La industria mundial de los invernaderos inteligentes para producción de alimentos, aunque pequeña ahora, está creciendo aceleradamente. Se estima que en 2019 el área sembrada en todo el mundo llegó a 496,000 hectáreas. En términos económicos el tamaño del mercado mundial de invernaderos inteligentes se valoró en mil 370 millones de dólares en 2019 y se prevé que alcance los tres mil 230 millones de dólares en 2027, con un crecimiento compuesto anual estimado del 11.4 % entre 2020 y 2027.

Al producir alimentos en invernaderos los cultivos no están sujetos a los caprichos de las condiciones meteorológicas extremas, como las heladas, el calor o el granizo; se pueden controlar fácilmente las contaminaciones, de hecho se puede producir más alimento sin pesticidas y con menos agua. Al controlar con una computadora las temperaturas de las raíces y el aire, los nutrientes, así como los niveles de dióxido de carbono, las plantas se cultivan en agua cargada de nutrientes y no en el suelo, proporcionando rendimientos hasta 400 veces mayores por hectárea en comparación con la agricultura convencional, con solo una décima parte de agua. La agricultura controlada también permite tener cultivos en lugares donde no hay tierra disponible, ya sea en la región carbonera de Kentucky o en el desierto egipcio.

Sin embargo, esta forma de agricultura tiene sus desventajas. Por ejemplo, tiene costos iniciales mucho más altos, así como un consumo de energía alto y por ello genera una mayor huella de carbono. Hay varias propuestas de como ir solucionado estas desventajas.

Un estimado colega nos comparte hoy el presente artículo, que propone algunas soluciones a los problemas mencionados. El artículo fue escrito por Cecilia Carreón, publicado el 26 de agosto de 2022 en la página Web de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPGL) en Suiza y traducido por nosotros para este espacio. Veamos qué nos plantean al respecto…

Las plantas usan ondas de luz de solo una parte del espectro para la fotosíntesis; el resto se puede recuperar y usar para generar energía para atender las necesidades energética del invernadero. Esa es la idea detrás de los módulos solares desarrollados por la startup Voltiris de la EPFL. Tras resultados preliminares alentadores, recientemente se instaló una nueva estructura piloto en Graubünden.

En Suiza, cultivar tomates, pepinos, pimientos y otras verduras que requieren mucha luz y calor requiere la construcción de un invernadero, pero operar uno, como se ha comentado, consume una gran cantidad de energía. Los agricultores tienen que equilibrar cuidadosamente los rendimientos de los cultivos y la economía con las preocupaciones ambientales. "Cuesta más de 1.5 millones de francos suizos al año calentar un invernadero de 5 hectáreas", dice Nicolas Weber, director general de Voltiris. "Y un invernadero de ese tamaño emite aproximadamente la misma cantidad de CO2 por año que 2,000 personas".

La federación suiza de productores de frutas y verduras, que cultiva varios miles de hectáreas en todo el país, se ha fijado el objetivo de eliminar toda la energía basada en combustibles fósiles de sus procesos agrícolas para 2040. El sistema desarrollado por Voltiris puede contribuir en gran medida a alcanzar ese objetivo Su tecnología se basa en que las plantas no aprovechan todas las ondas contenidas en la luz solar; las restantes se pueden concentrar en células fotovoltaicas (PV) para generar energía solar. El sistema de Voltiris es liviano y está diseñado para rastrear el movimiento del sol en el cielo, y cuenta con rendimientos diarios a la par de los paneles solares convencionales. Las primeras hortalizas cultivadas bajo el sistema de Voltiris se cosecharon este verano a través de pruebas piloto realizadas en dos invernaderos, en los cantones de Valais y Graubünden.

La luz solar es esencial para el cultivo, ya que las plantas la necesitan no solo para la fotosíntesis, sino también para el fototropismo (lo que hace que las plantas crezcan en la dirección de la luz) y el fotoperiodismo (cómo reaccionan los organismos a los cambios estacionales en la duración del día). Pero las plantas son selectivas sobre qué partes del espectro utilizan, confiando en la luz roja y azul. Por lo tanto, los filtros de Voltiris dejan pasar estas longitudes de onda, mientras dirigen las otras longitudes de onda (verde e infrarrojo cercano) hacia las células fotovoltaicas, donde se convierten en energía solar. Además, el sistema genera esta energía renovable sin reducir el rendimiento de los cultivos, ya que las plantas siguen recibiendo toda la luz solar que necesitan.

El sistema consta de espejos dicroicos, que muestran una coloración diferente, dependiendo de la condición de observación. El color del vidrio, que recuerda al revestimiento antideslumbrante que se usa en los anteojos, le da a los espejos una sensación casi decorativa, ya que cambian de color según la luz que los atraviesa. Dos inventos patentados son los que hacen que el sistema de Voltiris sea único y capaz de funcionar en forma excelente. El primero es un sistema óptico optimizado que concentra de manera efectiva la luz solar, y el segundo es un dispositivo de seguimiento solar diseñado para utilizarse debajo del techo, que extiende el tiempo que el sistema puede producir energía solar en un 40 %.

Gracias a estos avances, el sistema puede lograr rendimientos similares a los de los paneles solares convencionales, pero con solo la mitad de las ondas de luz, es decir, luz verde e infrarroja cercana. "Planeamos aplicar diferentes tratamientos al vidrio reflectante según las necesidades de cultivos específicos, para mejorar aún más nuestros rendimientos", dice Weber. La instalación liviana encaja en el espacio vacío entre el techo del invernadero y la parte superior de las plantas.

Satisfacer del 60 al 100 % de las necesidades energéticas de un invernadero

Las pruebas piloto del nuevo sistema han demostrado que deberían ser capaces de reducir a la mitad las emisiones de CO2 de los invernaderos y cubrir entre el 60% y el 100% de sus necesidades energéticas en función del sistema de calefacción instalado: "las emisiones no se reducen a cero porque nuestro sistema comenzará a sustituir la electricidad, que en general es "más limpia" que el gas. "Esto se traduce en un beneficio ambiental pero también económico, una vez recuperado el coste del sistema, lo que debería llevar entre cuatro y siete años". dice Weber.

La innovación de Voltiris llega en un momento oportuno, ya que el gobierno federal suizo ha lanzado incentivos en los últimos años para alentar a los operadores de invernaderos a reducir su dependencia de los combustibles fósiles para la calefacción. Estos incentivos incluyen subsidios para sistemas de energía limpia. Pero las alternativas existentes, como la madera, los biocombustibles y la energía geotérmica, probablemente no sean suficientes. Por lo tanto, la tecnología desarrollada por Voltiris promete ser una solución atractiva. La firma ahora planea realizar más pruebas piloto en los Países Bajos y Ginebra antes de introducir su producto en el mercado en la segunda mitad de 2023.

Fuentes:

https://www.nytimes.com/es/2022/06/24/espanol/opinion/crisis-alimentaria-agricultura.html

 https://actu.epfl.ch/news/with-new-solar-modules-greenhouses-run-on-their-ow/