Agricoltura: ENEA realizza primo simulatore smart per coltivare piante al chiuso anche nello spazio

03 Maggio 2018 Ultima modifica: 20 Novembre 2023

ENEA ha brevettato e realizzato presso il Centro Ricerche di Portici il primo “microcosmo” per la coltivazione al chiuso e in ambienti estremi di piante come olivo, patata, pomodoro, lattuga e basilico, utilizzando comunque la terra. Si tratta di un vero e proprio “simulatore” di campo hi tech, unico in Italia, che permette la crescita di piante "superiori", dotate cioè di una parte radicale e una parte aerea, sia legnose che erbacee, in ambienti “chiusi” normalmente inadatti alla coltivazione, come aeroporti, metropolitane e centri commerciali, ma anche “estremi” come aree desertiche e glaciali o nell’ambito di missioni spaziali. Realizzato in collaborazione con il Gruppo FOS, questo sistema innovativo di “smart agriculture” si distingue dalle serre e dalle comuni camere di crescita principalmente per l’architettura “a doppio stadio”; sensori per il controllo dei parametri ambientali che influenzano crescita, sviluppo e riproduzione delle piante; il sistema luci a LED che fornisce alle piante una illuminazione di precisione mediante lunghezze d’onda selezionate invece dell’intero spettro solare.

“L’innovazione principale - evidenzia Luigi d’Aquino del Laboratorio Nanomateriali e Dispositivi dell’ENEA di Portici - è rappresentata dal ‘doppio stadio’ vale a dire con due camere indipendenti: una ipogea, destinata all’allevamento dell’apparato radicale e della rizosfera della pianta, cioè dell’insieme degli organismi che vivono nella zona del substrato in cui crescono le radici, e una camera epigea, destinata all'allevamento della parte aerea e della fillosfera della pianta, cioè dell’insieme degli organismi che vivono nel suo ambiente aereo“.

Pur essendo indipendenti e gestite autonomamente a livello dei parametri ambientali, le due camere sono, però, intercomunicanti proprio come in natura, grazie gli scambi gassosi che avvengono attraverso il substrato di crescita delle radici (terreno, terriccio, composta o torba).

“L’analogia con il campo coltivato – prosegue d’Aquino - è ancora più evidente se esaminiamo i microcosmi dal punto di vista della rapidità di crescita e della produttività di clorofilla e biomassa delle piante. Attualmente stiamo sperimentando l'efficacia del microcosmo abbinato all'illuminazione di precisione: abbiamo seminato e allevato per lo stesso periodo di tempo piante di basilico della stessa varietà, alcune in vasetto in laboratorio, un ambiente tipicamente inospitale per le piante, altre in un microcosmo sotto luce bianca e altre ancora in un altro microcosmo sotto luce di precisione LED di colore blu e rosso. Dopo circa un mese, rispetto alle piante lasciate crescere in laboratorio, quelle allevate in microcosmo sotto luce bianca sono cresciute molto di più, ma quelle nel microcosmo sotto luce di precisione hanno sviluppato una biomassa decine di volte superiore, maggiore clorofilla e sono passate anche alla fase riproduttiva”.

“I nostri microcosmi – sottolinea ancora d’Aquino - sono veri e propri ecosistemi, diversi, quindi, dalle serre e dalle camere di crescita tradizionali, e sono in grado di replicare fedelmente in laboratorio quello che avviene in un campo coltivato quando si impongono date condizioni ambientali ed intervengono organismi capaci di interferire con le funzioni vegetali, quali patogeni o parassiti”.

Oltre alla soluzione strutturale in due camere indipendenti, che rende la struttura adatta ad allevare diverse tipologie di pianta, il microcosmo si distingue dalle comuni camere di crescita anche per la gestione molto più articolata di numerosi fattori ambientali, in particolare temperatura, luminosità, umidità e per la possibilità di gestione da remoto di tutto il sistema, requisito fondamentale per le applicazioni in ambienti estremi, in cui l'operatore può non essere sempre presente. Ma non solo. Innovativa è anche la possibilità di inserire sensori in tutti i punti che il ricercatore può ritenere strategici, ma anche la scelta dei materiali, che, ad esempio, nella camera epigea sono trasparenti, per consentirne il controllo a distanza, nonché ‘forabili’, per permettere campionamenti senza perturbare lo stato delle piante.

I microcosmi sono stati ideati e realizzati nell'ambito delle attività del Laboratorio pubblico privato TRIPODE e sono attualmente in via di ulteriore sviluppo nell’ambito del Progetto ISAAC (Innovativo Sistema illuminotecnico per l’Allevamento di vegetali in Ambienti Chiusi per migliorare il benessere umano) – cofinanziato con oltre 4,7 milioni di euro dal Bando Horizon 2020 e dal PON Imprese & Competitività 2014-2020 del Ministero dello Sviluppo Economico – al quale partecipa, oltre a ENEA e al gruppo FOS, anche l’industria BECAR, azienda controllata da Beghelli.

Oltre allo sviluppo del microcosmo, il progetto ISAAC punta a realizzare, in tre anni, anche un sistema innovativo di illuminazione che permetta non solo di allevare, sviluppare e far riprodurre efficacemente piante al chiuso e in ambienti estremi, ma anche di sostenere un adeguato benessere degli esseri umani.

“Il nostro brevetto - conclude d’Aquino - può costituire la base tecnologica per sviluppare prototipi di interesse per laboratori di ricerca attivi in diversi campi della biologia come, ad esempio, la fisiologia vegetale, la patologia e la parassitologia vegetale, l’ecofisiologia, l’ecotossicologia, l’ecologia tellurica, ma può costituire anche la base per sviluppare prototipi utili a diffondere la coltivazione di piante in ambienti ‘non convenzionali’ con ottime potenzialità di mercato e commerciali, e per questa finalità stiamo valutando l’avviamento di uno spin-off insieme ai nostri partner industriali”.

L’innovazione sarà presentata nell’ambito del “1st Joint AgroSpace-MELiSSAWorkshop – Current and future ways to Closed Life Support Systems”, organizzato dalla PMI italiana Arescosmo e dalla Fondazione Melissa (Micro Ecological Life Support System Alternative), in programma a Roma dal 16 al 18 maggio, che è tra i più ambizioni progetti di ricerca internazionale sul tema dell’agricoltura in ambiente controllato e dei sistemi di supporto vitale biorigenerativi necessari a supportare la permanenza umana nello spazio. L’obiettivo comune è condividere le conoscenze sui sistemi più avanzati per la produzione di cibo nello spazio, analizzando le più recenti innovazioni scientifiche e tecnologiche nel settore delle colture protette e presentando lo stato dell’arte della ricerca internazionale sui sistemi di supporto vitale (melissafoundation.org)