Coltivare nello spazio extraterrestre

Tra le attività per le quali l’Italia produce innovazione c’è la tecnologia per la coltivazione nello spazio extraterrestre, attraverso micro-orti che possano alimentare gli astronauti. 

di Alexander Virgili

Tra le attività per le quali l’Italia produce innovazione c’è la tecnologia per la coltivazione nello spazio extraterrestre, attraverso micro-orti che possano alimentare gli astronauti.   Il progetto italiano è denominato Greencube ed alla sua realizzazione partecipano ENEA (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile), Università Federico II di Napoli e Sapienza Università di Roma, nel ruolo di coordinatore e titolare di un accordo con l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI).   

Con questo progetto si lanceranno in orbita le prime colture idroponiche a ciclo chiuso, in grado di produrre cibo in condizioni estremamente diverse da quelle terresti.   Sarà come un orto che verrà coltivato ad una distanza di circa 6mila km dalla Terra, così da poter rifornire e sfamare gli astronauti; la prima installazione è a bordo di un mini satellite, in occasione del volo inaugurale del vettore ufficiale VEGA-C dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Il prototipo di micro-orto, come comunica l’Enea, misura 30 x 10 x 10 cm e si basa su colture idroponiche a ciclo chiuso in grado di garantire per i 20 giorni di sperimentazione un ciclo completo di crescita di micro-verdure, selezionate tra quelle più adatte a sopportare le condizioni estreme extraterrestri.

Cos’è la coltura idroponica? Per semplificare, si può dire che l’idroponica è la coltivazione delle piante fuori dal suolo, ovvero senza terra e solo grazie all’acqua, nella quale vengono sciolte sostanze nutritive adatte alla crescita delle piante.  In altri termini, è la coltivazione delle piante in acqua.   Sebbene esempi limitati di coltivazioni idroponiche esistano fin dall’antichità, in qualsiasi luogo in cui ci sia un fiume o un bacino d’acqua, questo tipo di coltivazione è stato riscoperto nel 1929 dal Prof. Gericke (Università di Berkeley, California), ed è stato sviluppato, modificato e aggiornato nei decenni successivi, anche se ha ritrovato una reale applicazione – diffondendosi così in numerose aree – solo da pochi decenni. Non solo in Italia si studia come realizzare coltivazioni nello spazio, la NASA, per rendere più fattibile la conquista dello spazio e la sua abitabilità, sta conducendo da vari anni un progetto, che si chiama Mars-Lunar greenhouse prototype, il cui obiettivo è quello di sviluppare e mettere a punto l’hardware e le procedure operative per il supporto alla biorigenerazione della vita necessario agli esseri umani che un giorno dovessero trovarsi a vivere su altri pianeti.

Le piante sono coltivate per garantire alimenti all’uomo e, durante il loro ciclo di vita, producono ossigeno da anidride carbonica attraverso la fotosintesi e acqua potabile attraverso la traspirazione, due tipici processi naturali. Proprio come sulla Terra, dove l’acqua, l’ossigeno e le biomasse sono trasformate biologicamente in un ciclo continuo, la stessa cosa si sta perfezionando con i progetti di viaggi spaziali ma su una scala di dimensioni molto minori ed in condizioni gravitazionali diverse. I sistemi di coltivazione idroponica spaziale riciclano il 100% dell’acqua fornita alle piante, da cui deriva circa il 100% dei nutrienti necessari alla pianta per crescere. Tassi ottimali di crescita ed umidità sono ottenuti all’interno di un ambiente atmosferico controllato. L’acqua che proviene dalla traspirazione è raccolta dall’aria e inserita di nuovo nel sistema idrico dei nutrienti. Seguendo queste procedure, il tasso di produzione alimentare sperimentato è stato molto più alto di quello dei raccolti coltivati nei campi all’aperto, mentre il consumo di acqua è stato solo del 10% rispetto a una simile coltivazione realizzata con modalità tradizionali.

Esperienze e conoscenze derivanti dai progetti spaziali vengono da una quindicina di anni applicate anche sulla Terra per sviluppare la produzione alimentare all’interno di serre, camere di crescita e sistemi di produzione multi-livello che, rispetto ai tradizionali sistemi di produzione agricola nei campi, per singola unità di prodotto coltivata, utilizzano minori risorse di acqua, nutrienti per le piante, energia e lavoro.  Vi è poi una migliore qualità dei prodotti, una maggiore resa dei raccolti, più sicurezza alimentare e meno rifiuti, oltre a un’eliminazione delle infestazioni animali e delle malattie tipiche delle piante. Le recenti applicazioni delle tecnologie spaziali di coltivazione consentono un’agricoltura che garantisca prodotti freschi e coltivati localmente. Tali sistemi di produzione agricola al chiuso, altamente produttivi ed efficienti in termini di utilizzo dello spazio, possono essere localizzati in aree urbane o anche vicino a mercati e supermercati. Si tratta di una possibile transizione che potrebbe modificare una componente importante della catena di produzione alimentare, coprendo oltre il 200% della produzione nelle regioni caratterizzate da ambienti climatici estremi.

Non solo con il progetto Mars-Lunar greenhouse, anche il South pole food growth chamber (Spfgc) e le serre nel deserto semiarido, si è consolidata esperienza nella produzione di cibo in ambienti chiusi situati in contesti difficili. Le serre già esistenti sulla Terra, modificate in modo tale da rispondere alle caratteristiche tipiche di altri pianeti, simulano l’uso su Marte o altri corpi celesti, si sperimentano forma e dimensioni, provando unità ad alta produttività leggere, compatte e pieghevoli che utilizzino in modo efficiente le risorse come l’acqua (riciclata), il lavoro (minimizzato), l’energia (efficiente) e i nutrienti delle piante (riciclati). Attraverso monitoraggi computerizzati, lo sviluppo di strategie di gestione delle coltivazioni, si riproduce il sistema biorigenerativo di supporto alla vita, necessario per lo stanziamento umano di lungo periodo su altri pianeti.

Negli ultimi anni, proprio alcune delle sperimentazioni della NASA sono state applicate, o modificate, per creare orti urbani idroponici e serre idroponiche verticali, che consentono di ottimizzare il rapporto tra superficie del suolo e quantità di piante coltivate, importante a scala globale tenuto conto del previsto aumento demografico mondiale e della difficoltà di sfamare tutti adeguatamente attraverso suoli sempre più sfruttati e contaminati.    Si sta oramai sviluppando negli Stati Uniti la cosiddetta agricoltura in ambiente controllato (Controlled Environment Agriculture, CEA), ovvero in spazi chiusi, che a partire dagli anni ’90 ha avuto una crescente espansione, con un mercato che si stima potrebbe superare i 7 miliardi di dollari entro il 2025.  Infatti questo tipo di coltivazione consente risparmio di spazi agricoli ed anche di antiparassitari e fertilizzanti, spesso sparsi in modo eccessivo, che danneggiano l’ambiente.  Pure la illuminazione, artificiale e regolata costantemente, sarebbe sotto controllo, subisce, invece, le variazioni del costo dell’elettricità.   

Tra le compagnie private che stanno investendo nel settore la Plenty Unlimited Inc. sta effettuando investimenti per centinaia di milioni di dollari, e dichiara di riuscire a produrre, con solo l’1% dell’acqua abitualmente richiesta nell’agricoltura tradizionale, su due acri di piantagione verticale quanto abitualmente si produce su 720 acri, evitando parassiti e contaminazioni.  Inoltre sta già sperimentando serre automatizzate dove tutto il lavoro di controllo sarà svolto da robot.  Si stanno già sperimentando coltivazioni in piena città, riutilizzando e ristrutturando edifici abbandonati o non utilizzati, per installarvi coltivazioni verticali (vertical farms), controllate dall’Intelligenza Artificiale, in grado di rifornire i consumatori dell’area circostante. Infatti l’idea di poter coltivare del cibo in condizioni di scarsità idriche, o ecologiche estreme, potrà dimostrarsi molto preziosa anche sul nostro pianeta.