La Nasa sta portando avanti un progetto che si chiama Mars-Lunar greenhouse prototype il cui obiettivo è quello di sviluppare e fare dimostrazioni pratiche dei componenti hardware e delle procedure operative per il supporto alla biorigenerazione della vita necessario agli esseri umani che un giorno dovessero trovarsi a vivere in altri pianeti.
Le piante sono coltivate per garantire calorie alimentari all’uomo e, durante il loro ciclo di vita, producono ossigeno da anidride carbonica attraverso la fotosintesi delle piante e acqua potabile attraverso la traspirazione, due tipici processi naturali. Proprio come sulla Terra, dove l’acqua, l’ossigeno e le biomasse sono processate biologicamente in un ciclo continuo, la stessa cosa avverrà nell’ambito del progetto Mars-Lunar greenhouse prototype, ma su una scala di dimensioni molto più piccola.
Le informazioni acquisite e i sistemi sviluppati per produrre risorse limitate necessarie al supporto della vita su altri pianeti migliorerà le conoscenze che abbiamo ora e renderà sempre più efficienti le applicazioni che si utilizzano sulla Terra per la produzione alimentare. 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 sono ottenuti all’interno di un ambiente atmosferico controllato in cui sono inserite le piante. L’acqua che proviene dalla traspirazione è raccolta dall’aria e inserita di nuovo nel sistema idrico dei nutrienti. Seguendo queste procedure, il nostro tasso di crescita di produzione alimentare è stato dieci volte più alto del tasso annuale dei raccolti coltivati nei campi all’aperto, mentre il consumo di acqua è stato solo del 10% rispetto a una simile coltivazione portata avanti su campi tradizionali. La richiesta di lavoro è minimizzata da sistemi di controllo ambientale automatizzato e sistemi di distribuzione idroponica di acqua e nutrienti.
Esperienze e conoscenze derivanti dai progetti spaziali ora vengono applicate anche sulla Terra per sviluppare attività di 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 meno risorse di acqua, nutrienti per le piante, energia e lavoro. Vi è 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.
Tra le recenti applicazioni delle tecnologie spaziali agricole rientra anche la necessità di un’agricoltura che garantisca prodotti freschi e coltivati localmente. Tali sistemi di produzione agricola in aree interne, altamente produttivi ed efficienti in termini di utilizzo dello spazio, possono essere localizzati in aree urbane, nelle nostre città e vicino a mercati e supermercati. Si tratta di una transizione in piena evoluzione attuale. Diventerà una componente importante della catena di produzione alimentare, coprendo il 230% della produzione, se non di più nelle regioni caratterizzate da ambienti climatici estremi.
Con il Mars-Lunar greenhouse, il South pole food growth chamber (Spfgc) e le serre nel deserto semiarido dell’Arizona, abbiamo un’esperienza consolidata nella produzione di cibo in ambienti coperti situati in contesti difficili. Queste esperienze derivano da sistemi di serre già esistenti sulla Terra e modificati in modo tale da rispondere alle caratteristiche tipiche di altri pianeti. Per permettere l’uso su Marte, è stato ottimizzato il design, considerando unità ad alta produttività più leggere, compatte e pieghevoli che utilizzano in modo efficiente le risorse come l’acqua (riciclata), il lavoro (minimizzato), l’energia (efficiente) e i nutrienti delle piante (riciclati). Le tecnologie utilizzate includono il ricircolo idroponico per il controllo della zona di radicamento; il ricircolo del sistema di aerazione per il controllo della temperatura dell’ambiente, dell’umidità, della luce e della presenza di CO2; il monitoraggio computerizzato e il controllo con sistemi di supporto decisionale; lo sviluppo di strategie di gestione delle coltivazioni realizzate per avere maggiore compattezza e garantire una rapida turnazione delle coltivazioni. Inoltre, combinando questi e altri sistemi, si crea il cosiddetto sistema biorigenerativo di supporto alla vita, necessario per lo stanziamento umano di lungo periodo su altri pianeti. Il progetto della Nasa per lo sviluppo delle coltivazioni nello spazio può avere davvero delle ricadute interessanti sulla Terra per avviare sistemi di coltivazione in aree urbane. Queste riflessioni ci portano però a non sottovalutare la grave carenza di esperti e persone competenti in grado di operare con successo sistemi alimentari sviluppati nelle serre e nelle camere di crescita sulla Terra. Un elemento da tenere in considerazione laddove queste tecnologie dovranno essere sviluppate su altri pianeti; potrebbe, infatti, trattarsi del fattore più limitante per il successo dell’agricoltura spaziale.
Gene Giacomelli, Direttore del Controlled environment agriculture center presso l’Università dell’Arizona
Roberto Furfaro, Direttore del laboratorio Ua space systems engineering presso l’Università dell’Arizona
Traduzione di Valeria Serpentini
(Foto Nasa)
