Possono le Tecnologie Ecologiche Sinergiche aiutare l’agricoltura italiana a diventare più resiliente?

I periodi di prolungati di siccità, le ondate di calore e il tangibile aumento delle temperature dell'aria sia d’inverno e soprattutto d’estate, le piogge intense e concentrate assieme alle ormai persistenti riduzioni di precipitazioni medie annue, in termini di mm di acqua, anno dopo anno, rendono i settori agricolo ed energetico sempre più vulnerabili. Se da una parte le crescenti preoccupazioni relative alla scarsità d'acqua stanno promuovendo nuove idee e soluzioni nel settore agricolo (sementi selezionate per climi aridi, agricoltura di precisione), dall’altra parte gli aumenti di temperatura e le ondate dioccupoata calore stanno influenzando i sistemi energetici elettrici di tutto il mondo riducendone la produzione. La resilienza del sistema energetico globale al cambiamento climatico sta diventando sempre più importante. Le tecnologie a prova di siccità come il fotovoltaico, l’eolico e il solare termico possono soddisfare sia i problemi di resilienza che quelli di sostenibilità. Queste soluzioni rientrano nel campo di ricerca e di applicazione note come Tecnologie Ecologiche Sinergiche (note come TES, Techno–Ecological Synergy) che per molti aspetti rientrano tra le economie circolari e ne allargano i confini. Nella figura sottostante si elencano 16x20 TES per evidenziare quale lavoro è stato fatto negli ultimi anni.

Sono molti i ricercatori che si occupano di TES. In un recente articolo per Nature Sustainability, Jordan Macknick e Michael Lehan del Laboratorio Nazionale delle Energie Rinnovabili (National Renewable Energy Laboratory’s (più noto come NREL, l’equivalente del nostro ENEA), e i loro colleghi ricercatori presso le università dell'Arizona e del Maryland hanno studiato i potenziali benefici dell'agricoltura e dell’infrastruttura solare fotovoltaica (che hanno chiamato "agrivoltaics") per la produzione di cibo, gestione del fabbisogno idrico per l’irrigazione e produzione di energia elettrica.

La loro idea di base è che, per costruire sistemi resilienti ai danni e sollecitazioni indotte dal cambiamento climatico, bisogna proprio ripensare a come impieghiamo le tecnologie energetiche e i suoli destinati all’agricoltura.

Gli studi e ricerche su impianti fotovoltaici compatti (pannelli affiancati per ridurre la superficie di suolo occupata) montati in campo con il suolo coperto di ghiaia hanno mostrato un aumento di temperature del suolo e dell’aria che circondano le schiere solari. In altri termini, si verifica un effetto "isola di calore". E, questo aumento di temperatura, a sua volta provoca un aumento della temperatura dei moduli e delle celle fotovoltaiche riducendone le prestazioni energetiche.

Nelle installazioni FV in campo è usuale utilizzare ghiaia, oppure erba oppure anche una piattaforma in cemento come copertura del terreno. Sostituire tale copertura con vegetazione scelta opportunamente può aiutare a contrastare la minore produzione di energia per effetto della temperatura di lavoro più elevata delle celle FV.

Per evitare questa riduzione nella produzione di energia si è ricorsi alle esperienze riguardanti la mitigazione dell’isola termica negli aggregati urbani. E’ così che è partito un nuovo approccio ecosistemico nella progettazione e realizzazione dei sistemi agri-fotovoltaici.

Adottando le soluzioni messe a punto nella progettazione urbana si è sviluppato l’idea di un “nuovo ecosistema" che genera un beneficio: l’utilizzo delle fonti rinnovabili e l’uso dei suoli per produrre frutta e ortaggi per l’alimentazione lì dove ci sono terreni aridi che richiedono una attenta irrigazione delle colture. I ricercatori hanno progettato un eco-sistema mettendo insieme agricoltura e infrastruttura solare fotovoltaica per massimizzare i raccolti e minimizzare il consumo di acqua e di energia per distribuirla e, ovviamente, per produrre energia rinnovabile e resiliente.

Vogliamo qui riportare l’esito di una sperimentazione effettuata dal NREL con tre coltivazioni di ortaggi comuni (peperoncino, jalapeño (varierà di peperone, e pomodoro ciliegino, che sono tipici di tre diversi ambienti di terre aride), sotto i pannelli fotovoltaici spaziati tra di loro in modo opportuno. Durante la stagione di crescita di tre mesi, si sono monitorati i livelli di luce, la temperatura dell'aria e l'umidità relativa utilizzando sensori montati sopra la superficie del suolo. Sono stati misurati le temperature e l'umidità del suolo ad una profondità di 5 centimetri. Sia il sistema di controllo (coltura in campo a cielo aperto e impianto FV compatto) che quello agrivoltaico sono stati irrigati con le stesse modalità in due scenari di test: irrigazione giornaliera e irrigazione ogni due giorni.

I risultati sono stati sorprendenti. I ricercatori hanno scoperto che i sistemi agrivoltaici, rispetto al caso di controllo (come già detto, impianto FV compatto e colture in campo a cielo aperto) mostravano una maggior produzione alimentare, un consistente risparmio idrico e una maggiore produzione di energia rinnovabile. La riduzione dell'esposizione diretta alla luce solare al di sotto dei pannelli fotovoltaici ha ridotto la temperatura dell'aria di giorno e ha aumentato la temperatura di notte. Tale situazione ha permesso alle piante sotto i pannelli solari di trattenere più umidità rispetto alle colture di controllo che crescevano a cielo aperto. Ma vediamo i risultati ottenuti in dettaglio:

Le quantità di peperoncino erano tre volte maggiore nel sistema agrivoltaico rispetto al controllo.

L’acqua per irrigare il peperone (jalapeño) a cielo aperto era maggiore del 157% rispetto al sistema agrivoltaico.

Per il pomodoro ciliegino, l'acqua era minore del 65% rispetto alla coltivazione a cielo aperto e, inoltre, la produzione totale di pomodorini era raddoppiata nel sistema agrivoltaico

Durante l'irrigazione ogni due giorni, l'umidità del suolo è rimasta circa il 15% maggiore nel sistema agrivoltaico mentre con l'irrigazione quotidiana, l'umidità del suolo nel sistema agrivoltaico è rimasta del 5% maggiore prima della successiva irrigazione. Il miglioramento della produzione di energia rinnovabile si è constatato nei pannelli fotovoltaici con la vegetazione sottostante.

I pannelli fotovoltaici tradizionali montati a terra nel sistema di controllo erano sostanzialmente più caldi durante il giorno rispetto a quelli con sottostanti a base vegetale. Le temperature misurate sui pannelli FV dell’impianto agrivoltaico erano fino a 9 gradi più basse.

In definitiva l’abbinamento di fotovoltaico e agricoltura potrebbe offrire risultati vantaggiosi per tutti i settori, aumentando la produzione agricola, riducendo la perdita di acqua e migliorando l'efficienza degli impianti fotovoltaici.

L'approccio adottato (win-win) a partire dal 2011 in alcuni paesi guida, si sta dimostrando efficace per realizzare sistemi di produzione alimentare e di generazione di energia più resilienti al cambiamento climatico.

In un articolo di Wired si afferma che attualmente ci sono alcune migliaia di impianti agrivoltaici in US, Germania, Francia, Cina, e Giappone per un totale di 2 GWp. Il solo Giappone ne ha più di 1.000. Portorico, Indonesia sono partiti da poco nell’ambito del progetto INSPIRE. L’India ha pubblicato da poco le linee guida ministeriali sul tema. E l’Italia? Qualche caso c’è anche da noi condotto dalla solita multinazionale.

Pensando all’importanza che ha l’agricoltura per il territorio italiano i risultati ottenuti in Arizona e Maryland e in altri stati US, in Germania, Francia, potrebbero essere utilizzati con vantaggio di tutti per rendere più resiliente e meno vulnerabile un intero territorio alla pressione sempre maggiore del cambiamento climatico in atto.

La demonizzazione del fotovoltaico in agricoltura ha portato l’Italia e normare e, di fatto, a proibire l’installazione di impianti FV in campo aperto non ha più motivo d’essere adottando un approccio TES.
Alla luce dei vantaggi sopra descritti, la normativa andrebbe totalmente rivisitata. Potrebbe essere questa l’occasione per promuovere gli  impianti agrivoltaici e le tecnologie TES?

Invieremo questa breve articolo al Governo, ai presidenti delle Commissioni parlamentari che hanno in mano la revisione della SEN e del PNIEC per proporre una maggior attenzione alle tecnologie TES. Questo articolo sarà inviato anche alle associazioni di categoria degli agricoltori e alle associazioni di categoria che stanno sviluppando le fonti rinnovabili.

Non solo, invieremo l’articolo anche ai comuni che ci faranno richiesta soprattutto in vista di implementare i Piani di Azione per l’Energia Sostenibile e il Clima. Non ultimi ma primi sono i soci EnergoClub che coltivano in campo aperto ortaggi e frutta e che stanno maturando l’idea di un revamping del proprio impianto FV o sono disposti a realizzare un nuovo impianto agrivoltaico.

Gianfranco Padovan, Presidente Associazione EnergoClub

FontI: Esperienza US con impianto Agrivoltaico, Impianti agrivoltaici nel mondo, Realizzare un impianto agrivoltaico.