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La crescita dell'acquaponica e le affermazioni generalizzate secondo cui l'acquaponica è più sostenibile rispetto ad altre forme di produzione alimentare hanno stimolato la discussione e la ricerca sulla sostenibilità di questi sistemi. La valutazione del ciclo di vita (LCA) è un metodo di quantificazione chiave che può essere utilizzato per analizzare la sostenibilità sia in agricoltura che negli ambienti costruiti valutando l'impatto ambientale dei prodotti per tutta la loro durata di vita. Per un edificio, un LCA può essere diviso in due tipi di impatto: embodied impatto che comprende l'estrazione, la fabbricazione, la costruzione, la demolizione e lo smaltimento/riutilizzo di tali materiali, e operational impatto che si riferisce alla manutenzione dei sistemi edilizi (Simonen 2014). Allo stesso modo, condurre una valutazione di un prodotto agricolo può anche essere suddivisa in structural impatto dell'involucro edilizio e dell'infrastruttura del sistema, impatto sulla produzione associato alla coltivazione continua e post-harvest impatto dell'imballaggio, dello stoccaggio e della distribuzione (Payen et al. 2015). La conduzione di una LCA di un'azienda acquaponica richiede la comprensione simultanea degli impatti edilizi e agricoli, in quanto vi è una sovrapposizione nella fase operational dell'involucro con la fase produzione di una coltura. Il modo in cui un edificio gestisce i suoi sistemi di riscaldamento, raffreddamento e illuminazione influenza direttamente la coltivazione della coltura; al contrario, diversi tipi di colture richiedono condizioni ambientali diverse. Esistono numerosi studi che confrontano i risultati di LCA per diversi tipi di edifici situati in contesti diversi (Zabalza Bribián et al. 2009). Allo stesso modo, LCA è stata utilizzata dal settore agricolo per confrontare le efficienze per diverse colture e sistemi di coltivazione (He et al. 2016; Payen et al. 2015). La valutazione delle prestazioni dell'agricoltura e dell'acquaponica in ambiente controllato richiede in particolare una sapiente integrazione delle due metodologie in un'unica valutazione (Sanyé-Mengual 2015).

Il quadro LCA dell'allevamento aquaponico proposto (Fig. 21.11) è intenzionalmente ampio per catturare una vasta gamma di tipologie di aziende agricole presenti sul campo. Per applicare i risultati della LCA alle aziende agricole esistenti, è necessario includere fattori quali i dati climatici ed economici per convalidare la valutazione ambientale (Goldstein et al. 2016; Rothwell et al. 2016)

La sezione seguente illustra una raccolta di strategie di progettazione di recinti per aziende acquaponiche basate sull'inventario LCA delle aziende acquaponiche che sintetizza la letteratura esistente con studi di casi e suggerisce indicazioni per il lavoro futuro. L'integrazione unica degli impatti aquaponici e legati all'edilizia è di particolare interesse.

Tabella 21.3 Confronto tra le tipologie di agricoltura in ambiente controllato

tavolo testata tr class = header» THEA/tipo/th th Vantaggi /th th Le sfide /th th Costi e ricaduti/sup /th /tr /testata tbody tr class="dispari» td rowspan=2 Serre medio-tecniche/td td Si basa quasi interamente su energia solare, basso fabbisogno energetico aggiuntivo /td td Opzioni di controllo ambientale limitate, suscettibili alle fluttuazioni ambientali /td td rowspan=2 Costi di costruzione inferiori (circa 30—100 $/msup2/sup) /td /tr tr class="even» td Meno affidamento su materiali non rinnovabili e fonti energetiche /td td Applicabile solo alle specie ittiche con un'elevata tolleranza alla temperatura (se i serbatoi sono in serra) /td /tr tr class="dispari» td rowspan=2 Serre solari passive/td td Si basa su sistemi passivi, utilizza la massa termica (comprese le vasche per pesci) per tamponare le oscillazioni di temperatura /td td Il controllo con sistemi passivi richiede più esperienza e progettazione deliberata /td td rowspan=2 Costi di costruzione inferiori (circa 30—100 $/msup2/sup) /td /tr tr class="even» td Basso consumo energetico, potenzialmente senza bisogno di combustibili fossili /td td Richiede illuminazione supplementare, se si trova a latitudini settentrionali a causa di bassi livelli di luce /td /tr tr class="dispari» td rowspan=2 Serre ad alta tecnologia/td td Massimi livelli di controllo /td td Si basa su sistemi attivi per il calore, il raffreddamento, la ventilazione e l'illuminazione supplementare /td td rowspan=2 Elevato costo di costruzione, (circa 100—200 $/msup2/sup e altro) /td /tr tr class="even» td Elevata produttività con il potenziale di scalabilità /td td Elevati consumi energetici e costi operativi /td /tr tr class="dispari» td rowspan=5 Serre sul tetto/td td Massimi livelli di controllo /td td rowspan=2 Si basa su sistemi attivi per il calore, il raffreddamento, la ventilazione e l'illuminazione supplementare /td td rowspan=5 Altissimo costo di costruzione (circa 300-500 $/msup2/sup) /td /tr tr class="even» td Elevata produttività /td /tr tr class="dispari» td rowspan=3 Potenziale di sinergie energetiche ed ambientali, se integrate con l'edificio ospitante /td td Elevati consumi energetici e costi operativi /td /tr tr class="even» td Richiede la conformità del codice a livello di edifici commerciali per uffici /td /tr tr class="dispari» td Il trasporto di forniture al tetto è una sfida infrastrutturale /td /tr tr class="even» td rowspan=4 Spazi di crescita al coperto/td td Riutilizzo adattativo degli edifici industriali possibile /td td Dipende interamente dall'illuminazione elettrica e dai sistemi di controllo attivi per riscaldamento, raffreddamento e ventilazione /td td I costi di costruzione possono essere inferiori se l'edificio esistente può essere utilizzato /td /tr tr class="dispari» td Elevata produttività per unità di ingombro grazie a sistemi in crescita impilati /td td rowspan=3 Elevati consumi energetici e costi operativi /td td rowspan=3 Il costo dipende anche dal sistema di crescita, impilando più livelli /td /tr tr class="even» td Elevato livello di isolamento possibile /td /tr tr class="dispari» td Riduzione della perdita di calore durante i mesi invernali /td /tr /tbody /tavolo

supa/sup Basato su Proksch (2017)

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Fig. 21.11 Esempio di un processo LCA integrato che include le prestazioni di costruzione e sistema aquaponico. (Basato su Sanyé-Mengual et al. 2015).

21.5.1 Impatti incarnati: energia incarnata e carbonio incarnato

Struttura Materiali e Costruzione Energia incarnata è il calcolo della somma di energia utilizzata per estrarre, perfezionare, elaborare, trasportare, produrre e assemblare un materiale o un prodotto. Il carbonio incarnato è la quantità di COSub2/sub emessa per produrre lo stesso materiale o prodotto. Rispetto alle tradizionali operazioni agricole in campo aperto, l'impatto incarnato di un sistema di coltivazione ambientale controllato è maggiore grazie all'aumento dell'estrazione e della produzione dei materiali in fase di costruzione (Ceron-Palma et al. 2012). Ad esempio, nella serra ICTA-ICP, la struttura dell'involucro genera il 75% in più di potenziale di riscaldamento globale (GWP) rispetto a una serra multi-tunnel basata sul suolo a causa della quantità di policarbonato utilizzata nella costruzione (Sanyé-Mengual et al. 2015). Analogamente, una simulazione integrata di serra situata a Boston ha comportato un aumento dell'impatto ambientale in fase di costruzione, grazie all'estrazione di minerali di ferro per la fabbricazione di acciaio strutturale (Goldstein 2017). Gli impatti incarnati associati agli involucri ambientali controllati possono essere mitigati attraverso l'uso intelligente dei materiali (dato che vengono apportate modifiche al codice edilizio per evitare un sovradimensionamento dei componenti strutturali), ma supererebbero comunque quelli dell'agricoltura tradizionale. Coltivare il cibo in un involucro costruito sarà sempre più intensivo di risorse all'inizio rispetto alla semplice piantagione di verdure in un campo aperto, anche se aumenterà notevolmente la quantità di cibo che può essere prodotto per area nello stesso periodo di tempo.

Per evitare impatti ambientali legati alla struttura, alcune operazioni acquaponiche fanno uso di edifici esistenti invece di costruire un nuovo involucro. Urban Organics a St. Paul, Minnesota, USA ha ristrutturato due edifici della fabbrica di birra come loro spazi di coltivazione indoor. In un altro esempio di riutilizzo adattivo, The Plant di Chicago, Illinois, USA gestisce il suo incubatore alimentare e collettivo agricolo urbano in una fabbrica del 1925 precedentemente utilizzata da Peer Foods come impianto di confezionamento della carne (Fig. 21.12). Gli impianti di isolamento e refrigerazione esistenti sono stati riutilizzati per controllare le fluttuazioni di temperatura nell'impianto acquaponico sperimentale.

Equipaggiamento e sottostrategia Aquaponica Quando integrato negli edifici, la scelta del materiale per i serbatoi acquaponici diventa una considerazione di progettazione importante, poiché può limitare il montaggio e il trasporto nell'edificio. Ad esempio, le parti in polietilene possono essere assemblate in loco utilizzando la saldatura in plastica, ma ciò non è possibile con le parti in fibra di vetro (Alsanius et al. 2017). Inoltre, la produzione di apparecchiature per sistemi acquaponici può contribuire in modo significativo all'impatto ambientale globale. Ad esempio, il poliestere rinforzato con fibra di vetro utilizzato per il serbatoio d'acqua da 100 msup3/sup della serra ICTAICP è responsabile del 10 -25% dell'impatto ambientale nella produzione stadio (fig. 21.13). La scelta del substrato per le piante in un sistema acquaponico ha una ramificazione del peso per la struttura dell'edificio ospitante, ma contribuisce anche all'impatto ambientale. In un recente studio fatto sull'acquaponica integrata con pareti viventi, lana minerale e fibra di cocco eseguita in modo comparabile, nonostante uno sia compostabile e l'altro sia monouso (Khandaker e Kotzen 2018).

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Fig. 21.12 La pianta (Chicago, Illinois, USA)

Manutenzione della struttura e delle attrezzature La selezione iniziale del materiale per le apparecchiature acquaponiche e i componenti dell'involucro determina la manutenzione a lungo termine delle aziende acquaponiche. La produzione di materiali più durevoli come il vetro o le plastiche rigide richiede un investimento iniziale maggiore delle risorse ambientali rispetto ai film di plastica; tuttavia, i film richiedono una sostituzione più frequente — ad esempio, si prevede che il vetro rimanga funzionante per oltre 30 anni, mentre il rivestimento più convenzionale La pellicola in polietilene può durare solo 3-5 anni prima di diventare troppo opaca (Proksch 2017). A seconda della durata prevista di un involucro di sistema acquaponico, potrebbe essere più vantaggioso scegliere un materiale con una durata più breve e un minore impatto di produzione. Il film ETFE utilizzato nella serra solare Aquaponic è un promettente compromesso tra longevità e sostenibilità, anche se sono necessarie ulteriori ricerche. Le apparecchiature acquaponiche standard sono costituite da serbatoi d'acqua e tubazioni. Le tubazioni per sistemi acquaponici sono spesso prodotte in PVC, che produce un impatto ambientale significativo nel processo di produzione, ma non richiede la sostituzione per un massimo di 75 anni. Alcuni fornitori acquaponici offrono il bambù come alternativa biologica.

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Fig. 21.13 Sezione edificio con serre sul tetto di Harquitectes, edificio ICTA-ICP (Bellaterra, Spagna)

21.5.2 Impatti operativi

Energia Nel 2017, il 39% del consumo energetico totale negli Stati Uniti corrispondeva al settore edile (VIA). Il settore agricolo ha rappresentato circa l'1,74% del consumo totale di energia primaria negli Stati Uniti nel 2014, basandosi fortemente sulle spese indirette sotto forma di fertilizzanti e pesticidi (Hitaj e Suttles 2016). L'efficienza energetica è un campo di ricerca consolidato sia nell'ambiente costruito che nell'agricoltura, che spesso definisce gli impatti operativi di un prodotto, di un edificio o di un'azienda agricola nel complesso LCA (Mohareb et al. 2017). Integrare l'uso dell'edilizia e dell'energia agricola può ottimizzare le prestazioni di entrambi (Sanjuandelmás et al. 2018).

Riscaldamento Il fabbisogno energetico per il riscaldamento degli spazi in crescita è di particolare interesse per i climi settentrionali, dove estendere una stagione di crescita naturalmente breve conferisce alle aziende acquaponiche integrate negli edifici un vantaggio competitivo sul mercato (Benis e Ferrão 2018). Tuttavia, nei climi più freddi, il consumo energetico dei sistemi di riscaldamento attivi contribuisce in modo significativo all'impatto ambientale globale. In una valutazione degli spazi in crescita condizionati a Boston, Massachusetts, i costi di riscaldamento neutralizzano i benefici derivanti dall'eliminazione delle miglia alimentari nella catena alimentare urbana (Benis et al. 2017b; Goldstein 2017). Ciò non vale nei climi mediterranei, dove le condizioni climatiche sono favorevoli all'agricoltura e dove quasi tutto l'anno e le strutture a serra convenzionali possono contare sul riscaldamento solare passivo (Nadal et al. 2017; Rothwell et al. 2016).

Sia in climi freddi che in quelli caldi, l'integrazione di sistemi di coltivazione a ambiente controllato sui tetti esistenti può fornire isolamento all'edificio ospitante: una fattoria di Montreal, Quebec riferisce di catturare il 50% del fabbisogno di riscaldamento serra dalla struttura ospitante esistente, riducendo così il carico di riscaldamento (Goldstein 2017). I sistemi di illuminazione possono anche essere parzialmente responsabili della soddisfazione della domanda di riscaldamento in applicazioni di crescita verticale interne, come fabbriche di impianti o contenitori di spedizione (Benis et al. 2017b).

La cattura del calore residuo è un'altra strategia progettuale promettente in grado di ottimizzare le prestazioni sia della struttura host che del sistema in crescita. Studi post-occupazione della serra sperimentale sul tetto presso l'ICTA-ICP di Bellaterra, Spagna, indicano che l'integrazione dell'edificio con la serra ha prodotto un risparmio equivalente di carbonio di 113,8 kg/msup2/sup/anno rispetto a una serra autoportante tradizionale riscaldata con olio (Nadal et al. 2017). Senza l'intervento dei sistemi attivi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC), la massa termica del laboratorio ospitante/edificio per uffici ha aumentato la temperatura della serra di 4,1 °C durante i mesi più freddi, consentendo la coltivazione del pomodoro durante tutto l'anno.

Raffreddamento Nei climi mediterranei e tropicali, il raffreddamento artificiale è spesso un requisito per coltivare prodotti tutto l'anno. In una simulazione di serra sul tetto, i carichi di raffreddamento rappresentavano fino al 55% del fabbisogno energetico totale delle aziende agricole a Singapore e nel clima più temperato di Parigi, 30% (Benis et al. 2017b). Il fabbisogno di energia di raffreddamento è particolarmente elevato nei climi aridi, il che può trarre il massimo vantaggio dalla riduzione dei costi di trasporto convenzionali per i prodotti deperibili (Graamans et al. 2018; Ishii et al. 2016). Raffreddamento evaporativo, raffreddamento nebbia e ombreggiatura sono alcune strategie per abbassare le temperature nelle aziende acquaponiche e migliorare le prestazioni agricole in termini di resa.

I sistemi acquaponici integrati negli edifici hanno il vantaggio di immagazzinare la massa termica in vasche per alleviare i carichi di raffreddamento e riscaldamento. Nei casi in cui questa modalità di raffreddamento passivo non soddisfa la domanda di raffreddamento, il raffreddamento evaporativo è più comunemente usato. La serra Sustainable Harvesters produce lattuga per l'area di Houston, Texas, USA tutto l'anno utilizzando un sistema di raffreddamento a ventola e pad, un sottoinsieme di tecnologia di raffreddamento evaporativo. L'aria calda dall'esterno dell'involucro passa prima attraverso un mezzo di cellulosa umido prima di entrare nello spazio di crescita. Di conseguenza, l'aria interna è più fresca e più umida. Il raffreddamento evaporativo è più efficace nei climi secchi, ma richiede un uso elevato di acqua, che può essere una limitazione per le aziende agricole in aree aride del mondo.

Il raffreddamento della nebbia è una strategia alternativa. In una serra raffreddata da nebbia, le piante vengono periodicamente appannate con acqua dagli irrigatori/nebulizzatori sopraelevati fino a quando lo spazio raggiunge la temperatura desiderata per la coltivazione. Il raffreddamento della nebbia utilizza meno acqua rispetto al raffreddamento evaporativo, ma aumenta l'umidità relativa di uno spazio in crescita. Se abbinato alla giusta strategia di ventilazione, il raffreddamento della nebbia può essere una tecnologia di risparmio idrico particolarmente adatta alle regioni aride (Ishii et al. 2016). Inoltre, il raffreddamento della nebbia diminuisce il tasso di evapotraspirazione nelle piante, che è fondamentale per ottimizzare il metabolismo delle piante nei sistemi acquaponici (Goddek 2017). La serra fiore all'occhiello delle aziende agricole Superior Fresh utilizza un sistema computerizzato di raffreddamento della nebbia per mantenere le temperature di coltivazione durante la stagione calda.

I dispositivi di ombreggiatura possono anche contribuire ad abbassare le temperature della serra. Tradizionalmente, l'imbiancatura stagionale delle serre veniva utilizzata per ridurre i livelli di radiazione solare durante i mesi più caldi (Controlled Environment Agriculture 1973). Tuttavia, l'ombreggiatura può essere integrata con altre funzioni di costruzione. Una promettente strategia di ombreggiatura consiste nell'utilizzare moduli fotovoltaici semitrasparenti per raffreddare contemporaneamente lo spazio e produrre energia (Hassanien e Ming 2017). La serra solare Aquaponic combina il suo array fotovoltaico con la funzionalità di ombreggiatura; utilizza pannelli rotanti in alluminio come dispositivi di ombreggiatura che funzionano come collettori solari con l'ausilio di celle fotovoltaiche montate. L'impianto fotovoltaico integrato trasforma quindi la radiazione solare in eccesso in energia elettrica.

Illuminazione Il vantaggio principale delle serre rispetto agli spazi di coltivazione indoor è la loro capacità di sfruttare la luce del giorno per facilitare la fotosintesi. Tuttavia, le aziende agricole in climi estremi possono scoprire che non è finanziariamente fattibile soddisfare carichi di riscaldamento o di raffreddamento per un involucro trasparente; in questo caso, gli agricoltori possono scegliere di coltivare colture in spazi interni con un involucro isolato (Graamans et al. 2018). Le aziende agricole Aquaponic che operano in spazi di coltivazione interni si affidano a un'illuminazione elettrica efficiente per produrre colture.

Molti progressi nell'illuminazione agricola contemporanea hanno avuto origine nelle fabbriche di impianti giapponesi, utilizzati per ottimizzare la resa delle piante in sistemi idroponici densi sostituendo la luce solare con lunghezze d'onda della luce ingegnerizzate (Kozai et al. 2015). Attualmente, l'illuminazione a LED è la scelta più popolare per i sistemi di illuminazione elettrica dell'orticoltura. Sono più efficienti dell'80% rispetto alle lampade a scarica ad alta intensità e 30% più efficienti rispetto alle loro controparti fluorescenti (Proksch 2017). L'illuminazione a LED continua ad essere studiata per ottimizzare l'efficienza energetica e la resa delle colture (Zhang et al. 2017). Le serre di grandi dimensioni come Superior Fresh, Wisconsin, USA si affidano a regimi di illuminazione supplementari computerizzati per estendere il periodo di fotosintesi del suo raccolto alle latitudini settentrionali.

Generazione Energetica Limitata dagli stessi fattori di tutte le CEA, la gestione energetica di un'azienda acquaponica dipende dal clima esterno, dalla selezione delle colture, dal sistema produttivo e dalla progettazione della struttura (Graamans et al. 2018). La coltivazione dei prodotti attraverso l'acquaponica non è intrinsecamente sostenibile se non gestita correttamente — tutti i fattori di cui sopra possono influire sull'efficienza energetica nel bene o nel male (Buehler e Junge 2016). In molti casi, CEA è più energetico-intensive rispetto all'agricoltura tradizionale in campo aperto; tuttavia, maggiori spese di energia possono essere giustificate se il modo in cui otteniamo energia si sposta verso fonti rinnovabili e strategie efficienti per il riscaldamento, il raffreddamento e l'illuminazione sono incorporate nella progettazione dell'azienda agricola.

La produzione di energia fotovoltaica (FV) può svolgere un ruolo importante nella compensazione degli impatti operativi per l'acquaponica in ambiente controllato, riducendo la tensione ambientale. In un esempio di serra ad alta tecnologia in Australia, l'utilizzo di energia proveniente da un impianto fotovoltaico ha causato una riduzione del 50% delle emissioni di gas serra nel ciclo di vita rispetto allo scenario di rete convenzionale (Rothwell et al. 2016). La generazione di energia rinnovabile può essere combinata con le fattorie acquaponiche, spazio permettendo — ad esempio, la serra acquaponica Lucky Clays Fresh in una fattoria rurale della Carolina del Nord funziona con energia generata da turbine eoliche e pannelli fotovoltaici che si trovano altrove sul terreno del proprietario.

Acqua L'efficienza dell'uso dell'acqua è stata spesso citata come uno dei principali vantaggi dei sistemi CEA e idroponici (Despommier 2013; Specht et al. 2014). I sistemi Aquaponic sono ancora più adatti per aumentare l'efficienza idrica — dove 1 kg di pesce prodotto in un sistema di acquacoltura convenzionale richiede tra 2500 e 375.000 L, la stessa quantità di pesce allevato in un sistema acquaponico richiede meno di 100 L (Goddek et al. 2015). La cattura dell'acqua piovana e il riutilizzo dell'acqua grigia sono state proposte come due strategie per compensare ulteriormente gli impatti spartiacque derivanti dal funzionamento di una fattoria idroponica o acquaponica. Nell'attuale serra ICTA-ICP, l'80-90% del fabbisogno idrico per la produzione di pomodori in un sistema idroponico aggregato è stato coperto dalla cattura dell'acqua piovana entro un anno di attività (Sanjuan-Delmás et al. 2018). Tuttavia, la capacità di cattura dell'acqua piovana di soddisfare la domanda di colture dipende dal contesto climatico. In uno studio che valuta la fattibilità della produzione di serra sul tetto nei parchi commerciali esistenti in otto città in tutto il mondo, sette hanno incontrato l'autosufficienza delle colture attraverso la cattura dell'acqua piovana - solo Berlino no (Sanyé-Mengual et al. 2018).

Alcuni impianti CEA già esistenti riutilizzano l'acqua grigia per migliorare l'efficienza (Benke e Tomkins 2017). Tuttavia, il riutilizzo delle acque grigie in un contesto urbano è attualmente limitato a causa della mancanza di sostegno normativo e dell'attuale mancanza di ricerca sui rischi per la salute derivanti dall'utilizzo di acque grigie in agricoltura. Pilota del riutilizzo delle acque grigie, la Maison Produttive di Montréal raccoglie acqua grigia da usi domestici per integrare la raccolta di acqua piovana per irrigare giardini e una serra comune per la produzione alimentare che nove unità abitative condividono (Thomaier et al. 2015). Con ulteriori progressi nella politica sul trattamento delle acque grigie, l'acquaponica integrata negli edifici può attingere al ciclo idrico esistente invece di affidarsi a fonti comunali.

Dal punto di vista architettonico, la distribuzione dell'acqua in un sistema acquaponico rischia di rappresentare una sfida strutturale. Le vasche acquaponiche pesano più delle aiuole idroponiche e possono limitare quali tipi di strutture sono fattibili per l'ammodernamento di una fattoria acquaponica. Anche il terreno di crescita richiede una considerazione: i sistemi di coltura dell'acqua profonda (DWC) richiedono un volume elevato e pesante di acqua, mentre i sistemi NFT (Nutrient Film Technique) sono leggeri ma costosi da produrre (Goddek et al. 2015).

Nutrienti Rispetto all'agricoltura tradizionale in campo aperto, CEA riduce la necessità di fertilizzanti e pesticidi, poiché l'agricoltore può separare fisicamente il raccolto dalle condizioni esterne difficili (Benke e Tomkins 2017). Tuttavia, a causa della densità di un sistema aquaponico, le malattie delle piante o dei pesci possono diffondersi rapidamente se un agente patogeno si infiltra nello spazio. Opzioni preventive, come l'uso di insetti predatori o misure di controllo ambientale rigorose, come un ingresso «tampone», possono evitare questo rischio (Goddek et al. 2015).

L'integrazione di diversi fabbisogni nutritivi per pesci e colture rappresenta una sfida nei sistemi acquaponici a circolazione singola (Alsanius et al. 2017). Generalmente, le piante richiedono concentrazioni di azoto più elevate di quelle che i pesci possono sopportare e un'attenta selezione delle colture e dei pesci può soddisfare i requisiti nutritivi per ottimizzare le rese, ma è ancora difficile da raggiungere. I sistemi disaccoppiati (DRAPS) sono stati proposti per separare il ciclo dell'acqua di acquacoltura da quello idroponico per ottenere le concentrazioni di nutrienti desiderate, ma non è ancora comunemente applicato nelle aziende agricole commerciali (Suhl et al. 2016). Urban Organics con sede a St. Paul, Minnesota, USA ha scelto di sviluppare un sistema DRAPS per la loro seconda azienda agricola al fine di ottimizzare sia la resa delle colture che dei pesci ed evitare la perdita delle colture in caso di squilibri nutritivi all'interno di vasche ittiche. L'ECF Farm di Berlino, in Germania, e gli allevamenti Superior Fresh in Wisconsin, USA gestiscono sistemi disaccoppiati per ottimizzare la crescita di pesci e piante.

In alternativa, i cicli di nutrienti acquaponici possono essere ottimizzati attraverso l'introduzione di un reattore anaerobico per trasformare i rifiuti solidi di pesce in fosforo digeribile dalle piante (Goddek et al. 2016). Attualmente, The Plant di Chicago, USA sta progettando di gestire un digestore anaerobico che potrebbe svolgere un ruolo nell'ottimizzazione dei cicli di nutrienti per la crescita delle colture. I requisiti di sistema meccanico per DRAPS e la digestione anaerobica influenzeranno le prestazioni e la disposizione spaziale di una fattoria acquaponica.

21.5.3 Impatti di fine vita

Gestione dei rifiuti materiali Un vantaggio teorico di CEA rispetto all'agricoltura in campo aperto è la capacità di controllare il deflusso dei rifiuti dei materiali, prevenendo la lisciviazione (Despommier 2013; Gould e Caplow 2012). Un involucro stretto può svolgere un ruolo importante nella gestione efficiente dei rifiuti di materiali. Un percorso di riciclo dei rifiuti organici per migliorare le prestazioni edilizie è l'uso di steli vegetali per la produzione di biochar isolanti, anche se questa ricerca è in fase iniziale (Llorach-Massana et al. 2017). Inoltre, considerando l'incorporazione di componenti per la gestione dei rifiuti come un letto di filtrazione, un digestore anaerobico o un ventilatore per il recupero del calore nella progettazione dell'involucro in una fase iniziale, può chiudere l'energia, i nutrienti e gli anelli d'acqua per l'azienda agricola.

Catene di distribuzione L'imballaggio è stato un punto di riferimento in vari LCA agricoli per valutare l'impatto della produzione. È responsabile di ben il 45% dell'impatto totale per un pomodoro a Bologna, Italia, ed è il principale contributore agli impatti ambientali dei sistemi idroponici indoor a Stoccolma, Svezia (Molin e Martin 2018b; Orsini et al. 2017; Rothwell et al. 2016). La presenza di aziende agricole acquaponiche vicino ai consumatori può ridurre la necessità di imballaggi, magazzini e trasporti come per altre forme di agricoltura urbana, se i rivenditori locali e i distributori collaborano con gli agricoltori (Specht et al. 2014). Purtroppo, a causa dell'accettazione da parte dei consumatori, la maggior parte dei rivenditori su larga scala richiede attualmente imballaggi in plastica standard per i prodotti aquaponici da vendere insieme ai marchi convenzionali - quindi, la scelta di un sito vicino a un mercato di consumo per l'acquaponica a ambiente controllato non garantisce cambiamenti significativi nelle prestazioni complessive della fattoria.

Il trasporto ridotto, o miglia alimentari, è spesso citato in letteratura come un grande vantaggio dell'agricoltura urbana (Benke e Tomkins 2017; Despommier 2013; Sanjuan-Delmás et al. 2018). Tuttavia, è importante notare che il contributo relativo delle catene di trasporto abbreviate varia caso per caso. A Singapore, dove quasi tutto il cibo deve essere importato dai paesi vicini, tagliare le catene di trasporto ha un senso finanziario e in termini di impatto ambientale (Astee e Kishnani 2010). Lo stesso non si può dire per la Spagna, dove la filiera convenzionale di pomodori da fattoria a città è già breve (Sanjuandelmás et al. 2018). Le città con le catene di approvvigionamento più lunghe possono beneficiare della produzione alimentare localizzata, ma i vantaggi del taglio del trasporto devono essere valutati in base agli impatti operativi e incarnati. Nel caso di Boston, i vantaggi di un trasporto ridotto sono stati completamente negati dall'impatto del riscaldamento e del funzionamento di una serra all'interno della città (Goldstein 2017). Nonostante le lunghe catene di approvvigionamento alimentare convenzionali, gli impatti sui trasporti sono stati altrettanto insignificanti nel quadro generale della performance CEA a Stoccolma (Molin e Martin 2018a).

Consumo e dieta Le aziende agricole acquaponiche nelle città possono alterare le diete urbane, che svolgono un ruolo significativo nell'impatto ambientale del consumo alimentare (Benis e Ferrão 2017). Il consumo di carne attraverso la catena convenzionale produce la maggior parte dell'attuale impronta ambientale e la ricerca di alternative proteiche ha il potenziale di avere un impatto maggiore rispetto alla diffusa implementazione dell'agricoltura urbana (Goldstein 2017). Poiché l'acquaponica produce pesce e verdure, questo potenziale di cambiare le diete proteiche su larga scala non dovrebbe essere ignorato nelle valutazioni più ampie delle prestazioni ambientali.


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