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Efficienza energetica nella coltivazione e lavorazione della cannabis medica
L ‘efficienza energetica nella coltivazione e nella lavorazione della cannabis terapeutica necessita di stabilità ambientale, a causa dei requisiti richiesti durante la crescita e la lavorazione per garantire la costanza della composizione dei diversi cannabinoidi. In questo modo, il prodotto finale può essere considerato un farmaco con proprietà specifiche.
Il costo energetico della produzione di cannabis terapeutica diventa, nella maggior parte dei casi, il costo più importante e quello che determinerà la redditività o meno dell’operazione industriale. Una progettazione efficiente dell’impianto aumenterà la redditività diretta dell’operazione e ridurrà l’impronta di carbonio, fornendo un valore aggiunto a questi prodotti a base vegetale.
Contesto della progettazione della struttura
La maggior parte delle azioni che ci permettono di ottimizzare il controllo e la stabilità delle condizioni ambientali, nonché l’efficienza energetica, comportano un investimento iniziale più elevato. Poiché questo investimento viene deciso e realizzato molto prima della concessione della licenza, complica il processo decisionale per un costo il cui ritorno è distribuito su diversi anni.
Da un lato, abbiamo lo scenario dell’alto costo dell’energia, che ci spinge a progettare in base all’efficienza e al risparmio; dall’altro, l’incertezza sul mercato della cannabis terapeutica (volumi, prezzi, ecc.) e la sua difficoltà come prodotto e processo, che ci spinge a essere cauti.
Non è possibile parlare di una soluzione ottimale “standard” per la progettazione dell’impianto, poiché questa dipende da molti fattori e deve essere sviluppata “su misura”:
- Posizione: condizioni ambientali di temperatura, umidità e ore di luce.
- Dimensioni della fattoria, dimensione del lotto e possibilità di crescita.
- Prodotto finale destinato al consumo diretto o all’estrazione.
Per tutti questi motivi, in questo articolo proponiamo di identificare i diversi punti che devono essere analizzati per implementare soluzioni tecniche nell’impianto che comportino un miglioramento dell’efficienza energetica. Il risultato dell’analisi deve essere applicato nel calcolo della redditività di ogni caso specifico, tenendo conto delle possibili opzioni di miglioramento proposte.
Efficienza nella coltivazione della cannabis terapeutica
L’efficienza applicata alla coltivazione della cannabis terapeutica deve essere ottimale. Se c’è una cosa su cui si concorda in questo settore, è che qualsiasi miglioramento della stabilità e della sicurezza delle condizioni ambientali della coltura si tradurrà in una migliore resa e qualità del prodotto e, quindi, in un aumento della redditività.
Posizione
L’ubicazione è una delle condizioni più importanti, in quanto ha un grande impatto economico: bisogna cercare un buon terreno in un’area con un clima adatto alle esigenze della coltura e con sufficienti ore di luce. Inoltre, è necessario garantire l’accesso ad acqua di qualità e disporre di una rete elettrica, il che ha un impatto sui costi di progettazione, investimento e gestione.
Illuminazione
L’illuminazione della coltura può avvenire tramite la luce solare, la luce artificiale o una combinazione di entrambe.Ci permette di risparmiare sul consumo energetico, ma per utilizzarla dobbiamo prestare attenzione al tipo di copertura.
Le coperture a pellicola offrono la massima trasmissione della luce solare, ma allo stesso tempo una minore ermeticità e isolamento per le zone fredde o le notti, quindi sarà necessario installare schermi oscuranti che contribuiranno a migliorare l’isolamento termico.
Altre finiture come il policarbonato o il vetro migliorano l’isolamento termico, riducono la trasmissione solare ma aumentano l’inversione.
Nelle località vicine all’equatore, avremo le migliori condizioni di luce naturale durante tutto l’anno, ma man mano che ci allontaniamo dall’equatore, se vogliamo avere stabilità nel flusso luminoso, dovremo installare luci di supporto, o addirittura luci che possano fornire il contributo totale necessario. In questi casi, le luci da installare devono essere di tipo LED e dimmerabili in potenza, per assicurarci di fornire solo la luce necessaria a completare l’illuminazione solare e contenere il consumo energetico.
Nelle installazioni con involucro opaco (pannello sandwich), l’illuminazione è fornita in modo completamente artificiale e sarà costante indipendentemente dal periodo dell’anno. Per controllare i consumi e ridurre i costi, se siamo collegati alla rete elettrica, una misura interessante è quella di accendere le luci di notte. Se non disponiamo della rete elettrica, dovremmo installare dei pannelli fotovoltaici e delle batterie per immagazzinare l’energia che ci permetteranno di accendere le luci durante il giorno e di prolungare il fotoperiodo fino a 12 ore, o più, per le piante vegetative e madri.
Isolamento esterno
L’isolamento esterno ci permette di ridurre il consumo energetico grazie alla necessità di regolare e controllare la temperatura e l’umidità della coltura. D’altro canto, l’isolamento di tetti e pareti può avere come contropartita la riduzione della trasmissione della luce solare e il conseguente aumento dei consumi per garantire l’illuminazione.
L’isolamento del pavimento, tranne che nelle zone con un clima eccellente, sarà sempre un buon investimento. Una soletta in cemento, posata su uno strato di isolante e barriera al vapore (per garantire la durata e la qualità delle finiture), garantisce isolamento e inerzia termica per le notti fredde, ed è proprio nella parte inferiore del pavimento (radici) dove vogliamo garantire una temperatura leggermente più alta.
Condizioni ambientali (interno)
Il mantenimento delle condizioni ambientali di temperatura e umidità giorno, notte e tutto l’anno è un altro fattore che incide sul consumo energetico; alcune località e soluzioni tecniche possono essere escluse durante lo studio del progetto a causa dell’elevata umidità o delle condizioni termiche.
Il problema principale è combattere l’umidità generata dalle piante. Durante la fase diurna, la pianta trasporta praticamente tutta l’acqua catturata dalle radici. Il modo più economico per ridurre l’umidità interna è quello di rinnovare l’aria della serra con aria esterna più secca. A seconda del grado di secchezza dell’aria esterna, si può addirittura ricorrere al raffreddamento adiabatico, che è sicuramente il metodo più efficiente.
In ogni caso, poiché le condizioni ambientali esterne non possono essere garantite, è necessario considerare la necessità di impianti di deumidificazione e raffreddamento per combattere l’umidità generata dagli impianti, nonché il carico termico interno (luci) ed esterno. L’efficienza energetica dipenderà dalla presenza di un buon sistema di controllo per poter ridurre i costi operativi quando le condizioni esterne sono favorevoli.
Di notte, nelle zone fredde, è importante:
- Riduci al minimo i cambi d’aria (solo per garantire il necessario apporto di ossigeno).
- Aumenta l’isolamento termico, con schermi oscuranti, tende con camera d’aria, ecc.
- Riscalda le aree vicine alle radici, anche se le aree superiori della serra si raffreddano.
Anidride carbonicaCO2
Per aumentare la resa delle colture è pratica comune aumentare la concentrazione diCO2 al di sopra dell’ambiente durante il giorno, ma questa pratica ha un costo e un’impronta di carbonio che devono essere analizzati per garantire l’efficacia dei costi.
Lavorare con tassi diCO2 più elevati implica la necessità di mantenere un equilibrio perfetto con l’apporto di nutrienti e la quantità di luce, altrimenti non otterremo la resa desiderata, ma soffriremo di un aumento dei costi e di una qualità ancora più bassa del prodotto finale.
Aumentare il tasso diCO2 con un elevato apporto di aria fresca è antieconomico, quindi è consigliato solo per le serre indoor o ermetiche.
Nelle grandi aziende agricole, dove è presente un processo di combustione per generare energia o acqua calda, i gas di scarico potrebbero essere utilizzati per aumentare la concentrazione di anidride carbonica attraverso un impianto di filtraggio, stoccaggio e raffreddamento.
Efficienza nella generazione di calore e raffreddamento
I processi di climatizzazione, deumidificazione ed essiccazione implicano un’efficienza nella generazione di freddo e calore; la nostra proposta è quella di optare per sistemi di produzione centralizzati che, sebbene l’investimento economico sia maggiore, ci offrono i seguenti vantaggi:
- Essendo unità più grandi, hanno un controllo maggiore (condensazione, inverter, ecc.), compressori migliori e, quindi, una maggiore efficienza energetica.
- Possono produrre calore e freddo allo stesso tempo, aumentando l’efficienza, dato che normalmente tra l’area di processo e quella di coltivazione c’è un bisogno simultaneo di calore e freddo.
- La quantità di gas refrigeranti sarà minore, la manutenzione sarà più controllata e si tratta di macchine industriali progettate per il funzionamento continuo.
Per la distribuzione dell’acqua calda e fredda si consiglia l’utilizzo di circuiti di distribuzione a portata variabile, a causa delle grandi differenze tra le esigenze di caldo e freddo, di giorno e di notte, e tra le diverse stagioni dell’anno.
Efficienza nelle sale di lavorazione GMP
Le soluzioni di efficienza nelle sale di lavorazione GMP sono standard nei sistemi di condizionamento dell’aria, qui daremo alcune indicazioni su come applicarle alle particolarità della lavorazione della cannabis:
Zonizzazione dei condizionatori d'aria
È importante distinguere le diverse zone in base alle loro esigenze ambientali e di programmazione. Un ambiente a umidità controllata è necessario solo nelle stanze in cui il prodotto è già asciutto ed esposto all’ambiente (rifilatura, stagionatura e confezionamento a secco).
Nelle aree in cui il materiale è umido (rimozione delle foglie, potatura del verde), la temperatura sarà più bassa, quindi è un’opzione interessante far funzionare il condizionatore d’aria in queste aree in modo indipendente.
All’interno dell’impianto stesso, scopriamo che la maggior parte delle sale lavorerà in uno o due turni e che, fino a quando l’operazione non sarà a pieno regime, alcune sale non saranno occupate, mentre altre, come i tunnel di essiccazione, lavoreranno 24/24h.
È importante che i condizionatori d’aria possano essere settorizzati, spenti o utilizzati a temperature e portate ridotte.
Efficienza nella gestione dell'acqua
La qualità e la quantità di acqua accessibile è uno dei fattori decisivi per la scelta della location, ma non sarà sempre il più determinante, quindi ecco alcuni elementi da tenere in considerazione:
- Il sistema di irrigazione sarà normalmente idroponico, preferibilmente con un drenaggio controllato e convogliato per un eventuale riutilizzo in altri tipi di coltivazioni meno sensibili all’alta conducibilità, per la cura del paesaggio, ecc.
- Utilizza l’acqua piovana e l’acqua di condensa degli impianti di deumidificazione reindirizzandola in serbatoi di sicurezza per l’irrigazione. Questi serbatoi di sicurezza sono disponibili in tutti gli impianti e l’investimento per la riconduzione è piccolo, ma ci fornisce una buona scorta di acqua di ottima qualità.
- Usa l’acqua di scarto dell’osmosi per le pulizie non GMP, per gli sciacquoni del bagno, ecc.
Conclusioni
Le soluzioni tecniche per l’efficienza energetica sono esistenti e conosciute, la difficoltà nell’ambito della cannabis terapeutica sta nella valutazione a causa della mancanza di dati sull’impatto sulla quantità e sulla qualità del prodotto.
Sulla base della nostra esperienza riteniamo che si debba iniziare con una progettazione solida per garantire la qualità, una volta avviata l’attività su base stabile, effettuare un monitoraggio e un’analisi continui da parte di personale esperto e mirato per raggiungere gli obiettivi di efficienza energetica ed economicità seguendo le GMP e le migliori pratiche.
Eudald Bogatell
Ingegnere di progetto presso VALTRIA