Nuove Opportunità per i LED – Vertical Farming

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Autore: Alexander Wilm, Senior Key Expert di Osram Opto Semiconductors

La luce è fondamentale per la maggior parte degli esseri viventi che vivono al di sopra delle profondità marine. Le piante utilizzano la luce per sviluppare il processo di fotosintesi, dove la CO2 viene convertita in carboidrati dalla clorofilla delle cellule vegetali. La quantità di luce, la sua qualità, nel senso di composizione spettrale della luce, e la durata dell’esposizione hanno un effetto sulle proprietà della pianta durante la crescita e la maturazione. Pertanto, l’illuminazione (e i suoi sviluppi tecnologici) è una variabile fondamentale nell’odierna orticultura.

Il mercato della frutta e verdura fresca in Europa (per un valore di oltre €30 miliardi, secondo ICI Business) è attualmente colpito da un certo numero di fattori esterni, tra cui il cambiamento climatico, la maggiore consapevolezza dei consumatori dei benefici per la salute, l’aumento della domanda di “superfoods” di nicchia, i costi della catena logistica e la pressione per garantire uno sviluppo sostenibile e pratiche di coltivazione più ecologiche e “locali”.

Con questi tipi di sfide in un mercato in espansione, l’industria ha compiuto molti progressi per aumentare la produzione, soddisfare la domanda e garantire che il consumatore finale sia rifornito nei tempi effettivamente previsti. La coltivazione indoor in una serra o in un edificio chiuso con illuminazione artificiale controllabile è diventata una pratica diffusa, utilizzata soprattutto negli agglomerati urbani con spazio limitato. L’illuminazione artificiale permette agli agricoltori anche di integrare la luce naturale per una crescita delle piante più rapida e con una qualità superiore, per estendere il periodo di luce diurna o semplicemente per farle crescere completamente senza luce naturale in spazi protetti. Tra gli altri vantaggi, anche quello per gli agricoltori di far crescere frutta e verdura, fiori, e altre specie di flora che a causa delle condizioni climatiche sarebbe altrimenti impossibile, ad esempio la coltivazione di frutta esotica in un magazzino in disuso in città.

Coltivazioni stratificate o verticali, con file orizzontali di piante posizionate le une sopra le altre per risparmiare spazio hanno aperto nuove possibilità di coltivazione modificando l’approccio sistematico. La coltura in ambiente controllato ha dimostrato di essere l’alternativa migliore all’agricoltura tradizionale per garantire una produzione alimentare sostenibile per una popolazione sempre crescente. I vantaggi comprendono la non-paragonabilità con un sistema chiuso, nessun inutile uso di pesticidi, erbicidi e altre sostanze chimiche (le colture sono protette dai parassiti e dalla contaminazione), e un contributo per l’ecosistema.

I sistemi di illuminazione sono un elemento chiave in questi sistemi evoluti soprattutto in ambienti di coltivazione compatta come quelli visti con colture verticali o 3D. I sistemi di illuminazione in orticoltura sono di solito basati su lampade al sodio ad alta pressione (HPS). Queste producono oltre 100 lm/W, ma con una lunghezza d’onda molto ampia. L’elevato consumo di energia e il calore delle lampade HPS richiedono una notevole distanza tra le piante e la sorgente di luce, destinandole principalmente ai sistemi con l’illuminazione dall’alto (toplighting). Altri inconvenienti delle lampade HPS includono una vita relativamente breve di solo 8.000 ore e lampade più piccole hanno costi significativamente inefficienti.

Da quando è stato scoperto che lo spettro di luce che investe le piante può modificare le loro proprietà (per esempio lo sbocciare dei fiori e la crescita della frutta), vi è stato un enorme aumento dell’interesse mostrato dal settore orticolo nei confronti dei LED. Questo è stato il punto di svolta in cui l’illuminazione a LED è diventata una tecnologia cruciale per la redditività sostenibile dell’agricoltura urbana.

Le piante verdi utilizzano principalmente luce blu (da 430 a 490 nm circa) e la luce rossa (da 640 a 780 nm circa) per la fotosintesi e la produzione di energia, ma assorbono anche altre bande come ad esempio l’infrarosso intorno a 730 nm. Questo range, tra le altre cose, controlla la crescita delle piante. Il giusto mix e l’aggiunta temporanea di determinate lunghezze d’onda, specificamente adattate alle esigenze individuali delle piante, può quindi innescare l’effetto desiderato in linea con il rendimento, la qualità, il controllo, la velocità, i costi di materiale e gli obiettivi di efficienza richiesti dal produttore. I LED sono particolarmente adatti per questo tipo di applicazioni, grazie allo spettro colore estremamente definito e al controllo flessibile.

Incorporare un sistema a LED che copre in maniera ottimale la gamma di lunghezza d’onda significa che l’illuminazione può essere adattata a qualsiasi tipo di pianta o fiore. Variando il numero di LED è possibile fornire una sorgente di luce ben controllabile senza dover modificare il circuito stampato o la progettazione degli apparecchi di illuminazione.

La gamma OSLON SSL di Osram Opto Semiconductors è un LED di classe 1W che offre una radiazione concentrata a 80, una standard a 120 o una ampia a 150, evitando la necessità di acquistare ulteriori lenti. Uno spettro attentamente mirato garantisce l’aumento di assorbimento della clorofilla e della fotosintesi nelle piante. Copre inoltre le lunghezze d’onda da 450 nm a 660 nm, dal profondo blu all’iper rosso, e 730 nm per gli infrarossi (importanti per la fioritura di molte piante).

Oggi, l’illuminazione a LED è in grado di stimolare la crescita delle piante fino al 40 per cento. I LED, resistenti e con una vita molto lunga, sono anche alternative molto più ecologiche rispetto ai sistemi di illuminazione orticola standard. Possono stimolare significativamente la crescita delle piante riducendo drasticamente il consumo di energia attraverso l’uso di illuminazione mirata a 450, 660 e 730 nanometri. I LED forniscono una opzione forte per l’illuminazione di tutti i tipi di fiori e piante, permettendo al coltivatore di adattare la luce in maniera precisa a seconda delle esigenze delle diverse colture.

Le caratteristiche dei LED per illuminazione in orticoltura, come le dimensioni minime, l’elevata efficienza e la lunga durata, garantiscono la massima flessibilità ai coltivatori. Regolabili e controllabili, i LED sono ad accensione istantanea e possono quindi essere facilmente impostati in cicli che favoriscono una sana crescita della pianta.