Il vertical farming è un metodo che combina tecniche di coltivazione idroponica, aeroponica a un’elevata automazione per produrre alimenti in un ambiente controllato. Gli alimenti prodotti in questo tipo di agricoltura sono in genere più nutrienti e meno dannosi per l'ambiente rispetto all'agricoltura convenzionale.
Negli ultimi anni a livello mondiale si è iniziato a guardare all’agricoltura indoor con sempre maggiore attenzione. Se strutture di vertical farming sono già diffuse in Paesi come l’Olanda e il Regno Unito, le sfide globali che coinvolgono il settore agricolo stanno spingendo sempre più Paesi a guardare con interesse a queste serre verticali.
Le ragioni di questo sviluppo sono diverse e associate alle grandi sfide che l’Europa si trova davanti. Infatti, la percentuale di terra coltivabile in Europa è in continuo calo dal 1960, a fronte di una popolazione (e di una domanda) sempre crescente. A questo deve aggiungersi l’impoverimento del terreno derivante dallo sfruttamento eccessivo del suolo coltivabile, che riduce significativamente la produttività dei terreni agricoli a disposizione
Vi è da considerare, inoltre, l’impatto dei cambiamenti climatici sul settore, nonché il suo contributo a tali cambiamenti: da un lato, infatti, siccità ed eventi meteorologici estremi - nel 2022 in Italia se ne sono contati 310 - riducono la produttività dei terreni e danneggiano le colture. Dall’altro, il settore è responsabile a livello mondiale del 70% del consumo di acqua, del 24% dei gas serra emessi, oltre al degrado del suolo e all’inquinamento delle falde acquifere.
Vertical farming, maggiore efficienza e sostenibilità con le tecnologie 4.0
Proprio in virtù di questi aspetti il mercato dell’indoor farming, si stima, crescerà nei prossimi anni con un CARG del 10,4%, fino a raggiungere nel 2028 un valore di 23,26 miliardi di dollari.
Tuttavia, in un settore caratterizzato da un’elevata automazione, il tema del consumo energetico è più rilevante che mai. Nel vertical farming, infatti, l'automazione viene utilizzata in molti ambiti diversi, come:
- nei sistemi di irrigazione, per controllare la quantità di acqua distribuita alle piante
- nei sistemi di distribuzione dei nutrienti, per regolare la quantità di sostanze nutritive da somministrare alle piante in un determinato momento
- nei sistemi di regolazione dell’ambiente della serra (temperatura, umidità, quantità di CO2 nell’aria etc.)
Secondo il Global CEA Census Report 2021, le vertical farm hanno un consumo energetico medio significativamente più elevato, pari a 38,8 kWh per kg di prodotto, rispetto alle serre tradizionali, che hanno una media di 5,4 kWh per kg.
Con il proliferare delle vertical farming aumenta però anche il consumo energetico assorbito dal settore. Inoltre, con l’aumento dei costi dell’energia, le aziende che si dedicano al vertical farming non possono non prendere in esame strategie di efficientamento per assicurare la sostenibilità economica che ambientale del business.
Per quanto centrale e rilevante sia questo tema, non è tuttavia l’unico elemento critico per le aziende che operano nel vertical farming. In ambienti a così alta automazione, infatti, l’affidabilità e la sicurezza delle tecnologie impiegate diventa imprescindibile. Un malfunzionamento o un guasto ai sistemi - sia esso dovuto all’usura o la rottura di un componente o a un attacco esterno -, infatti, potrebbe portare a problemi nell’illuminazione delle colture oppure nella redistribuzione dei nutrienti, con effetti devastanti sulle coltivazioni della serra.
Inoltre, in un settore come quello del vertical farming, diventa centrale non solo il tema del consumo di energia, ma anche della sua continuità, in quanto una prolungata assenza della fornitura rischierebbe di compromettere in modo irrecuperabile il raccolto. Grazie alla digitalizzazione dell’elettromeccanica è oggi possibile affidarsi a soluzioni smart in grado di gestire in modo intelligente queste complessità.
Approfondimento sui consumi del vertical farming
Il vertical farming, sebbene rappresenti una soluzione innovativa e sostenibile per la produzione alimentare urbana, comporta un elevato consumo energetico che deve essere attentamente monitorato.
Secondo il Global CEA Census Report 2021, le vertical farm hanno un consumo energetico medio significativamente più elevato, pari a 38,8 kWh per kg di prodotto, rispetto alle serre tradizionali, che hanno una media di 5,4 kWh per kg.
Se, da un lato, il vertical farming può fornire una risposta ad alcune importanti sfide sociali – legate, appunto, al fabbisogno di cibo e alla risoluzione dei problemi dell’agricoltura “tradizionale” -, con il proliferare delle vertical farming aumenta però anche il consumo energetico assorbito dal settore.
Inoltre, con l’aumento dei costi dell’energia, le aziende che si dedicano al vertical farming non possono non prendere in esame strategie di efficientamento per assicurare la sostenibilità economica che ambientale del business.
Analisi dei principali fattori di consumo energetico
Il consumo energetico nel vertical farming è influenzato da diversi fattori. Uno dei principali è l'illuminazione artificiale. Le luci LED, pur essendo più efficienti rispetto alle tradizionali lampade a incandescenza, richiedono una quantità significativa di energia per garantire una fotosintesi ottimale e una crescita rapida delle piante.
Un altro fattore cruciale è il sistema di controllo climatico, che include riscaldamento, raffreddamento e ventilazione. Questi sistemi devono operare continuamente per mantenere un ambiente stabile e favorevole alla crescita delle colture. Inoltre, l'automazione dei sistemi di irrigazione e distribuzione dei nutrienti richiede energia per funzionare in modo efficiente.
Per quanto centrale e rilevante sia questo tema, non è tuttavia l’unico elemento critico per le aziende che operano nel vertical farming. In ambienti a così alta automazione, infatti, l’affidabilità e la sicurezza delle tecnologie impiegate diventa imprescindibile. Un malfunzionamento o un guasto ai sistemi - sia esso dovuto all’usura o la rottura di un componente o a un attacco esterno -, infatti, potrebbe risultare non solo in problemi alle colture, ma anche in un consumo energetico anomalo.
Inoltre, in un settore come quello del vertical farming, diventa centrale non solo il tema del consumo di energia, ma anche della sua continuità, in quanto una prolungata assenza della fornitura rischierebbe di compromettere in modo irrecuperabile il raccolto. Grazie alla digitalizzazione dell’elettromeccanica è oggi possibile affidarsi a soluzioni smart in grado di gestire in modo intelligente queste complessità.
Metodologie per la valutazione dei consumi energetici
Per una gestione efficiente del consumo energetico nel vertical farming, è fondamentale adottare metodologie di valutazione accurate. Una delle tecniche più utilizzate è l'analisi del ciclo di vita (LCA), che prende in considerazione l'energia utilizzata durante l'intero ciclo di vita del prodotto, dalla produzione dei materiali alla distribuzione finale. Questo approccio permette di identificare i punti critici di consumo energetico e di implementare strategie di miglioramento.
Importante per conoscere e comprendere i consumi è il monitoraggio continuo dell'energia utilizzata, suddivisa per diverse operazioni come l'illuminazione, il controllo climatico e l'irrigazione.
Inoltre, l'uso di soluzioni software di gestione energetica può aiutare a raccogliere e analizzare dati in tempo reale, permettendo di apportare modifiche immediate per ottimizzare il consumo energetico.
Ottimizzare i consumi energetici nel vertical farming
Secondo il Global CEA Census Report 2021, il 62% delle aziende CEA monitora attivamente il proprio consumo energetico, un passo fondamentale per migliorare l'efficienza. Tuttavia, soltanto il 28% degli operatori censiti è stato in grado di fornire un dato “credibile”, in grado di restituire una fotografia del consumo orario o per kg di prodotto.
L’uso di tecnologie in grado di rilevare e analizzare questi dati è un requisito imprescindibile per poter valutare strategie di efficientamento e ottimizzare i consumi energetici. In un contesto economico non favorevole, le aziende che si dedicano al vertical farming devono adottare strategie di riduzione dei consumi per assicurare la sostenibilità economica e ambientale del business.
Impiego di fonti di energia sostenibile
Per affrontare queste sfide, molte aziende stanno investendo in fonti di energia rinnovabile e tecnologie di efficienza energetica, cercando di bilanciare la sostenibilità ambientale con la redditività economica. Alcuni esempi includono l'uso di energia solare, geotermica, eolica e biomassa.
L'adozione di fonti di energia sostenibile è una delle strategie più efficaci per ridurre il consumo energetico nel vertical farming. L'energia solare, ad esempio, può essere utilizzata per alimentare i sistemi di illuminazione e controllo climatico, riducendo la dipendenza dai combustibili fossili.
Analogamente, l'energia eolica può essere utilizzata per generare elettricità in loco, mentre l'energia geotermica può essere sfruttata per il riscaldamento e il raffreddamento.
Secondo il Global CEA Census Report 2021, il 37% delle strutture CEA utilizza fonti di energia rinnovabile, di cui circa due terzi generano energia in loco. Alcuni hanno stabilito collaborazioni con i fornitori di energia per ridurre il consumo durante le ore di picco, spegnendo le luci durante i periodi di riposo delle piante. Questo approccio non solo riduce i costi energetici, ma contribuisce anche a migliorare l'efficienza della rete energetica complessiva.
Vertical farming, le soluzioni a supporto di un consumo intelligente di energia
Inoltre, l'implementazione di sistemi di gestione energetica avanzati può aiutare a ottimizzare il consumo in base alle necessità operative e ai momenti della giornata. Grazie a sistemi hardware e software innovativi e progettati per promuovere l’efficienza delle operazioni, è possibile tenere sotto controllo i consumi energetici e utilizzare l’energia necessaria in modo più intelligente, a partire dai sistemi di stoccaggio e prelievo che sono dei componenti essenziali delle vertical farm. Questi devono poter essere programmati con facilità, oltre che essere in grado di rilevare prontamente qualsiasi inefficienza.
Soluzioni per una gestione ottimale dell’energia
A queste esigenze risponde il modulo software MOVIKIT StackerCrane effiDRIVE®, che trova impiego nella programmazione di trasloelevatori fino a 4 assi di traslazione e fino a 4 assi di sollevamento. Ottimizzando i cicli di corsa degli azionamenti di sollevamento e di traslazione, è possibile raggiungere un risparmio energetico fino al 25%.
StackerCrane effiDRIVE è uno dei numerosi moduli software MOVIKIT, moduli predefiniti che possono essere utilizzati facilmente per la configurazione e la diagnosi e si adattano in modo ottimale alla tecnologia di controllo del MOVI-C® Controller coordinato. I controllori MOVI-C® si basano sulla soluzione di automazione MOVI-C®, che offre una piattaforma comune per quadri di comando e controller decentralizzati, con le stesse funzionalità e un'identica varietà di interfacce.
Oltre alla facilità di programmazione e di messa in servizio, al centro della suite MOVI-C vi sono i valori di efficienza, sicurezza e flessibilità. Flessibilità che è garantita anche dai controllori MOVI-C, grazie anche alla disponibilità di quattro classi di performance: "power", "progressive", "advanced" e "standard". I controllori, inoltre, sono tutti dotati di un design compatto, che li rende adatti anche per piccoli quadri elettrici. Alla flessibilità in termini di efficienza e applicazione si aggiungono standard elevati di sicurezza, (come la sicurezza tramite fieldbus), implementati tramite routing PROFIsafe o controllori di sicurezza FSoE.
Promuovere l’efficienza e l’affidabilità in campo energetico non vuol dire unicamente adottare soluzioni a basso consumo o in grado di rilevare e rispondere prontamente alle inefficienze. Per una gestione davvero smart dell’energia è infatti necessario disporre di soluzioni in grado di adattare il consumo energetico alle necessità del momento. Necessità che, in qualsiasi impianto e così anche nelle vertical farm, possono cambiare in base alle operazioni e al momento della giornata.
È quindi necessario fare un passo in più verso l’efficienza energetica con soluzioni in grado di recuperare l’energia in eccesso e impiegarla nei momenti di maggiore domanda o immagazzinarla per assicurare la continuità di fornitura anche in caso di interruzione del servizio della rete. A questi e altri vantaggi è rivolta Power and Energy Solution, innovativa soluzione basata sempre sulla piattaforma MOVI-C®, che include soluzioni che abbinano le tecnologie di controllo e azionamento MOVI-C® con supercondensatori in sistemi dimensionati appositamente per rigenerare, accumulare e riutilizzare energia elettrica, stabilizzando la rete e riducendo i consumi e le emissioni di CO2.
Grazie a queste caratteristiche, la soluzione permette anche di integrare alla fornitura dalla rete elettrica altre fonti di energia, come le energie rinnovabili, il cui impiego permetterebbe di rendere ancora più sostenibile le strutture di vertical farming.
