Coltivazioni in microcosmi
ENEA ha brevettato e realizzato presso il Centro Ricerche ENEA di Portici (NA) il primo microcosmo per la coltivazione al chiuso e in ambienti estremi di piante superiori, cioè dotate di una parte radicale e una parte aerea, sia legnose (come ad esempio un albero da frutto), sia erbacee (come ad esempio lattuga, basilico, pomodoro, patata). Si tratta di un vero e proprio simulatore di campo Hi Tech, unico in Italia, che permette la coltivazione di piante in ambienti normalmente inadatti alla crescita vegetale, come aeroporti, metropolitane, centri commerciali, ma anche ambienti estremi quali poli, aree desertiche o nell'ambito di missioni spaziali. In questo modo viene replicato per rapidità di crescita, produzione di sostanze benefiche e biomassa quello che avviene in natura.
Realizzato in collaborazione con l'imprenditore privato Gruppo FOS, questo sistema innovativo per la smart agriculture, si distingue dalle serre e dalle comuni camere di crescita per diversi fattori, a partire dall'architettura "a doppio stadio", per arrivare alla rete di sensori per il controllo dei parametri ambientali che influenzano la crescita, lo sviluppo e la riproduzione delle piante, al sistema di illuminazione di precisione a LED, in grado di fornire alle piante una illuminazione di precisione, realizzata, cioè, mediante lunghezze d'onda selezionate invece dell'intero spettro solare.
Luigi d'Aquino del Laboratorio Nanomateriali e Dispositivi dell'ENEA di Portici (NA)
"L'innovazione principale è rappresentata dal doppio stadio grazie a due camere indipendenti - spiega Luigi d'Aquino del Laboratorio Nanomateriali e Dispositivi dell'ENEA di Portici - Si tratta di una camera 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 avviene in natura, grazie gli scambi gassosi che avvengono attraverso il substrato di crescita delle radici (terreno, terriccio, composta o torba).
"Attualmente stiamo sperimentando l'efficacia del microcosmo abbinato all'illuminazione di precisione - dice ancora d'Aquino - Abbiamo seminato ed 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".
Ecosistemi in grado di replicare la natura
I microcosmi sono veri e propri ecosistemi 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.
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 2020e 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 - dice ancora d'Aquino - 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. In siffatto modo passeremo da un TRL 4 (Technology Readiness Level = Livello di Maturità Tecnologica) a un TRL 7, cioè si passerà da prototipi da laboratorio a prototipi di applicazione pratica, di utilizzo comune".
Le applicazioni in campo pratico
"Il nostro brevetto può costituire la base tecnologica per sviluppare prototipi di interesse per laboratori di ricerca attivi in diversi campi della biologia - ha risposto il ricercatore - 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".