Agricoltura intelligente per la fattoria del futuro

Agricoltura intelligente per la fattoria del futuro

La fattoria del futuro nasce dalla sinergia fra metodi di produzione innovativi e tecnologie all'avanguardia

Notizie dal mondo agroalimentare:
prodotti, mercati, tecnologie, processi di filiera

18

Ottobre
2021

A cura di Yuri Costa, Giulia Altamura, Matteo Caranchini, Andrea Caccini
Laura in Ingegneria dei materiali e delle nanotecnologie - PoliMi


Come anticipato lo scorso giugno con l’articolo “Tecnologie green: pannelli LSC per la crescita di vegetali in serra” abbiamo approfondito la tematica dei sistemi LSC - Luminescent Solar Concentrators (concentratori solari luminescenti) intervistando Emilio Sassone Corsi, fondatore e amministratore delegato di Glass to Power, spin-off dell’Università degli Studi Milano Bicocca.

Prof. Sassone Corsi che percorso avete intrapreso dal 2016 a oggi?

Glass to Power è stata costituita il 28 settembre 2016 con un capitale iniziale di 300mila euro, in particolare, per lo sviluppare il prodotto oggetto di questo incontro. Nel 2018 la società ha vinto un bando presso la provincia di Trento per la realizzazione di una fabbrica di nanoparticelle chiamata Nanofarm, che è in grado di produrre un kg di nanoparticelle a settimana. L’obiettivo finale è quello di produrre un quantitativo di nanoparticelle che permetta il sostentamento del fabbisogno per la produzione di LSC. Nei primi mesi del 2021 la società ha ricevuto la certificazione energetica e la marcatura CE ed è quotata 30 milioni di euro.

Figura 1 - Attrezzatura per la produzione di nanoparticelle
In merito alla tecnologia, ci può spiegare il funzionamento di un LSC?

Si tratta di un vetrocamera al cui interno c’è un foglio di plexiglass (PMMA) con delle nanoparticelle disperse che rappresentano il valore aggiunto del prodotto, in quanto il principio fisico prescinde dalle nanoparticelle stesse. Un fotone, proveniente dallo spettro solare, giunge sulle nanoparticelle convertendosi dalla fascia visibile a quella a infrarosso. Per riflessione totale il fotone emesso non viene riassorbito ma viene portato al bordo del foglio dove sono collocate le celle fotovoltaiche che convertono i fasci luminosi in energia elettrica.

Si utilizza il foglio di plexiglass in quanto è più trasparente rispetto al vetro normale e permette ai fotoni di arrivare al bordo del sistema. Il PMMA è però delicato, si deve quindi predisporre un sistema di vetrocamera al cui interno viene messo il pannello in modo tale da non assistere alla degradazione del materiale.
 

Figura 2 - Fasi di produzione del pannello LSC
I pannelli possono essere prodotti sia tramite deposizione di film sottile sia tramite dispersione in una matrice polimerica. Perché avete scelto la seconda opzione?

È meglio che le nanoparticelle siano disperse in modo agiato e non ci sia troppa concentrazione: ne va del loro funzionamento. Se si concentrano solo sul film (superficie esterna) si devono depositare direttamente sul vetro. Questo non è fattibile poiché il vetro stesso fonde a 2000°C e le nanoparticelle a tali temperature andrebbero incontro a degradazione.

Che tipo di particelle usate per avere il fenomeno di riemissione della luce?

Come emitters si usano nanoparticelle di origine inorganica, definiti come Cis (solfuri di Indio o Rame). Hanno durabilità infinita in termini di invecchiamento in quanto non si assiste a degrado della particella.

Nei vostri progetti si parla di lastre di 150x200 cm, quindi di dimensioni non ridotte. È noto che si assiste a fenomeni dissipativi traducibili con perdite energetiche. Qual è la resa delle lastre che producete?

Maggiore è la dimensione del sistema, maggiore è la perdita dovuta al fatto che il fotone fa più fatica a raggiungere il bordo guida. Il mercato però richiede delle dimensioni non ridotte per quanto riguarda i pannelli. Si hanno applicazioni particolari con il vetromattone che risulta essere piccolo in termini superficiali.
 

Figura 3 - Vetrocamera con LSC
Ci può raccontare gli sviluppi e i progetti di cui siete promotori per quanto riguarda l’ambito di serre fotovoltaiche?

La società è stata promotrice di diversi progetti di ricerca per applicare il sistema LSC all’interno delle serre fotovoltaiche trasparenti. In questo caso è necessario avere fotoni selezionati all’interno dello spettro del visibile, oltre che allo sviluppo di energia elettrica tramite il fotovoltaico. Si migliora l’efficienza della serra stessa inserendo i fotoni nel corretto spettro per curare le piante come zucchine e pomodori. Uno di questi progetti nasce da una collaborazione con il Politecnico di Torino ed Enerbrain, società torinese che si occupa di ottimizzare i consumi energetici riducendo le emissioni di CO2.

Ci può descrivere più dettagliatamente il progetto citato?

Per la realizzazione di serre intelligenti sono stati prodotti diversi sistemi fotovoltaici trasparenti, tenendo conto delle caratteristiche delle serre al cui interno la temperatura deve essere relativamente alta e controllata per una buona crescita delle piante. Per effettuare tale controllo è necessario predisporre sistemi per il raffrescamento estivo e il riscaldamento invernale e per questo motivo sono stati posizionati dei sistemi esterni con gruppi elettrogeni che vengono alimentati con i pannelli stessi posizionati sulla superficie della serra. In questo modo si ha un risparmio in termini di superficie utilizzata: i pannelli fotovoltaici classici diminuirebbero la superficie a disposizione per posizionare le piante. I sistemi LSC trasparenti permettono inoltre di selezionare i raggi necessari per la migliore crescita di piante e ortaggi. I vantaggi risultano quindi essere notevoli.
 

Figura 4 - Serra costruita con panelli LSC
Come si colloca la nuova tecnologia LSC all’interno dell’economia del fotovoltaico e che prospettive di sviluppo ha?

Il fotovoltaico tradizionale ha raggiunto un’efficienza del 20%, circa 200W/m2, mentre l’LSC, per il fatto che è trasparente, produce circa un 2% in termini di efficienza, quindi un decimo rispetto al fotovoltaico tradizionale.
Si deve considerare però il fatto che il fotovoltaico tradizionale risulta avere meno superficie a disposizione, a differenza dei nuovi sistemi LSC che, essendo trasparenti possono essere integrati in finestre e sistemi simili. Considerando poi il fatto che gli edifici tendono a essere sempre più alti e con tetti più piccoli, la tecnologia LSC risulta essere meglio applicabile a tali costruzioni. Con maggiore  superficie si ha una notevole produzione di energia elettrica. In termini economici, in 5 anni si ammortizza l’investimento, a differenza del pannello fotovoltaico tradizionale che si ammortizza in 7 anni.

Quali prevedete potranno essere gli sviluppi di questa tecnologia?

Il fotovoltaico è l’energia più utilizzata oggi in quanto costa meno del nucleare e di ogni energia fossile e nei prossimi anni assisteremo a uno sviluppo di investimenti nel settore del fotovoltaico tradizionale. All’interno di tale onda anche gli LSC avranno modo migliorare in termini di vendite. L'incremento potrebbe, però, essere legato ai costi di investimento. Un pannello fotovoltaico trasparente costa 600 euro al metro quadro che è il doppio del costo di una finestra normale. Il prezzo considera solo la materia prima senza prendere in considerazione la comunicazione dei pannelli e i sistemi di accumulo.
La filiera è molto lunga e i primi da convincere sono i progettisti. Per questo motivo Glass to Power si è preposta di incontrare gli Ordini di ingegneri e architetti per promuovere il prodotto.

Quali sono le caratteristiche in termini di green economy del prodotto?

Vengono utilizzati solo plexiglass di prima qualità altamente riciclabile e nanoparticelle di silicio o di altri semiconduttori inerti senza metalli pesanti. Anche a livello di smaltimento a fine ciclo i problemi sono ridotti. A seguito di analisi effettuate il prodotto può essere smaltito e riciclato al 100%, in quanto è divisibile nelle tre componenti: vetro, pannello fotovoltaico (rae di natura elettronica), PMMA.


Enerbrain e Glass to Power partecipano al progetto Help2Grow - Tecnologie innovative per una agricoltura cibernetica che vuole dare vita a una agricoltura cibernetica per la farm del futuro (Farm 4.0) proponendo nuove tecnologie gestite da algoritmi di intelligenza artificiale per rendere lo spazio agricolo più energeticamente efficiente e una crescita delle piante con un basso utilizzo di fitofarmaci. L'obiettivo è sviluppare sensori IoT avanzati per monitoraggio di diversi parametri ambientali; sistemi di produzione di energia rinnovabile (Concentratori Solari Luminescenti-LSC) e dispositivi di manipolazione della luce solare per influenzare la crescita e la qualità delle coltivazioni; nanomateriali per aiutare la resistenza a stress biotici ed abiotici; tecnologie di attivazione e ossigenazione dell’acqua per riduzione della carica microbica; spettroscopia NIR e tecniche di Computer Vision per monitorare lo stato di crescita e di salute delle piante.


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