Efficenza energetica nella coltivazione e nella lavorazione della cannabis terapeutica

L’efficienza energetica nella coltivazione e nella lavorazione della cannabis terapeutica richiede stabilità ambientale, a causa dei requisiti necessari durante la crescita e la trasformazione per garantire la costanza della composizione dei diversi cannabinoidi. In questo modo, il prodotto finale potrà essere considerato un farmaco con proprietà specifiche.

Il costo energetico della produzione di cannabis terapeutica rappresenta, nella maggior parte dei casi, il costo più rilevante e quello che determinerà la redditività o meno dell’attività industriale. Una progettazione efficiente dell’impianto aumenterà direttamente la redditività dell’attività e ridurrà l’impronta di carbonio, apportando un valore aggiunto a questi prodotti di origine vegetale.

Contesto della progettazione degli impianti

La maggior parte degli interventi che consentono di ottimizzare il controllo e la stabilità delle condizioni ambientali, così come l’efficienza energetica, comportano un investimento iniziale maggiore. Poiché questo investimento viene deciso e realizzato molto prima ancora di ottenere la licenza, la valutazione di un costo il cui ritorno si protrae per diversi anni diventa più complessa.

Da un lato, abbiamo lo scenario caratterizzato dall’elevato costo dell’energia, che ci porta a progettare ponendo l’efficienza e il risparmio al centro; dall’altro, l’incertezza sul mercato della cannabis terapeutica (volumi, prezzi, ecc.) e la complessità del prodotto e del processo ci impongono un approccio prudente.

Non è possibile parlare di una soluzione di progettazione dell’impianto “standard” e ottimale, poiché questa dipende da numerosi fattori e deve essere sviluppata “su misura”:

• Ubicazione: condizioni ambientali di temperatura, umidità e ore di luce.

• Dimensioni dell’attività, dimensioni dei lotti ed eventuali possibilità di espansione.

• Prodotto finale destinato al consumo diretto o all’estrazione.

Per tutti questi motivi, in questo articolo ci proponiamo di identificare i diversi aspetti che devono essere analizzati per poter implementare soluzioni tecniche nell’impianto che contribuiscano a migliorare l’efficienza energetica. Il risultato dell’analisi dovrà essere applicato al calcolo della redditività di ogni singolo caso, tenendo conto delle possibili opzioni di miglioramento proposte.

Efficienza applicata alla coltivazione della cannabis terapeutica

L’efficienza applicata alla coltivazione della cannabis terapeutica deve essere ottimale. Se c’è un aspetto su cui questo settore concorda, è che qualsiasi miglioramento nella stabilità e nella sicurezza delle condizioni ambientali di coltivazione si traduce in una migliore resa e qualità del prodotto e, di conseguenza, in un aumento della redditività.

Ubicazione

L’ubicazione è uno dei fattori più importanti, poiché ha un forte impatto economico. È necessario individuare un terreno adatto in una zona con un clima adeguato alle esigenze della coltivazione e con un numero sufficiente di ore di luce. È inoltre necessario garantire l’accesso ad acqua di qualità e disporre di una rete elettrica, elementi che incidono sulla progettazione, sull’investimento e sui costi di esercizio.

Illuminazione

L’illuminazione della coltivazione può essere realizzata mediante luce solare, artificiale o combinando entrambe. Questo consente di risparmiare sul consumo energetico, ma per poter sfruttare la luce naturale è necessario prestare attenzione alla tipologia di involucro dell’edificio.

Gli involucri in film plastico garantiscono la maggiore trasmissione della luce solare, ma allo stesso tempo offrono una minore tenuta all’aria e un minore isolamento nelle zone o durante le notti fredde. Sarà quindi necessario installare schermature oscuranti tipo blackout, che contribuiranno a migliorare l’isolamento termico.

Altre soluzioni, come il policarbonato o il vetro, migliorano l’isolamento termico e riducono la trasmissione solare, ma comportano un aumento dell’investimento.

Nelle aree vicine all’equatore avremo le migliori condizioni di luce naturale durante tutto l’anno, ma allontanandoci da queste zone, se vogliamo mantenere stabile il flusso luminoso, sarà necessario installare luci di supporto o addirittura luci in grado di fornire l’intero apporto necessario. In questi casi, le luci installate dovrebbero essere di tipo LED e regolabili in potenza, per garantire di fornire solo la quantità di luce necessaria a integrare quella solare e contenere il consumo energetico.

Negli impianti con involucri opachi (pannelli sandwich), l’illuminazione viene fornita completamente in modo artificiale e sarà costante indipendentemente dal periodo dell’anno. Per controllare i consumi e ridurre i costi, se l’impianto è collegato alla rete elettrica, una soluzione interessante consiste nell’accendere le luci durante la notte. In assenza di rete elettrica, si dovrebbero installare pannelli fotovoltaici e batterie per immagazzinare l’energia, consentendo di accendere le luci durante il giorno e prolungare il fotoperiodo fino a 12 ore o più per la fase vegetativa e le piante madri.

Isolamento esterno

L’isolamento esterno consente di ridurre il consumo energetico necessario per regolare e controllare la temperatura e l’umidità della coltivazione. L’isolamento del tetto e delle pareti può tuttavia comportare una riduzione della trasmissione della luce solare e, di conseguenza, un aumento dei consumi necessari a garantire l’illuminazione. Sarà quindi necessario valutare ogni caso specifico per trovare il giusto equilibrio.

L’isolamento del pavimento, ad eccezione delle zone caratterizzate da un clima particolarmente favorevole, rappresenta sempre un buon investimento. Una soletta in calcestruzzo posata su uno strato isolante e su una barriera al vapore, per garantire la durata e la qualità delle finiture, assicura isolamento e inerzia termica durante le notti fredde. È proprio nella parte inferiore della pianta, in corrispondenza delle radici, che vogliamo garantire una temperatura leggermente superiore.

Condizioni ambientali interne

Mantenere stabili le condizioni ambientali di temperatura e umidità durante il giorno, la notte e nel corso dell’intero anno rappresenta un altro importante fattore di consumo energetico. Alcune ubicazioni e soluzioni tecniche potrebbero essere scartate durante lo studio del progetto a causa dell’elevata umidità o delle condizioni termiche sfavorevoli.

Il problema principale è contrastare l’umidità generata dalle piante. Durante il giorno, la pianta traspira praticamente tutta l’acqua assorbita dalle radici. Il modo più economico per ridurre l’umidità interna consiste nel ricambiare l’aria della serra con aria esterna più secca. A seconda del suo grado di secchezza, può essere possibile raffreddarla mediante raffrescamento evaporativo e, senza dubbio, questa rappresenta la soluzione più efficiente.

In ogni caso, poiché non è possibile garantire condizioni ambientali esterne costanti, sarà necessario valutare la necessità di installare sistemi di deumidificazione e raffreddamento per contrastare l’umidità generata dalle piante, nonché il carico termico interno (illuminazione) ed esterno. L’efficienza energetica dipenderà dalla disponibilità di un buon sistema di controllo, in grado di ridurre i costi di esercizio quando le condizioni esterne sono favorevoli.

Durante la notte, nelle zone fredde, è importante:

• Ridurre i ricambi d’aria al minimo, solo per garantire l’apporto di ossigeno necessario.

• Aumentare l’isolamento termico mediante schermature blackout, tende con intercapedine d’aria, ecc.

• Riscaldare le zone vicine alle radici, anche se le aree superiori della serra si raffreddano.

Anidride carbonica CO₂

Per aumentare la resa della coltivazione, è pratica comune aumentare durante il giorno la concentrazione di CO₂ al di sopra dei livelli ambientali. Questa pratica comporta un costo e un’impronta di carbonio che devono essere analizzati per garantirne la redditività.

Lavorare con concentrazioni di CO₂ più elevate richiede di mantenere un equilibrio perfetto con l’apporto di nutrienti e con la quantità di luce. In caso contrario, non si otterrà la resa desiderata, ma si subirà un aumento dei costi e persino una riduzione della qualità del prodotto finale.

Aumentare la concentrazione di CO₂ quando i ricambi di aria esterna sono elevati è poco redditizio, pertanto questa soluzione è consigliata solo in ambienti indoor o in serre a tenuta stagna.

Nelle grandi attività in cui sia presente un processo di combustione per la generazione di energia o acqua calda, i gas di combustione potrebbero essere utilizzati per aumentare la concentrazione di anidride carbonica mediante un sistema di filtrazione, stoccaggio e raffreddamento.

Efficienza nella generazione di freddo e calore

I processi di climatizzazione, deumidificazione ed essiccazione richiedono un’elevata efficienza nella generazione di freddo e calore. La nostra proposta è optare per sistemi di produzione centralizzati che, nonostante richiedano un investimento economico maggiore, offrono i seguenti vantaggi:

• Trattandosi di apparecchiature di grandi dimensioni, dispongono di un maggiore controllo (della condensazione, inverter, ecc.), di compressori più efficienti e, di conseguenza, di una maggiore efficienza energetica.

• Possono produrre contemporaneamente freddo e calore, aumentando l’efficienza, poiché normalmente nelle aree di processo e coltivazione si hanno contemporaneamente esigenze di raffreddamento e riscaldamento.

• La quantità di refrigeranti sarà inferiore e la manutenzione sarà più controllata, trattandosi di macchine industriali progettate per il funzionamento continuo.

Per la distribuzione del freddo e del calore si consiglia l’utilizzo di circuiti ad acqua calda e fredda. In questo tipo di impianti è particolarmente indicato utilizzare circuiti di distribuzione a portata variabile, a causa delle grandi differenze tra le esigenze di raffreddamento e riscaldamento durante il giorno e la notte e nelle diverse stagioni dell’anno.

Efficienza nelle camere di lavorazione GMP

Le soluzioni di efficienza nelle camere di lavorazione GMP sono standard nei sistemi di climatizzazione. In questa sezione forniremo alcune indicazioni per applicarle alle peculiarità della lavorazione della cannabis.

Zonizzazione delle unità di trattamento dell’aria

È importante distinguere le diverse zone in base alle loro esigenze ambientali e ai programmi di lavoro. Un ambiente con umidità controllata sarà necessario solo nelle sale in cui il prodotto è già essiccato ed esposto all’ambiente (trimming a secco, curing ed essiccazione).

Nelle zone in cui il materiale è ancora umido (defogliazione, trimming a verde), la temperatura sarà più bassa, per cui può essere interessante che l’unità di trattamento dell’aria che serve queste zone funzioni in modo indipendente.

All’interno dello stesso impianto, la maggior parte delle sale lavorerà su uno o due turni e, finché l’attività non sarà a pieno regime, alcune sale saranno inutilizzate, mentre altre, come i tunnel di essiccazione, funzioneranno 24 ore su 24.

È importante che le unità di trattamento dell’aria possano essere suddivise per zone, spente oppure fatte funzionare con temperature e portate d’aria ridotte.

Efficienza nella gestione dell’acqua

La qualità e la quantità di acqua disponibile sono tra i fattori decisivi nella scelta dell’ubicazione, ma non sempre saranno quelli determinanti. Di seguito alcuni aspetti da tenere in considerazione:

• Il sistema di irrigazione sarà normalmente idroponico, preferibilmente con sistemi di drenaggio controllati e convogliati per un eventuale riutilizzo in altre coltivazioni meno sensibili all’elevata conducibilità, nell’irrigazione delle aree verdi, ecc.

• Riutilizzare l’acqua piovana e quella di condensa proveniente dai sistemi di deumidificazione, convogliandola nei serbatoi dell’acqua di irrigazione di sicurezza. Questi serbatoi sono presenti in tutti gli impianti e l’investimento necessario per il recupero dell’acqua è contenuto, ma consente di disporre di una buona riserva di acqua di eccellente qualità.

• Riutilizzare l’acqua di scarto dell’osmosi per le operazioni di pulizia non GMP, per gli scarichi dei WC, ecc.

Conclusioni

Le soluzioni tecniche per l’efficienza energetica sono disponibili e consolidate. La difficoltà nel settore della cannabis terapeutica risiede nella valutazione dei loro effetti, a causa della mancanza di dati su come queste soluzioni incidano sulla quantità e sulla qualità del prodotto.

Sulla base della nostra esperienza, riteniamo che si debba partire da una progettazione robusta che garantisca la qualità. Una volta avviata l’attività in modo stabile, è necessario mantenere un monitoraggio e un’analisi continui da parte di personale esperto e specializzato, al fine di raggiungere gli obiettivi di efficienza energetica e redditività nel rispetto delle buone pratiche GMP.