L’agricoltura esiste da 10mila anni e per 9900 le sue tecniche sono state praticamente sempre le stesse: se un agricoltore dell’antica Roma, avesse visto al lavoro un suo collega del primo ‘800, avrebbe riconosciuto gran parte degli attrezzi e delle pratiche.
Poi è arrivata la rivoluzione del motore a scoppio, dei combustibili fossili, dei fertilizzanti e dei pesticidi, che hanno trasformato un’attività plurimillenaria, in una sorta di industria della produzione alimentare.
Oggi permette di sfamare gli 8 miliardi di persone sulla Terra, ma è anche parte dell’attuale crisi climatica: l’agricoltura industriale produce, direttamente (attraverso i combustibili usati per trattori e pompe) o indirettamente (attraverso il metano con cui si fabbricano i concimi azotati), circa il 20% dei gas serra.
Urge quindi una nuova “rivoluzione agricola”, che la riformi attraverso la transizione energetica, facendo funzionare la macchina produttiva alimentare senza alterare il clima.
Un primo passo è l’agrivoltaico, l’uso dei campi per produrre sia energia solare che alimenti, Ma la produzione sul posto di questa elettricità rinnovabile può poi aprire altri orizzonti di sostenibilità per l’agricoltura.
Uno di questi è illustrato dal Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) che ha dimostrato come una combinazione di tecnologie basate sulle rinnovabili possa dimezzare la CO2 nella produzione agricola intensiva, oltre che ridurre notevolmente i costi energetici.
Il gruppo diretto da Sang Min Lee ha sviluppato un sistema di produzione di calore ed elettricità alimentato da solare e idrogeno: integra elettrolizzatore, celle a combustibile, pannelli solari termici e fotovoltaici, pompe di calore e refrigeratori ad assorbimento.
Come funziona il sistema serra
Il sistema è stato implementato con successo in una serra “intelligente” di 660 mq (foto in basso), riducendo le emissioni del 58,1% e i costi operativi del 36,5%, rispetto a quelli di serre equivalenti che usano gasolio oppure metano.
“In pratica, durante il giorno il sistema usa direttamente l’energia solare per scaldare le serre e azionare le pompe e gli altri dispositivi elettrici. L’eccesso di energia elettrica solare viene trasformato in idrogeno. Di notte il sistema funziona combinando la cella a combustibile con la pompa di calore, fornendo elettricità e calore in modo efficiente e constante, indipendentemente dalla stagione e dell’ora del giorno”, spiega Lee.
I sistemi di serre convenzionali alimentate a fonti rinnovabili si basano tipicamente su una sola fonte di energia, come il solare, ma li rendono vulnerabili ai cambiamenti climatici e ai cali di efficienza stagionali.
I sistemi a celle a combustibile, capaci di utilizzare il calore di scarto, sono stati invece finora limitati principalmente ad applicazioni in edifici o nell’industria.
Nel sistema progettato al KIMM, in inverno il calore proveniente dalle celle a combustibile e dai collettori solari viene accumulato in serbatoi e convertito in acqua calda per riscaldare la serra.
In estate, il calore alimenta il refrigeratore ad assorbimento per produrre acqua fredda per rinfrescare le serre. Inoltre, la pompa di calore ad aria supporta il riscaldamento e il raffreddamento quando ci sono condizioni meteorologiche estreme, come ondate di caldo o freddo intenso.
“Durante la realizzazione del progetto abbiamo anche inventato nuovi dispositivi ad alta efficienza, come una cella a combustibile con uscita di acqua calda regolabile, un refrigeratore ad assorbimento che funzionano con acqua anche solo a 65 °C, una pompa di calore capace di generare oltre 5,2 volte la sua energia elettrica in calore e un sistema di monitoraggio e controllo in tempo reale dell’intero sistema. È il primo caso di applicazione delle celle a combustibile a idrogeno all’agricoltura: un contributo all’autosufficienza di questo settore”, secondo Lee.
Energia per macchine agricole e fertilizzanti
A proposito di completa autonomia energetica dell’agricoltura, due difficili punti restano ancora da risolvere: quello delle macchine agricole e quello dei fertilizzanti azotati.
A prima vista le macchine agricole sembrano inadatte all’elettrificazione: fanno lavori molto pesanti e anche se fosse possibile alimentarle a batteria, i loro tempi di ricarica sarebbero lunghi, usando i convenzionali impianti elettrici.
In realtà non è così: esistono già trattori ed escavatori elettrici, e certamente in futuro ce ne saranno sempre di più visto che, abbinati alla produzione elettrica da tetti o da agrivoltaico, possono tagliare drasticamente le spese per il combustibile delle aziende agricole.
Per rendere questa transizione più facile entra in scena una startup: Dimaag-AI, fondata da Ian Wright, che contribuì a suo tempo anche a fondare Tesla. La startup ha sviluppato una soluzione innovativa per la ricarica del macchinario pesante: il Megawatt Mobile Charger.
In sostanza, si tratta di una grande batteria su ruote, pilotata a distanza da un centro di controllo che può ricaricare fino a 6 MW di potenza a più veicoli elettrici contemporaneamente, essendo dotata di accumulatori da 295 kWh e una potenza di ricarica in corrente continua che arriva a 1,5 MW.
Il veicolo-batteria è dotato di 4 motori elettrici, uno per ruota, con trazione integrale e sterzo su tutte le ruote per garantire una maggiore manovrabilità su tutti i terreni, anche i più difficili.
Lo scopo del Megawatt Mobile Charger? Esattamente quello di ricaricare velocemente sul posto macchinari elettrici pesanti, dalle ruspe ai trattori.
Sono mezzi che avrebbero un po’ di problemi a ricaricarsi alle colonnine lungo le strade, o che magari devono funzionare per molte ore di fila per completare i lavori, e non possono fermarsi in attesa della ricarica da normali alimentatori.
In futuro “centri di ricarica veloce su ruote” come il Megawatt Mobile Charge, potrebbero essere acquistati da grandi aziende agricole decise a elettrificare i propri mezzi, oppure essere offerti come servizi in affitto, così come oggi c’è chi affitta mietitrebbie o altri macchinari agricoli speciali, nei brevi periodi in cui servono.
Un po’ più indietro, invece, è il capitolo dell’autoproduzione dei fertilizzanti azotati: composti che sono cresciuti molto di prezzo dopo la guerra in Ucraina, essendo basati sull’ammoniaca prodotta con idrogeno ricavato dal metano.
Sappiamo che l’atmosfera è composta al 70% di azoto; questo è fissato da batteri nella forma organica utilizzabile dalle piante, usando pochissima energia e partendo solo da acqua e aria. Basterebbe imitare questi processi per far sì che i fertilizzanti azotati siano prodotti direttamente sui campi.
In questi ultimi anni sono state realizzate varie ricerche e proposte commerciali per creare sistemi di produzione di queste sostanze direttamente in fattoria, partendo per esempio da idrogeno ottenuto da elettrolisi dell’acqua con energia solare, facendolo reagire con l’azoto dell’aria per via elettrochimica, e ottenere così ammoniaca, la base dei fertilizzanti azotati.
Lo propone già l’azienda olandese NX Stami Ammonia, che partendo dalla sua esperienza nella produzione di urea, ora vende anche impianti medi e piccoli per l’autoproduzione di ammoniaca a livello di fattoria, partendo da energia solare, acqua e aria.
Ancora più innovativo l’approccio di un’altra azienda olandese, VitalFluid: produce dispositivi che, attraverso scariche elettriche, rendono l’acqua carica di ioni reattivi, per usarla come fungicida non inquinante.
Ma visto che i più grandi produttori di fertilizzanti azotati sul pianeta sono i fulmini, che con la loro energia costringono l’azoto dell’aria e reagire con l’ossigeno creando ossidi di azoto solubili in acqua, Vitalfluid sta ora studiando dispositivi che ricreino il fenomeno naturale usando scariche elettriche in aria, che via via saturano di ossidi di azoto un serbatoio d’acqua, così da usarla poi come fertilizzante autoprodotto.
