Serre Geotermiche e Passive – Ridurre le emissioni di carbonio in agricoltura

Abbondanza Insostenibile

Una grande comodità della vita moderna è la possibilità di ottenere prodotti freschi direttamente dal supermercato in qualsiasi momento. I prodotti freschi ci attendono direttamente al supermercato. Fuori può fare freddo e la neve può ricoprire tutto, ma troviamo comunque un’abbondanza di pomodori, lattuga e frutta fresca.

Questo, tuttavia, ha un costo di massive emissioni di carbonio. O questi prodotti vengono spediti, nella maggior parte dei casi in aereo, dall’altra parte del mondo. Oppure sono prodotti in serre riscaldate, per lo più con gas naturale o propano.

Un’opzione sarebbe rinunciare a tale lusso. È quello che i nostri antenati facevano, specialmente nei climi freddi, affidandosi a una dieta di cipolle, patate, carote, formaggio, sottaceti e carne salata o affumicata durante l’inverno. Ma realisticamente, non è qualcosa che il consumatore medio è disposto a fare.

Fortunatamente, nuovi progetti di serre che sfruttano in modo più intelligente l’energia sia della Terra che del Sole possono aiutare a ridurre la necessità di combustibili fossili per coltivare il nostro approvvigionamento alimentare invernale.

Serre Passive

Il design essenziale di una serra è catturare e immagazzinare l’energia termica del sole. Lasciando entrare i raggi solari, proteggendo le piante dal vento e trattenendo il calore. Questo aumenta la produttività delle piante allungando la stagione di crescita e fornendo temperature più calde, favorendo la crescita vegetale. È indispensabile per produrre anche cibi “di base” come pomodori o paprika in molte parti di USA, Canada ed Europa.

Riscaldamento della serra da radiazione solare – Fonte: Hydroponics simplified

Le serre passive spingono questo concetto di base oltre, aumentando l’efficienza di ogni possibile componente.

Massa Termica

La prima idea è aumentare l’inerzia del sistema. Il più grande rischio per la coltura in serra sono le gelate di breve durata che ucciderebbero piante fragili come i pomodori. Aumentare l’inerzia termica della serra riduce i picchi di temperatura massimi e minimi.

Un modo per farlo è avere il lato nord della serra non in plastica o vetro, ma in mattoni o pietra. Il muro solido tratterrà più calore e assorbirà direttamente il calore del sole durante il giorno. Poi lo riemetterà verso l’interno della serra di notte, rendendo più probabile che rimanga priva di gelo.

Questo design è stato implementato su larga scala in Cina ed è ora oggetto di studi nella letteratura scientifica.

Serre Passive Cinesi – Fonte: Research Gate

Per potenziare ulteriormente l’effetto del muro, una pellicola isolante, spesso polistirene, viene applicata all’esterno del muro così che il calore riemettere rimanga all’interno della serra.

Altri progetti possono anche aggiungere barili d’acqua e un dissipatore di calore molto potente, a contatto con il muro nord per una maggiore inerzia termica. Pietre intorno alle piante e un pavimento in cemento/pietra al centro della serra possono anch’essi aiutare.

Ridurre le perdite

Un’altra opzione per mantenere le serre più calde di notte è ridurre le perdite termiche. Per questo, le serre passive cinesi stendono una coperta sopra la serra ogni notte. Inizialmente fatta a mano, ora è più comune l’uso di sistemi automatici.

Fonte: Research Gate

Si potrebbero fare ulteriori progressi, in particolare sulla ventilazione, ma in ogni caso, questo design può già operare senza alcun combustibile fossile e rappresenta una grande componente di come la Cina possa nutrire la sua popolazione di 1,4 miliardi di persone.

Fonte: Research Gate

Serre Geotermiche

Temperature del Suolo

Le serre passive rappresentano un miglioramento radicale rispetto ai design riscaldati da combustibili fossili comuni in Occidente, specialmente negli USA o nei Paesi Bassi.  Ma nei climi più estremi potrebbe non bastare, soprattutto in caso di inverni molto nuvolosi e nevosi, dove potrebbero esserci intere settimane in cui una serra non riceve alcuna luce solare diretta.

L’energia geotermica è già usata per riscaldare le case tramite pompe di calore sotterranee. L’idea è di installare una rete di tubi in profondità nel terreno, a un livello dove la temperatura è costante durante tutto l’anno. Poi, si utilizza una pompa di calore per estrarre quel calore e mantenere la casa calda.

Fonte: energy.gov

Ciò che rende una pompa di calore sotterranea superiore a una pompa d’aria, almeno nei climi freddi, è che il gruppo avrà una temperatura costantemente sopra lo zero. La temperatura esatta varia a seconda della regione, così come l’attività geotermica potenziale.

Un Design Geotermico Semplificato

Per le serre non è necessario una pompa di calore per “concentrare” l’energia del suolo fino a una temperatura confortevole per gli esseri umani.

Mantenere di notte qualche grado sopra il gelo è sufficiente, con i momenti in cui il sole splende che forniscono i gradi extra necessari per riprendere la crescita delle piante. Da questi semplici fatti è emerso il concetto di serra geotermica.

L’idea è di interrare un tubo abbastanza profondo da far sì che il terreno circostante rimanga caldo tutto l’anno. L’aria della serra viene poi fatta circolare nel tubo, riscaldandolo, e successivamente reimmessa nella serra per mantenere l’aria interna sopra lo zero.

Questa strategia è stata adottata in stati USA con inverni freddi, come Nebraska, to grow locally citrus, figs, or grapes.

Semplice è Bello

Il vantaggio di questo design è la sua elevata efficienza energetica. La necessità di circolazione dell’aria lo rende non completamente passivo, poiché il sistema di ventilazione richiede una certa energia elettrica. Tuttavia, il consumo è molto basso rispetto a qualsiasi altra forma di riscaldamento per serre.

È anche una soluzione relativamente a bassa tecnologia, con lo scavo richiesto realizzabile da una sola persona con una retroescavatrice o escavatore e necessario una sola volta per diversi decenni.

Infine, la temperatura media stabile sottoterra significa che lo stesso sistema può essere usato per raffreddare le serre in estate, potenzialmente contribuendo a incrementare la produttività delle piante nei mesi estivi e/o a ridurre il consumo d’acqua.

Altri Riscaldamenti Geotermici

La serra geotermica di base è una buona soluzione per allungare la stagione di crescita o rendere colture e alberi sensibili al gelo praticabili nelle regioni nordiche. Potrebbero essere necessarie fonti di calore geotermico più potenti per raggiungere una produttività ottimale tutto l’anno.

Un’opzione sono le sorgenti termali e altre fonti di calore sotterranee localizzate (60-150°C / 140-300°F). Sebbene difficili da scalare ovunque, esistono “dozens of greenhouse operations in the Rocky Mountain and West Coast states that are heated by medium temperature geothermal energy.” Gli USA, ma anche Giappone, Canada, Cile e altre regioni con sorgenti termali e attività vulcanica potrebbero essere buoni candidati per espandere questo tipo di serra.

Un’altra opzione potrebbe essere la perforazione geotermica profonda, scavando a sufficiente profondità per accedere a rocce permanentemente riscaldate dall’attività geotermica della Terra. Sfortunatamente, tali pozzi profondi sono, per ora, molto costosi. Sebbene alcune aziende, come Eavor, stiano cercando di risolvere questo problema per la generazione di energia, è improbabile che vengano impiegati per la produzione alimentare nel prossimo futuro.

Conclusione

Le serre geotermiche sono ancora un concetto molto nuovo e funzionano al meglio se combinate con il concetto di serra passiva. Le serre passive stanno ora diventando più diffuse a livello globale, dopo la loro massiccia adozione in Cina.

Quindi, è probabile che le serre geotermiche diventino il prossimo passo per rendere la catena alimentare più localizzata e resiliente, riducendo al contempo la dipendenza dai combustibili fossili.

Al momento della stesura di questo articolo, non siamo riusciti a trovare un’azienda quotata pubblicamente specializzata nella costruzione di serre passive o geotermiche. L’aspetto “low‑tech” di questa tecnologia potrebbe averla resa poco “startup‑friendly”, poiché è difficile sviluppare IP proprietario.

Tuttavia, alcuni kit sono disponibili da aziende private come:

• Ceres Greenhouse Solutions (high-yield greenhouses).
• SunCatcher (Solar passive greenhouse).
• Atmos Greenhouse Systems(Geothermal “climate battery”).

È comunque una chiave per ridurre il consumo di combustibili fossili, così come per costruire un’economia più resiliente, come la crisi che ha colpito la produzione di serre olandesi nel 2022 ha illustrato. Il paese ha 24.000 acri di serre che consumano 106 petajoule all’anno, fornendo 21% dei peperoni, 20% dei cetrioli e 17% dei pomodori coltivati in Europa.

Quindi, questo potrebbe diventare un nuovo settore verde ancora da sviluppare su larga scala, con sistemi standardizzati per ridurre i costi e aumentare l’efficienza e l’affidabilità.