Idroponica senza volare alla cieca: un nuovo sistema di monitoraggio traccia le soluzioni nutritive in tempo reale
È questo il futuro della coltivazione?
Nei sistemi idroponici verticali, le piante crescono letteralmente verso l'alto, senza terra, con un apporto controllato di fertilizzanti e con un sistema di risparmio idrico.
Con la continua espansione delle città, la scarsità di terreni agricoli e l'avanzare dei cambiamenti climatici, si stanno affermando nuove forme di coltivazione. Una di queste è la coltivazione idroponica verticale: le piante vengono coltivate su più livelli impilati, non nel terreno ma in una soluzione nutritiva circolante. In questo modo si risparmia spazio, si possono percorrere brevi vie di trasporto e si possono fornire le colture in modo molto preciso. Insieme a un consorzio internazionale, l'Istituto Fraunhofer per la microingegneria e i microsistemi IMM ha sviluppato un sistema di monitoraggio multi-ione progettato per controllare automaticamente l'apporto di sostanze nutritive in questi sistemi a ciclo chiuso, rendendo più efficiente l'uso di acqua, fertilizzanti e altre risorse operative.
Il controllo preciso dei nutrienti come sfida chiave
Per quanto efficienti possano essere i sistemi idroponici verticali, la loro gestione è impegnativa. Uno dei compiti più importanti è quello di regolare continuamente la composizione della soluzione nutritiva nel circuito chiuso di irrigazione in base alle reali esigenze delle piante.
In pratica, gli operatori misurano principalmente la conducibilità, il pH, il potenziale redox e la temperatura. Sebbene questi valori forniscano informazioni importanti sulle condizioni della soluzione, rivelano solo informazioni limitate sulle concentrazioni effettive dei singoli ioni nutritivi. Eppure è proprio questo uno dei fattori chiave per ottimizzare il funzionamento del sistema.
Senza informazioni precise, i nutrienti possono essere reintegrati o rinnovati solo in misura limitata e in modo mirato. Per evitare la sottoalimentazione delle piante o il sovraccarico di nutrienti, le soluzioni nutritive vengono quindi spesso sostituite completamente a intervalli regolari.
È proprio qui che entra in gioco il progetto AutoNutri. Il suo obiettivo era quello di sviluppare un sistema di monitoraggio multi-ione che permettesse il controllo automatico online dell'apporto di fertilizzanti nei sistemi idroponici verticali. Grazie al dosaggio dei nutrienti controllato in feedback in sistemi ad anello chiuso, la soluzione nutritiva può essere rigenerata con precisione. In questo modo, il consorzio - composto da Fraunhofer IMM, RM Gerätebau, l'Istituto di Tecnologia Chimica di Mumbai e HiMedia Laboratories Pvt. Limited - mira a utilizzare l'acqua e i fertilizzanti in modo più efficiente, riducendo al contempo l'inquinamento ambientale causato dallo smaltimento prematuro delle soluzioni nutritive.
Tenere traccia di cinque nutrienti contemporaneamente
Il cuore del sistema è un metodo di misurazione elettrochimica basato su elettrodi ionoselettivi in grado di rilevare cinque diversi ioni direttamente nella soluzione nutritiva. Questi ioni sono particolarmente importanti per la crescita di cinque colture selezionate per il progetto. In questo modo è possibile vedere più chiaramente quali sostanze nutritive sono effettivamente disponibili per le piante e dove è necessario apportare modifiche.
A tal fine, i partner del progetto in India hanno studiato cinque colture selezionate: lattuga, brahmi, timo, stevia e basilico. Per queste piante sono state confrontate diverse formulazioni di nutrienti, al fine di comprendere meglio le loro specifiche esigenze colturali. Inoltre, le colture sono state coltivate nel terreno per identificare le differenze di crescita e di assorbimento dei nutrienti tra la coltivazione convenzionale e quella in acqua. Ciò ha fornito una base più mirata per definire i requisiti del sistema di misurazione.
Per i test, HiMedia ha allestito un impianto all'aperto a Igatpuri e uno al chiuso a Mumbai. Entrambi i siti sono controllati da sensori e automatizzati. Qui le colture selezionate sono state studiate in condizioni realistiche e i componenti sviluppati sono stati testati durante il funzionamento in corso.
Anche il progetto tecnico è stato sviluppato tenendo conto delle applicazioni future. Il sistema ha un design modulare, funziona con calibrazione automatica e richiede solo piccoli volumi di campione. I singoli componenti possono essere sostituiti quando necessario. L'obiettivo è quello di rendere il più semplice possibile l'integrazione della soluzione nelle strutture esistenti e il suo utilizzo in funzione. L'intero sistema è controllato da un microcontrollore, che consente la calibrazione, il campionamento, la misurazione e l'elaborazione dei dati in modo completamente automatico in un flusso di lavoro continuo. La piattaforma è completata da un modulo che regola automaticamente il dosaggio dei nutrienti in base ai valori misurati.
Dalla configurazione pilota all'applicazione pratica
Una tappa importante è stata la consegna del prototipo alla sede di HiMedia nel marzo 2025. Lì il sistema è stato installato e utilizzato per i test e la convalida.
Per portare il sistema all'uso pratico, sono state selezionate due aziende agricole commerciali per il beta test e la formazione: Amrit Agro Hydroponic Farm di Igatpuri, che coltiva principalmente ortaggi da frutto come pomodori e peperoni, e Ezzi Hydroponic Farm di Bhiwandi, che coltiva ortaggi a foglia ed erbe aromatiche, tra cui il basilico. Finora entrambe le aziende lavoravano con una miscela di nutrienti commerciali. I campioni di queste soluzioni nutritive sono stati prelevati e analizzati presso il sito HiMedia utilizzando il sistema AutoNutri. In questo modo è stato dimostrato come la tecnologia possa aiutare a controllare i nutrienti in modo più preciso e a utilizzare le soluzioni nutritive in base alle reali esigenze in condizioni reali.
"Il sistema è attualmente sottoposto a ulteriori test in condizioni operative reali. Allo stesso tempo, stiamo esplorando altre applicazioni in cui la tecnologia potrebbe essere utilizzata efficacemente, ad esempio per il monitoraggio delle acque reflue o per il monitoraggio dei nutrienti nei sistemi di biofermentazione", afferma il responsabile del progetto Rainer Gransee del Fraunhofer IMM.
Il sistema AutoNutri sarà presentato ad analytica
Il sistema AutoNutri sarà presentato ad analytica, che si terrà a Monaco dal 24 al 27 marzo 2026. Con il motto "Come le tecnologie analitiche di processo (PAT) online possono migliorare il controllo della qualità - dalle soluzioni di acqua e nutrienti ai flussi di bioprocesso", gli scienziati Fraunhofer saranno lieti di discutere con i visitatori nel padiglione A3, stand 312.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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