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Fornire alle popolazioni urbane cibo coltivato localmente è ampiamente visto come un'alternativa più efficiente in termini di risorse alla filiera convenzionale utilizzando alimenti coltivati in località rurali periurbane o remote. La coltivazione interna e priva di suolo nelle aree urbane è rappresentata come una soluzione particolarmente sostenibile, riducendo le miglia alimentari, riducendo al minimo l'uso del suolo e il consumo di acqua e migliorando i rendimenti. Tuttavia, per garantire condizioni di crescita ottimali per le colture, le aziende agricole in ambiente controllato si basano sul controllo artificiale della luce, della temperatura, dell'umidità e dei cicli dell'acqua e possono quindi essere ad alta intensità energetica, a seconda delle condizioni climatiche locali e delle caratteristiche specifiche dell'edificio ospitante. Le emissioni di carbonio delle aziende agricole urbane dovrebbero pertanto essere attentamente valutate rispetto alle emissioni potenzialmente ridotte, come quelle derivanti dal trasporto di alimenti provenienti da aziende rurali e periurbane. Anche gli elevati costi economici delle aziende agricole urbane, sia in termini di infrastrutture che di costi operativi, devono essere attentamente valutati prima di intraprendere tale impresa.

Sostenibilità ambientale

Situata all'interno della città e quindi più vicina al consumatore, l'agricoltura urbana ad alto rendimento è spesso affermato di avere un'impronta di carbonio inferiore rispetto alla produzione alimentare rurale, riducendo le distanze di trasporto («miglia alimentari»). Tuttavia, a seconda delle condizioni climatiche locali e della tipologia delle aziende agricole urbane, la produzione di colture in ambienti controllati può anche essere ad alta intensità energetica, il che può aggravare notevolmente gli impatti ambientali. L'impronta netta di carbonio dipende dalle emissioni causate dal consumo di energia per il funzionamento dell'azienda rispetto alle emissioni evitate legate alla catena di approvvigionamento esistente, compresa l'energia operativa delle aziende agricole che forniscono i prodotti, e l'energia utilizzata per il trasporto. Ciò può essere illustrato da due esempi provenienti da zone climatiche molto diverse in Europa. Quando il potenziale di riscaldamento globale (GWP) riguardava l'acqua, i trasporti e l'energia operativa di tre scenari agricoli urbani hi-tech in Portogallo — una serra sul tetto in policarbonato, una fattoria verticale con finestre e lucernari all'ultimo piano di un edificio, e una fattoria verticale completamente opaca senza penetrazione della luce naturale al piano terra di un edificio — sono stati confrontati con il GWP dell'attuale catena di approvvigionamento per i pomodori, e con un'ipotetica fattoria urbana a bassa tecnologia incondizionata sul tetto, la fattoria verticale all'ultimo piano e la serra sul tetto hanno ottenuto le migliori prestazioni ambientali complessive, riduzione rispettivamente della metà e di un terzo delle emissioni di gas a effetto serra rispetto alla filiera esistente per i pomodori (Benis et al. 2017). Questi risultati confermano i risultati di una valutazione del ciclo di vita di una serra sul tetto a Barcellona (Sanyé-Mengual et al. 2013; Sanyé-Mengual et al. 2015a). Al contrario, Theurl et al. 2013 ha rilevato che la produzione di pomodori in serre riscaldate in Austria ha generato il doppio delle emissioni di gas serra rispetto alla catena di approvvigionamento dei pomodori importati dalla Spagna e dall'Italia. Pertanto, è essenziale tenere presente che, mentre l'agricoltura urbana è ritenuta sostenibile per il taglio delle distanze di trasporto, tali strutture ad alta intensità energetica potrebbero non essere adeguate a tutte le località, in quanto la prima non compensa costantemente la seconda.

Tuttavia, le prestazioni ambientali di Building-Integrated Agriculture possono potenzialmente essere potenziate accoppiando i flussi delle pratiche agricole — calore, acqua, CO2 — con i flussi dell'edificio ospitante, e ottimizzando l'efficienza del sistema attraverso l'implementazione di condizionamento passivo , come l'isolamento termico, la ventilazione naturale, il raffreddamento evaporativo e l'uso di tecnologie ad alta efficienza energetica, come l'illuminazione a LED.

Sostenibilità economica

La fattibilità economica delle aziende agricole commerciali in contesti urbani deve essere valutata tenendo conto delle maggiori spese in conto capitale — rispetto alle aziende rurali convenzionali — che sono intrinsecamente legate alla loro posizione urbana. In un contesto di rapida urbanizzazione, lo spazio urbano è scarso e molto ambito, e il bisogno primario che generalmente si cerca di soddisfare dai comuni è quello dell'edilizia abitativa piuttosto che della produzione alimentare, che invece viene spinto sempre più lontano dai centri urbani. Mentre i sistemi agricoli integrati sul tetto devono competere con altre tecnologie integrate sul tetto come il fotovoltaico solare o il solare termico, i sistemi interni competono con altri usi urbani che sono di solito più attraenti dal punto di vista economico dell'agricoltura, come le funzioni residenziali o commerciali. Una concorrenza così elevata per terreni urbani e edifici rende gli immobili sempre più costosi (Benis & Ferrão 2018).

In tutto il mondo, il prezzo dei terreni è generalmente elevato nelle aree urbane. Oltre agli affitti elevati, l'agricoltura urbana commerciale ad alta tecnologia è un'industria ad alta intensità di capitale, in quanto comporta l'adeguamento dell'edificio ospitante per la coltivazione, in conformità alle normative locali e ai codici edilizi. Questo vincolo urbano è stato identificato come uno dei principali ostacoli all'attuazione su larga scala del BIA (Cerón-Palma et al. 2012). Il rapporto costo-efficacia dell'azienda agricola urbana dipenderà dalla sua tipologia. Le fabbriche impiantistiche necessitano solo del 10% della superficie del terreno rispetto alle serre per ottenere la stessa produttività/m² e possono essere facilmente costruite in qualsiasi edificio in disuso. Mentre i costi di capitale sono elevati di1 — circa il 15% superiore a quello di una serra — la produttività annua è di circa 3000 teste di lattuga/m²/anno, che è 15 volte quella di una serra (circa 200 teste di lattuga/m²/anno). Pertanto, il costo iniziale per unità di capacità produttiva di uno stabilimento è più o meno lo stesso di quello di una serra, sebbene questa stima sia approssimativa e varia a seconda di molti fattori (Kozai et al. 2016).

Oltre a comportare elevati costi di investimento, i sistemi di agricoltura commerciale ad alta tecnologia spesso comportano costi operativi considerevoli a causa del loro elevato fabbisogno energetico (Thomaier et al. 2015). Inoltre, mentre le aziende rurali di solito beneficiano di acqua e di energia sovvenzionate per l'agricoltura, le aziende agricole situate nelle aree urbane devono pagare i costi urbani dell'approvvigionamento idrico e dell'energia, applicabili in funzione della suddivisione in zone. Se l'azienda si trova in una zona residenziale, i costi saranno più elevati rispetto a se si trova in una zona commerciale (Benis & Ferrão 2018).

I costi di produzione (manodopera, elettricità, ammortamento, ecc.) variano in tutto il mondo. In Giappone, ad esempio, i costi componenti delle fabbriche di impianti sono, in media, del 25 -30% per la manodopera, del 25 -30% per l'elettricità, del 25 -35% per gli ammortamenti e del 20% per gli altri costi di produzione (affitto di terreni, sementi, acqua, sostituzione di lampade, articoli per ufficio, materiali di imballaggio, spese di consegna, ecc.). I costi del lavoro sono così elevati perché la maggior parte degli stabilimenti sono di piccole dimensioni e le operazioni di movimentazione devono quindi essere eseguite manualmente. Si stima che uno stabilimento di 15 livelli con una superficie di 1 ha necessiti di oltre 300 dipendenti a tempo pieno. In confronto, la maggior parte delle operazioni di movimentazione in un complesso di serre con una superficie di 10 ettari o più sono automatizzate e pertanto richiedono solo pochi dipendenti per ettaro (Kozai et al. 2016).

1 su US$4000/m² nel 2014 (Kozai et al. 2016)

La tabella 1 mostra il processo di conversione dell'energia in una sala di coltura di una fabbrica di impianti ad alta efficienza energetica. L'energia elettrica fissata come energia chimica nella parte vendibile degli impianti è dell'1 -2%. L'energia elettrica rimanente viene convertita in energia termica nella stanza di coltura, quindi il costo di riscaldamento di una fabbrica di impianti termicamente ben isolata è pari a zero. Nella gestione dei costi di produzione in fabbrica, la percentuale di peso della parte commestibile o utilizzabile dell'impianto rispetto al peso totale dell'impianto è un indice importante per migliorare la performance in termini di costi. Poiché l'energia elettrica viene consumata per produrre le radici, se le radici non sono vendibili, la massa radicale deve essere ridotta al minimo senza compromettere la crescita della parte aerea della pianta.

Quantità di energia consumata dalle lampade100%Energia luminosa emessa dalle lampade25 -35%Energia luminosa assorbita dalle foglie15 -25% Energia chimica fissa negli impianti1,5 -2%Energia chimica contenuta nella parte vendibile degli impianti1 -2%

Tabella 1: La conversione di energia in uno stabilimento (da Kozai et al. 2016)

Il costo dell'elettricità può essere ridotto di (1) utilizzando LED avanzati per migliorare il fattore di conversione da energia elettrica a energia luminosa; (2) migliorare il sistema di illuminazione con riflettori ben progettati per aumentare il rapporto tra l'energia luminosa emessa dalle lampade e quella assorbita dalle foglie delle piante; (3) migliorare la qualità della luce fino a migliorare la crescita e la qualità delle piante; (4) controllare in modo ottimale la temperatura, la concentrazione di CO2 , la soluzione nutritiva, l'umidità e altri fattori; e (5) aumentare la percentuale della parte vendibile delle piante migliorando il metodo di coltura e la selezione delle cultivar (Kozai et al. 2016).

I costi dell'elettricità possono anche essere ridotti utilizzando pannelli solari. Le fabbriche di impianti urbani in edifici autoportanti, come ex magazzini e fabbriche, hanno maggiori possibilità di produrre energia elettrica rispetto a quelle situate in edifici che fanno parte di una fitta matrice urbana. La quantità di energia necessaria per alimentare fabbriche di impianti indipendenti dipende dalle dimensioni dell'edificio. Quando un edificio occupa un'area più ampia, il fabbisogno di illuminazione e acqua aumenta, ma anche la quantità di energia disponibile tramite pannelli solari sul tetto e, potenzialmente, sulla facciata. La quantità di energia che può essere generata dai pannelli solari dipende ovviamente dalla posizione geografica dello stabilimento.

Il consumo netto di acqua per l'irrigazione in una fabbrica di piante è di circa il 2% di quello di una serra, perché circa il 95% del vapore acqueo proveniente dalle foglie della pianta viene condensato nel pannello di raffreddamento (evaporatore) dei condizionatori d'aria come acqua liquida, che viene raccolta e poi restituita al nutriente dopo la sterilizzazione. La soluzione nutritiva drenata dai letti di coltura viene anche restituita al serbatoio della soluzione nutritiva dopo la sterilizzazione. Quindi la quantità di acqua che deve essere aggiunta al serbatoio è uguale alla quantità di acqua trattenuta dalle piante raccolte e alla quantità che fuoriesce dall'esterno come vapore acqueo attraverso gli spazi d'aria. Allo stesso modo, la quantità di nutrienti che viene aggiunto è uguale alla quantità di nutrienti assorbiti dalle piante raccolte. Quindi l'efficienza dell'uso di acqua e nutrienti è superiore rispettivamente a 0,95 e 0,90 (Kozai et al. 2016).

Agricoltura urbana e economia circolare

L'economia circolare è attualmente uno dei termini più discussi tra gli scienziati dell'economia ambientale ed è al centro della strategia dell'Unione europea Orizzonte 2020. Il suo elemento chiave è l' «uso riparatore» delle risorse: invece di diventare rifiuti scartati, le materie prime vengono riciclate e riutilizzate (Geisendorf & Pietrulla 2018). L'agricoltura urbana offre varie possibilità per abbracciare questo approccio, che è meglio esemplificato da The Plant. Nel 2010, l'impresa sociale Bubbly Dynamics LLC ha acquisito un ex impianto di confezionamento della carne a Chicago e ha sviluppato un piano per utilizzare l'edificio come spazio per incubare le imprese alimentari e agricole, riportando così i posti di lavoro tanto necessari a una comunità disinvestita in un 'cibo desert' privo di opzioni alimentari salutari. La struttura di 8686 m2 ospita attualmente oltre una dozzina di piccole imprese, tra cui fattorie interne e esterne, birrerie kombucha e birrerie, un panificio, un distributore di formaggio, una torrefazione per il caffè e altri produttori e distributori alimentari. All'inizio del 2018, vi erano circa 85 posizioni equivalenti a tempo pieno presso la struttura. Lo stabilimento è ancora in costruzione ed è di circa il 70% affittato; la piena occupazione è prevista per il 2019.

Fondata su un modello di chiusura dei cicli di spreco, delle risorse e dell'energia, The Plant sta lavorando per mostrare l'aspetto della produzione alimentare urbana veramente sostenibile. Il digestore anaerobico pianificato è una caratteristica fondamentale, in quanto è progettato per risolvere diversi problemi critici riutilizzando ciò che è convenzionalmente considerato «rifiuti» al fine di creare diversi risultati preziosi. I rifiuti provenienti dall'edificio saranno una frazione del volume di rifiuti trattati dal digestore, eppure il digestore dimostrerà che anche le aziende di produzione alimentare, che sono tipicamente sprechi e ad alta intensità energetica, possono operare in modo sostenibile chiudendo i loop dei rifiuti. La Figura 8 è uno schema concettuale dei vari processi previsti presso The Plant a piena occupazione.

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Figura 8: Cicli di rifiuti (verde) e energia/gas (arancione) presso The Plant, Chicago

*Copyright © Partner del progetto Aqu @teach. Aqu @teach è un partenariato strategico Erasmus+ per l'istruzione superiore (2017-2020) guidato dall'Università di Greenwich, in collaborazione con l'Università di Scienze Applicate di Zurigo (Svizzera), l'Università Tecnica di Madrid (Spagna), l'Università di Lubiana e il Centro Biotecnico Naklo (Slovenia) . *

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