Le piante utilizzano le onde luminose provenienti solo da una parte dello spettro per la fotosintesi:il resto può essere recuperato e utilizzato per generare energia solare. Questa è l'idea alla base dei moduli solari sviluppati dalla startup EPFL Voltiris. A seguito di incoraggianti risultati preliminari, è stata recentemente installata una nuova installazione pilota nei Grigioni.

In Svizzera, la coltivazione di pomodori, cetrioli, peperoni e altri ortaggi ad alta intensità di luce e calore richiede la costruzione di una serra, ma il suo funzionamento consuma un'enorme quantità di energia. Gli agricoltori devono bilanciare attentamente i raccolti e l'economia con le preoccupazioni ambientali. "Riscaldare una serra di 5 ettari costa più di 1,5 milioni di franchi all'anno", afferma Nicolas Weber, CEO di Voltiris. "E una serra di quelle dimensioni emette all'incirca la stessa quantità di CO₂ all'anno come 2.000 persone."

La Federazione svizzera dei coltivatori di frutta e verdura, che coltiva diverse migliaia di ettari in tutto il paese, si è posta l'obiettivo di eliminare tutta l'energia da combustibili fossili dai suoi processi agricoli entro il 2040. Il sistema sviluppato da Voltiris può fare molto per raggiungere quell'obiettivo. La sua tecnologia si basa sul fatto che le piante non utilizzano tutte le onde contenute nella luce solare; i restanti possono essere concentrati su celle fotovoltaiche (PV) per generare energia solare. Il sistema di Voltiris è leggero e progettato per tracciare il movimento del sole attraverso il cielo e vanta una resa giornaliera pari a quella dei pannelli solari convenzionali. I primi ortaggi coltivati ​​con il sistema Voltiris sono stati raccolti quest'estate attraverso prove pilota effettuate in due serre, nei cantoni Vallese e Grigioni.

La luce solare è essenziale per la coltivazione delle colture, poiché le piante ne hanno bisogno non solo per la fotosintesi, ma anche per il fototropismo (ciò che fa crescere le piante nella direzione della luce) e il fotoperiodismo (come gli organismi reagiscono ai cambiamenti stagionali della lunghezza della giornata). Ma le piante sono selettive su quali parti dello spettro usano, basandosi sulla luce rossa e blu. I filtri di Voltiris lasciano quindi passare queste lunghezze d'onda, mentre dirigono le altre lunghezze d'onda (verde e vicino infrarosso) verso le celle fotovoltaiche dove vengono convertite in energia solare. Inoltre, il sistema genera questa energia rinnovabile senza ridurre i raccolti, poiché le piante ricevono ancora tutta la luce solare di cui hanno bisogno.

Il sistema è costituito da specchi dicroici, che mostrano una colorazione diversa, a seconda delle condizioni di osservazione. Il colore del vetro, che ricorda il rivestimento antiriflesso utilizzato sugli occhiali, conferisce agli specchi un aspetto quasi decorativo poiché cambiano colore in base alla luce che li attraversa. Due invenzioni brevettate sono ciò che rende il sistema Voltiris unico e in grado di funzionare così bene. Il primo è un sistema ottico ottimizzato che concentra efficacemente la luce solare e il secondo è un dispositivo di tracciamento solare progettato per l'uso sotto il tetto, che estende la durata del tempo in cui il sistema può produrre energia solare del 40%.

Grazie a queste innovazioni, il sistema può ottenere rendimenti simili a quelli dei pannelli solari convenzionali ma con solo la metà delle onde luminose, ovvero luce verde e nel vicino infrarosso. "Abbiamo in programma di applicare diversi trattamenti al vetro riflettente in base alle esigenze di colture specifiche, al fine di migliorare ulteriormente i nostri raccolti", afferma Weber. L'installazione leggera si inserisce nello spazio vuoto tra il tetto della serra e la parte superiore delle piante.

Soddisfare il 60–100% del fabbisogno energetico di una serra

I test pilota del nuovo sistema hanno dimostrato che dovrebbero essere in grado di ridurre la CO₂ delle serre dimezzando le emissioni pur fornendo tra il 60% e il 100% del proprio fabbisogno energetico a seconda dell'impianto di riscaldamento in uso:"le emissioni non si azzerano perché il nostro sistema comincerà a sostituire l'elettricità, che generalmente è più "pulita" del gas. "Questo si traduce in un beneficio ambientale ma anche finanziario, una volta recuperato il costo del sistema, che dovrebbe richiedere dai quattro ai sette anni", afferma Weber.

L'innovazione di Voltiris arriva in un momento opportuno, poiché negli ultimi anni il governo federale svizzero ha lanciato incentivi per incoraggiare i gestori di serre a ridurre la loro dipendenza dai combustibili fossili per il riscaldamento. Questi incentivi includono sussidi per i sistemi di energia pulita. Ma le alternative esistenti, come il legno, i biocarburanti e l'energia geotermica, probabilmente non saranno sufficienti. La tecnologia sviluppata da Voltiris si preannuncia quindi una soluzione interessante. L'azienda prevede ora di eseguire più test pilota nei Paesi Bassi ea Ginevra prima di introdurre il proprio prodotto sul mercato nella seconda metà del 2023. + Esplora ulteriormente

La prossima generazione di serre potrebbe essere completamente alimentata a energia solare