Sahara Forest Project: acqua, cibo ed energia pulita dal deserto

Il progetto Sahara Forest Project per portare acqua cibo ed energia nel deserto

Acqua, cibo ed energia possono essere prodotti nelle zone più aride del nostro pianeta. Il sogno di rinverdire i deserti è realtà grazie al Sahara Forest Project .

Il Sahara Forest Project è una soluzione ambientale molto innovativa ed estremamente ambiziosa. Pensato e progettato per “utilizzare ciò che abbiamo in abbondanza per produrre ciò di cui abbiamo più bisogno, utilizza deserti, acqua salata, luce solare e CO2 per produrre cibo, acqua ed energia pulita”. Le tecnologie di questo enorme progetto di agricoltura sostenibile sono state sviluppate attraverso un processo graduale di studi, modellizzazione di dati, esperimenti, operazioni pilota, programmi di ricerca e sviluppo, ed ingegneria.

La presentazione del progetto a Copenhagen 2009

I primi studi di fattibilità del Sahara Forest Project vennero presentati ai negoziati sul clima delle Nazioni Unite, la COP 15 a Copenaghen nel 2009. Unendo le forze con il gruppo ambientalista norvegese Bellona Foundation, la squadra del Sahara Forest Project comprende l'architetto esperto di biomimicry Michael Pawlyn, il progettista di serre ad acqua marina Charlie Paton e l'ingegnere Bill Watts per i servizi di costruzione. Il progetto oggi prosegue grazie a finanziamenti e collaborazioni internazionali, specialmente gli accordi tra la Norvegia e la Giordania.

L'ingresso dell'impianto del Sahara Solar Project.

Il progetto Sahara Forest Project

La sua posizione ideale è vicino alla costa, per poter facilmente pompare acqua di mare alla centrale elettrica. Il nucleo del progetto è infatti costituito da un'infrastruttura che porta acqua salata nell'entroterra. Il sistema è proposto per una scala molto significativa di modo da render possibile l'evaporazione di grosse quantità di acqua di mare. Una zona di 10.000 ettari di serre di acqua marina (seawater green houses) farà evaporare oltre un milione di tonnellate di acqua di mare al giorno.

Le serre sono disposte in modo allineato come una lunga "siepe" che funge da frangivento e riparo allo schema di piantagioni all'aperto, e allo stesso tempo massimizza l'area di evaporazione. I costi di pompaggio sono ridotti al minimo o addirittura assenti poiché l'intera struttura è posta a livello o al di sotto del livello del mare.

Una delle serre del Sahara Solar Project.

A intervalli lungo la "siepe" di serre, sono installati una serie di Concentrated Solar Power (in italiano energia solare concentrata). Lungo il bordo sopravento delle serre è posto un collettore parabolico a depressione CSP elevato che fornirebbe ulteriori benefici alle serre di acqua marina agendo come antivento. I frutteti sono piantati nelle vicinanze delle serre che forniscono acqua per la loro irrigazione, e creano un microclima di aria umida. Più sottovento, la piantagione è a colture di specie autoctone, resistenti alla siccità, come la Jatropha, previste sia come fonte energetica di biocarburanti che per migliorare la fertilità del suolo.

I due sistemi tecnologici principali per il funzionamento del Sahara Forest Project sono:

  • Seawater green houses (o serre di acqua marina o serre raffreddate ad acqua salata)
  • Concentrated Solar Power (CSP o energia solare concentrata)

Seawater green houses: le serre raffreddate ad acqua salata

La serra ad acqua marina (Seawater green house) sfrutta il principio del raffreddamento per evaporazione che consente la crescita di colture vegetali in zone aride, riducendo al minimo il fabbisogno idrico delle colture e massimizzando i rendimenti con una minima impronta di carbonio.

Una coltivazione nelle serre del Sahara Solar Project.

Il meccanismo è piuttosto semplice: l'aria che entra nella serra viene prima raffreddata ed umidificata dall'acqua di mare, che viene gocciolata sul primo evaporatore. Ciò fornisce buone condizioni microclimatiche per le colture. L'aria passa poi attraverso il secondo evaporatore che ha acqua di mare che scorre su di esso. Qui l'acqua viene riscaldata dal sole in una rete di tubi neri posti sopra l'area di coltivazione. Quindi l'aria diventa molto più calda ed umida, in modo che l'acqua fresca si condensi fuori dalla corrente d'aria quando è raffreddata.

Questo processo imita il naturale ciclo idrologico in cui l'acqua di mare riscaldata dal sole, evapora e raffredda fino a formare le nuvole, per poi tornare a terra sotto forma di pioggia, nebbia o rugiada.

I risultati ottenuti dalla operazione pilota del Sahara Forest Project in Qatar sono competitive con la principale serra europea. Il consumo di acqua dolce è la metà di quanto ne viene utilizzato ora nelle serre di Medio Oriente e Nord Africa. Forse parte della soluzione alla crisi idrica mondiale potrebbe non essere produrre più acqua, bensì utilizzare meno acqua e coltivare colture migliori.

L'impianto fotovoltaico che alimenta il Sahara Solar Project.

Concentrated Solar Power: l’energia solare concentrata

Molti dei luoghi che ben si adattano alle Seawater Greenhouses sono ideali anche per le Concentrated Solar Power (CSP, o energia solare concentrata), in più ci sono diverse possibili sinergie combinando le due tecnologie.

Il principio delle Concentrated Solar Power prevede l'uso di riflettori per focalizzare l'energia del sole, che a sua volta fa bollire l'acqua utilizzata per azionare una turbina a vapore convenzionale.

L'efficienza di CSP attraverso la conversione del calore in elettricità è in genere compresa tra il 20% e il 30% e la quantità di energia generata dipende dall'intensità e della posizione del sole. Gran parte del Sahara riceve  800W/mq e un'installazione di 150.000 kmq di energia solare concentrata, che quindi occuperebbe circa il 3% del Sahara, potrebbe fornire l'attuale domanda mondiale di energia di tutti i tipi.

Il fotovoltaico a concentrazione per produrre energia pulita nel Sahara Solar Project.

Rivegetazione

Una produzione efficiente di elettricità è assicurata anche dalla vegetazione circostante le serre, che funge da barriera alla polvere, e dall'acqua per la pulizia degli impianti solari.

Lo schema avrebbe anche l'effetto riparatore di ripristino di aree boschive nel deserto e sequestro di quantità significative di carbonio permettendo la crescita di nuove piante e riattivando così i terreni.

Le aree di coltivazione esterne ospitano specie native del deserto che possono essere utilizzate come foraggio e fonti di bioenergia.

Il Sahara Forest Project integra le tre componenti dello sviluppo sostenibile. Un sistema di produzione redditizia di cibo, acqua, sale, elettricità pulita e biomassa, nutrendo i deserti, e realizzando nuovi posti di lavoro. Si sviluppano infatti gruppi interconnessi di attività economiche: l'estrazione del sale, la desalinizzazione tradizionale, la produzione di alghe, la coltivazione di alofiti, la maricoltura e la bioenergia.

In netto contrasto con molte delle forme insostenibili di agricoltura praticata in alcune parti del mondo, questo schema porterebbe a riqualificare vaste aree di terreno impoverito ad uno stato di rinnovata produttività biologica.

Il Sahara Forest Project in cifre

  • Produzione prevista di 130.000 kg di raccolto vegetale all'anno;
  • 10.000 litri di produzione di acqua dolce al giorno;
  • Produzione di energia solare da pannelli fotovoltaici;
  • 3 ettari (pari alla dimensione di 4 campi da calcio);
  • 2 serre: un totale di 1350 mq di area di coltivazione;
  • 3200 mq di spazio esterno per piante;
  • Bacini salati per la produzione di sale.

Aspetti principali ed ulteriori vantaggi del progetto

In confronto alle serre e la desalinizzazione convenzionali, la serra raffreddata ad acqua marina utilizza pochissima energia elettrica, ed il lavoro termodinamico di raffreddamento e distillazione sono eseguiti dall'energia del sole e del vento. Ad esempio, con 1 kW di elettricità l'energia utilizzata per il pompaggio di acqua di mare può rimuovere 800kW di calore attraverso l'evaporazione. La modesta domanda elettrica aumenta la possibilità di guidare l'intero processo usando esclusivamente pannelli solari, senza necessità di batterie, inverter, ecc., poiché la potenza è necessaria solo durante le ore di luce del giorno. L'operazione stand alone consentirà l'autosufficienza di cibo ed acqua, specialmente nelle regioni remote off-grid.

Le due tecnologie (serre raffreddate ad acqua marina e sistemi ad energia solare concentrata) hanno altresì sinergie commercialmente interessanti:

  • I sistemi ad energia solare concentrata CSP necessitano di acqua per la pulizia degli specchi e per la generazione di vapore per guidare il turbine che le serre possono fornire.
  • Gli evaporatori a effetto serra creano trappole anti-polvere molto efficienti (così come le piante in crescita all'esterno) che avvantaggia il CSP dal momento che i retrovisori rimangono più puliti e quindi operano maggiormente in modo efficiente.
  • Nelle centrali solari termiche, viene convertito solo il 25% circa dell'energia solare raccolta di energia elettrica. Se combinato con acqua di mare un altro 50% dell'energia raccolta, normalmente rilasciato come calore, può essere utilizzata per la dissalazione. In questo modo può essere utilizzata fino all'85% dell'energia solare raccolta, e con ogni TWh di energia si possono desalinizzare 40 milioni di mc di acqua in cogenerazione. (Fonte Desertec.org)
  • Gli evaporatori sono dei depuratori d'aria molto efficaci, e in combinazione con l'acqua salata, si ottiene un effetto biocida su qualsiasi contaminante nell'aria, parassiti ecc. Non occorre quindi usare pesticidi all'interno della serra.
  • Evapora molta più acqua di quanto non se ne condensi in acqua dolce. Questa umidità presente nell'aria è "persa" poiché sono mantenuti alti tassi di ventilazione per mantenere le piante fresche e rifornite di CO2, ma forse questa umidità "libera" potrebbe risultare il fattore più significativo, supponendo che ciò che sale, debba scendere, da qualche parte.