. Il mangime per pesci è il principale apporto di nutrienti e definisce, in larga misura, la sostenibilità dell’operazione. L’acquaponica (proprio come il RAS) richiede un’alimentazione ottimale per i pesci e i mangimi dovrebbero consistere in materiali sostenibili di provenienza locale (biologici, vegetariani, insetti). L’anello acquaponico dovrebbe essere ulteriormente chiuso digerendo i fanghi di pesce per riutilizzare le sostanze nutritive nel sistema acquaponico, oppure allevando rossami e/o insetti sui residui vegetali e utilizzandoli per l’alimentazione dei pesci, con il compostaggio dei fanghi residui dei pesci e i rifiuti vegetali. L’obiettivo è quello di arrivare a un concetto zero rifiuti nell’azienda agricola al fine di ridurre l’impronta di carbonio. Studi sulle emissioni di gas a effetto serra potrebbero completare questo quadro. Infine, la possibilità di utilizzare nuovi organismi in acquaponica (ad esempio piante acquatiche, pesci marini, alghe e alghe marine, crostacei, ecc.) dovrebbe essere ulteriormente esplorata al fine di espandere il ciclo ecologico. Anche i nuovi prodotti dell’acquacoltura e vegetali potrebbero avere implicazioni per la redditività economica della tecnologia, come si discute nella sezione seguente.
Ricerca socioeconomica
Attualmente, l’acquaponica è un settore imprenditoriale piccolo ma emergente. Sebbene la produzione alimentare sia l’obiettivo fondamentale dell’operazione, è spesso combinata con il turismo e l’istruzione al fine di migliorare la redditività. A causa del suo approccio tecnologico trasversale relativamente nuovo, l’acquaponica non ha uno status giuridico chiaro all’interno delle normative vigenti in Europa (Joly et al. 2015). Mentre negli Stati Uniti i prodotti acquaponici possono essere certificati come biologici, in Europa ciò non è attualmente possibile perché l’acquaponica comporta la produzione vegetale senza suolo e la RAS, entrambi non consentiti dalle normative europee in materia di biologia.
Nonostante il potenziale dell’acquaponica come tecnologia di produzione alimentare, ci sono ancora domande aperte. Come abbiamo mostrato sopra, l’aquaponica è un argomento di primo piano nei social media, ma poco si sa sulla conoscenza e l’accettazione dei consumatori, che devono essere comprese in diversi contesti culturali e di mercato. In generale, non sappiamo abbastanza su come comunicare ai consumatori i vantaggi dell’acquaponica in termini di sostenibilità rispetto alla qualità del prodotto come gusto, freschezza, salute e prezzo (Newman et al. 2014).
Fino ad ora, la maggior parte delle ricerche sull’acquaponica si è concentrata sullo sviluppo di strutture funzionali. Un modo per migliorare la redditività potrebbe essere quello di migliorare l’efficienza. L’uso efficiente delle fonti energetiche alternative, dell’acqua e del riciclo degli effluenti organici farà risparmiare sui costi di produzione, ma devono essere valutati rispetto ai costi di investimento più elevati. Per aumentare la produzione commerciale, è necessario sviluppare nuovi modelli di business in relazione alle idee emergenti delle economie circolari e locali, ma la gestione delle interfacce aumenta la complessità. A questo proposito, dovranno essere affrontate le questioni relative alle condizioni quadro per i costi operativi, alla logistica locale e ai fattori determinanti del comportamento degli acquisti di ortaggi e pesce. Oltre al miglioramento dell’efficienza tecnologica, ci sono anche problemi di gestione operativa e potrebbe essere interessante esplorare nuove varietà di colture sensibili al trasporto per ottenere un prezzo di mercato sufficientemente elevato evitando la concorrenza con l’orticoltura specializzata. Tuttavia, la combinazione di una nuova tecnologia con nuovi prodotti aumenta anche l’incertezza imprenditoriale.
L’acquaponica è particolarmente utile per gli educatori: anche un piccolo sistema di classi offre una vasta gamma di possibilità di insegnamento a diversi livelli di istruzione, dalla scuola elementare all’università (cfr. Capitolo 15). L’acquaponica può essere facilmente integrata in tutte le materie STEM (scienza, tecnologia, ingegneria e matematica), non solo per dimostrare principi biologici ed ecologici di base, ma anche chimica, fisica e matematica. Una varietà di competenze e competenze possono essere acquisite utilizzando sistemi aquaponici, come competenze di laboratorio di base, lavoro di squadra, etica ambientale, solo per citarne alcuni. L’ampiezza degli aspetti socioeconomici qui delineati dimostra che l’acquaponica prospererà solo con un’ampia collaborazione tra diversi attori chiave aggiuntivi al di là degli scienziati naturali e degli ingegneri. Questi potrebbero includere, ad esempio, (i) progettisti e architetti per fornire disegni esteticamente gradevoli; (ii) scienziati sociali che aiutino a comprendere le percezioni e l’accettazione dell’acquaponica tra un pubblico più ampio; (iii) scienziati sanitari e nutrizionali per esplorare come i prodotti acquaponici potrebbero essere incorporati in diete come cibo sano e prodotto in modo sostenibile. Devono inoltre essere sviluppati cicli di feedback per sviluppatori di sistemi e fisiologi di piante e pesci al fine di migliorare i sistemi per quanto riguarda la domanda dei consumatori, la sostenibilità e il valore nutrizionale dei prodotti.
*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) . *