La conservazione dell'acqua è una preoccupazione crescente a livello globale, e in particolare per gli agricoltori negli Stati Uniti, dove decenni di irrigazione di vasti campi hanno esaurito le risorse vitali di acque dolci superficiali e sotterranee. Uno spin-off dell'ESA che può aiutare a preservare l'approvvigionamento idrico garantendo al tempo stesso l'irrigazione delle colture è ora in fase di collaudo finale.

L'ambizioso piano dell'ex dipendente dell'ESA Javier Marti è quello di affrontare l'uso eccessivo dell'irrigazione, basato su un concetto sviluppato presso il centro tecnologico dell'agenzia nei Paesi Bassi:l'utilizzo di segnali di navigazione satellitare riflessi per il rilevamento a distanza della superficie terrestre.

Risparmiare acqua e aumentare i raccolti

Trovandosi in otto stati negli Stati Uniti centrali, la vasta falda acquifera di Ogallala fornisce quasi un terzo delle acque sotterranee per l'irrigazione delle colture nel paese - ma gran parte della falda acquifera, in particolare negli stati del New Mexico, Texas e Oklahoma, potrebbe prosciugarsi entro una o due generazioni se non viene intrapresa alcuna azione.

Due terzi dell'acqua della falda acquifera si trovano sotto il Nebraska, rendendo lo stato un punto focale per testare l'approccio sviluppato dalla società Divirod di Javier.

Nei prossimi mesi, diverse aziende agricole regoleranno e ottimizzeranno la loro irrigazione utilizzando la nuova tecnica per ridurre il consumo di acqua.

"Il nostro sistema confronta i segnali del navigatore satellitare riflessi e diretti per rivelare il contenuto di umidità del suolo e delle colture, " ha spiegato Javier, CEO di Divirod.

"Prevediamo che il nostro sistema potrebbe far risparmiare agli agricoltori circa il 30% dei costi operativi in ​​termini sia di acqua che di energia. I raccolti dipendono da molti fattori, ma stimiamo che potremmo anche migliorare i rendimenti del 10-12%".

Utilizzo dei segnali del navigatore per il telerilevamento

Javier ha lavorato con l'ingegnere dell'ESA Manuel Martin-Neira sul satellite SMOS dell'Agenzia per l'umidità del suolo e la salinità degli oceani. Qui, da un progetto proposto da Manuel per il telerilevamento ha avuto l'idea di utilizzare i segnali riflessi del navigatore satellitare. Manuel ha proposto di utilizzare i segnali a microonde per misurare le caratteristiche terrestri come la topografia degli oceani.

"I satelliti che trasportano altimetri che utilizzano il radar possono misurare solo lungo la linea di volo, considerando che mi sono reso conto che l'utilizzo di segnali satellitari riflessi ci avrebbe consentito di effettuare misurazioni da diversi punti, " ha spiegato Manuele.

Spin-off dallo spazio

"Il lavoro di Javier e Manuel ha portato a tre brevetti ESA per l'utilizzo di segnali satellitari riflessi, una svolta ora disponibile per lo sviluppo di nuove applicazioni terrestri, ", ha affermato Mercedes Sánchez Álvarez, responsabile del Programma di trasferimento tecnologico dell'ESA.

"È fantastico vedere che Javier ha adottato lo stesso approccio di segnale e lo ha utilizzato in un altro modo per sviluppare un sistema pratico per le misurazioni del terreno del contenuto di umidità del suolo superficiale, livelli dell'acqua nei serbatoi, manto nevoso e zone umide, tra le altre applicazioni."

Manuel ha aggiunto, "Sebbene i principi su come SMOS misura l'umidità del suolo siano diversi dall'approccio Divirod, entrambe le tecniche forniscono essenzialmente la stessa cosa.

"Ma ciò che è bello qui è che la stessa navigazione satellitare è al centro di molti sviluppi, quindi basare su di esso un sistema di misurazione dell'umidità del suolo dovrebbe consentire risultati convenienti".

Javier ha spiegato che la chiave è come vengono elaborati i segnali del navigatore. "L'utilizzo del navigatore per il telerilevamento non è unico, ma abbiamo sviluppato un software che ci consente di misurare le variazioni su un campo enorme fino a una risoluzione di circa 5x5 m o meno, utilizzando un solo sensore su un palo al centro del campo.

"Per alcune applicazioni in futuro potremmo ridurre questa risoluzione al di sotto del metro quadrato".

Questa copertura dettagliata può essere integrata nei sistemi di irrigazione in modo che l'acqua venga erogata con precisione in diverse aree in ogni campo, come richiesto.

I sensori possono anche essere integrati nei sistemi di irrigazione a perno centrale industriale ampiamente utilizzati negli Stati Uniti e combinati con l'apprendimento automatico per creare un sistema autonomo, schema a circuito chiuso.

Migliore coltivazione in Nebraska

"Sono davvero entusiasta della prospettiva di utilizzare la tecnologia Divirod per perfezionare il modo in cui utilizziamo l'acqua nella nostra fattoria, " ha detto Roric Paulman, proprietario di Paulman Farms in Nebraska, uno dei primi siti di prova.

"Ora siamo situati in un'area di gestione delle restrizioni idriche. La legislazione del Nebraska riconosce che le esigenze di acqua superficiale e sotterranea in futuro sono importanti per la sostenibilità della falda acquifera".

I metodi alternativi per valutare l'umidità del suolo sono le sonde fisiche e le immagini satellitari. Però, una sonda misura solo il valore in un punto, ed estrapolare da ciò può essere complicato dai diversi tipi di terreno, pendenze e altezze variabili del terreno, anche su un singolo campo.

"I problemi con le immagini satellitari non sono solo la risoluzione e il costo, ma anche il tempo necessario per raccogliere i dati e tradurli in un'impostazione per lo strumento di irrigazione. Questo può richiedere giorni, ma in una fattoria stiamo lavorando in tempo reale, "aggiunse Roric.

Verso un uso efficiente dell'acqua

Divirod sta effettuando test sui sensori presso la Lincoln Experiment Station dell'Università del Nebraska per confermare le misurazioni del sensore. Sarà anche una delle tecnologie studiate dall'Ogallala Water Coordinated Agriculture Project, che può coinvolgere migliaia di sensori.

Sebbene l'agricoltura sia un punto focale per Divirod, l'azienda sta già esplorando altre applicazioni. Da maggio, i sensori saranno testati in due siti a Boulder, Colorado, per il loro potenziale per la moderazione dell'uso dell'acqua nei paesaggi municipali. Interesse anche dal Medio Oriente. È stato depositato un brevetto provvisorio e potrebbero seguirne altri.