I Led sono sempre più utilizzati nell’orticoltura protetta, soprattutto per la possibilità che offrono di selezionare le lunghezze d’onda da fornire alle piante. Tuttavia, sono costosi da installare e da mantenere.
Oggi però una nuova tecnologia presa in prestito dal mondo dell’elettronica di consumo promette di ottimizzare la luce solare in modo analogo. Potrebbe essere la risposta per incrementare le rese in serra, senza investire in un impianto di illuminazione artificiale.
Cosa sono i quantum dot
I quantum dot, anche definiti atomi artificiali, sono nanoparticelle di materiali semiconduttori, invisibili all’occhio umano, con particolari proprietà fisiche.
Sono in grado di assorbire un ampio spettro luminoso e di riemettere la luce soltanto in determinate lunghezze d’onda. Studiando le diverse composizioni e dimensioni dei quantum dot è possibile creare in laboratorio la ricetta perfetta per convertire la luce in un’unica lunghezza d’onda scelta.
La luce che piace alle piante
Per effettuare la fotosintesi, le piante non utilizzano tutta la radiazione solare, ma soltanto una sua porzione, definita “radiazione fotosinteticamente attiva” (in inglese Par, acronimo di Photosynthetically active radiation).
Il Par, appunto, comprende le lunghezze d’onda che inducono la fotosintesi e servono alle piante per sintetizzare carbonio organico, in particolare quelle comprese tra i 400 e i 700 nanometri. La clorofilla, il pigmento essenziale per la fotosintesi clorofilliana, ha infatti due picchi di assorbimento della luce a 430 nanometri (clorofilla b) e 680 nanometri (clorofilla a).
Diverse pubblicazioni scientifiche hanno dimostrato come le piante rispondano a determinate lunghezze d’onda in modo diverso e come, manipolando lo spettro luminoso che si fornisce alle colture, si ottengano risultati diversi in termini di crescita, produzione di fiori e frutti, durata del ciclo vitale della pianta e resa produttiva. Per esempio, si è visto che la rucola coltivata con luce artificiale rossa contiene un quantitativo di nitrati inferiore rispetto alla stessa coltivata con luce bianca.
La qualità della luce è dunque uno dei fattori chiave da cui dipende la resa delle colture ed è il motivo per cui i produttori di Led studiano lampade caratterizzate da mix di lunghezze d’onda specifici per le diverse coltivazioni, così da ottenere rese maggiori oppure da accentuare specifiche caratteristiche organolettiche dei prodotti orticoli.
Finora l’illuminazione artificiale è stata l’unica soluzione possibile per utilizzare particolari lunghezze d’onda per la coltivazione dei vegetali. Ora però ora l’azienda americana UbiQd sta proponendo un’alternativa potenzialmente più economica e flessibile.
Il telo con quantum dot
L’azienda UbiQd di Los Alamos, in New Mexico (Usa), specializzata in nanotecnologie, ha annunciato l’ingresso sul mercato di un film plastico pensato appositamente per l’agricoltura in ambiente controllato. Questo permette di ottimizzare la luce solare e aggiungere il controllo dello spettro luminoso ai parametri personalizzabili in serra.
Il loro prodotto innovativo è UbiGro, un film plastico arricchito con quantum dot, da installare appena sotto la copertura delle serre, sopra alla coltivazione. Questo film fluorescente consente di filtrare la luce solare appena questa entra nella serra, convertirla nelle lunghezze d’onda più efficienti e consentire alle piante sottostanti di ricevere soltanto la luce ottimizzata, senza consumare corrente elettrica. Il film plastico può essere installato in qualunque serra e non necessita di nessuna tecnologia in particolare.
Questa tecnologia, a differenza dei comuni materiali filtranti, non riduce l’intensità luminosa proveniente dal sole, ma converte le lunghezze d’onda meno importanti per la crescita delle piante (soprattutto quelle blu e ultraviolette) in altre lunghezze d’onda più utilizzate, incrementando l’efficienza fotosintetica delle colture.
Convertendo la luce blu e ultravioletta in arancione (colore che corrisponde a una lunghezza d’onda di 600 nanometri, ottimale per la fotosintesi), UbiGro permette di ottimizzare la luce del sole e ottenere il massimo dalle piante, aumentando le rese produttive senza incidere sui costi energetici.
Lo spostamento delle lunghezze d’onda fornisce agli agricoltori una soluzione low-cost per massimizzare lo spettro luminoso senza sacrificare intensità luminosa compresa nel Par. Grazie alla capacità dei quantum dot di emettere la luce in tutte le direzioni, i film di UbiGro permettono, inoltre, di fornire una luce perfettamente diffusa, che raggiunge l’intera coltivazione.
L'incremento delle rese colturali
L’azienda ha testato questo innovativo film plastico in differenti condizioni climatiche e per diverse tipologie di colture. In ognuno di questi casi le rese produttive sono aumentate.
Uno degli esempi in cui UbiGro si è rivelato più efficace è stato in una serra in New Mexico specializzata nella coltivazione idroponica di pomodoro cuore di bue. I tecnici hanno applicato il film plastico soltanto su metà della superficie della serra in polietilene, mentre l’altra metà è stata mantenuta con la luce naturale. Tutti gli altri parametri ambientali (temperatura, fertilizzazione, irrigazione, ecc.) sono stati mantenuti identici per entrambe le zone della serra. L’esperimento ha avuto una durata di 5 mesi, su un totale di 252 piante di pomodoro.
I risultati ottenuti sono stati sorprendenti: le piante cresciute con lo spettro luminoso modificato da UbiGro hanno avuto una resa media maggiore del +20,5% rispetto alle stesse coltivate con luce naturale. I vantaggi maggiori sono stati osservati nei mesi in cui l’intensità luminosa è più elevata.
Anche le rese di cannabis sono incrementate con l'impiego di UbiGro. Lo dimostra un esperimento analogo, condotto in una serra in California. In questo caso il raccolto è incrementato del +16%.
Infine, un altro ortaggio che ha beneficiato di questa copertura è la lattuga. Uno studio cofinanziato dalla Nasa per individuare soluzioni innovative per lo space farming – l’agricoltura a bordo delle missioni spaziali – ha dimostrato un aumento di oltre il +10% della resa di questa coltura.
Un telo semplice e funzionale
UbiGro ha tanti vantaggi: è estremamente innovativo, sfrutta una tecnologia di ultima generazione, può essere applicato a qualunque serra (indipendentemente dalla sua architettura), ha un basso costo, è semplicissimo da implementare.
Il manuale di installazione si può scaricare facilmente dal sito internet dedicato e comprende l’elenco degli strumenti – tutti di uso comune – che sono richiesti per il posizionamento del film: cacciaviti, pinze, chiavi inglesi, nastro adesivo e tenaglie.
L’azienda UbiQd ha iniziato a commercializzare il suo prodotto in America e da poco ha ampliato il suo mercato anche in Asia e Europa. UbiGro è acquistabile direttamente dal sito internet dell’azienda in rotoli da 200 metri quadri oppure in porzioni pretagliate a un prezzo che parte da circa 30 dollari al metro quadro per i rotoli, fino ad arrivare a 80 dollari al metro quadro per i tagli più piccoli. Il film di UbiQd conserva le sue caratteristiche ottiche per circa 6 anni, durante i quali l’azienda garantisce la capacità del prodotto di mantenere risultati costanti.
Una tecnologia promettente
Anche se per il momento l’unico prodotto disponibile è il film arancione, l’azienda americana sta testando diverse miscele di quantum dot per creare ricette luminose specifiche per differenti colture e arrivare a ottimizzare ancora di più la luce del sole, a vantaggio degli agricoltori.
Sfruttando i quantum dot e le loro caratteristiche, UbiQd ha lanciato quest’anno, oltre al film UbiQd, un nuovo prodotto pensato per il settore hobbistico: Umi. Si tratta di una lanterna fluorescente che emette luce quando colpita dalla radiazione solare. Se posizionata accanto alle piante di orto o giardino è in grado di migliorarne la crescita, fornendo le lunghezze d’onda utili per la fotosintesi. Con Umi anche i coltivatori amatoriali potranno provare una nanotecnologia spaziale ad un prezzo inferiore ai 40 dollari.
Accanto ai prodotti per le colture protette, UbiQd sta studiando nuove applicazioni per la tecnologia dei quantum dot come, ad esempio, finestre addizionate con gli atomi artificiali per intercettare la luce solare e convertirla in energia.
In conclusione, possiamo affermare che i quantum dot sono una tecnologia innovativa e versatile. Sebbene siano ancora poco presenti sul mercato, possono rappresentare una soluzione economica e facilmente adattabile a strutture esistenti per migliorare l’efficienza fotosintetica delle piante coltivate e ottenere raccolti più abbondanti in modo sostenibile.
