Hort3Space: coltivare in ambiente estremo. Dallo spazio fino agli orti domestici

Coltivare cibo fresco nello spazio. È questo l’obiettivo del progetto Hort3Space realizzato dall’ENEA in collaborazione con l’Università Sapienza di Roma.

Si tratta di un orto “spaziale” che gli astronauti useranno durante le missioni sulla Luna e verso Marte per produrre verdure fresche. È un sistema innovativo completamente automatizzato per la coltivazione idroponica di diverse specie di micro verdure, dotato di specifiche luci al LED full-spectrum e di un braccio robotico integrato.

Prima di andare in orbita, questo orto così speciale necessita di una serie di test che possano simulare l’ambiente estremo e che riproducano il contesto di un modulo spaziale.  Per questo motivo, Hort3Space parteciperà nel 2024 a una missione simulata nella provincia armena di Ararat, che per caratteristiche geomorfologiche richiama la superficie marziana. AMADEE-24, questo il nome della missione, è coordinata dall’Austrian Space Forum, con il supporto delle istituzioni armene, e analizzerà diverse tecnologie innovative per la vita degli astronauti, tra cui il funzionamento delle “serre spaziali”.

Il progetto di ricerca Hort3Space

 Dopo aver partecipato alla missione AMADEE-18, che si è svolta in Oman nel 2018, oggi l’ENEA punta su Hort3Space per studiare le migliori varietà di piante idonee ad essere coltivate in condizioni ambientali estreme, al di fuori dell’atmosfera terrestre.

“Le attività di ricerca – ci spiega Luca Nardi, ricercatore del Laboratorio Biotecnologie dell’ENEA – sono concentrate sulle micro verdure, le plantuline nate da circa 15 giorni che sono particolarmente ricche di nutrienti e direttamente commestibili. La finalità è dunque quella di ottenere una pianta resistente alle radiazioni e allo stesso tempo utile come fonte di molecole antiossidanti per integrare la dieta degli astronauti impegnati in missioni di lunga durata. Le micro verdure sono altamente indicate perché la concentrazione di fitonutrienti è di circa 40 volte più elevata rispetto alle piante adulte. Inoltre, il ciclo di vita breve permette di avere cibo fresco costantemente disponibile praticamente fin dall’inizio della missione. La serra è in grado di produrre circa 1 kg di micro verdure per metro quadro. Considerando che il fabbisogno giornaliero medio di una persona è circa 40 gr al giorno (più o meno una busta di insalata di quarta gamma), con questo orto si potrebbe sfamare un equipaggio di 4/6 astronauti”.

L’orto hi-tech

 Il sistema scelto per produrre le piantine nello spazio è la coltivazione idroponica fuori suolo. “In questa simulazione – continua Nardi – usiamo un substrato di fibre naturali riciclate, tipo iuta e kenaf. Certamente nello spazio questi materiali non saranno utilizzati, ma si potranno recuperare, ad esempio, gli scarti di cellulosa provenienti dalle attività umane nello spazio. Questo sistema ci permette sia di recuperare le fibre sia di riutilizzarle anche in fasi successive. Stiamo studiando anche altri sistemi come la stampa 3D e l’uso di bioplastiche.

I semi vengono piantati su vassoi di un metro quadrato in modo che le piante possano ricevere luce e nutrimento a intervalli regolari modulati da sensori che lavorano in tempo reale.

Grazie a questi sistemi tecnologici integrati e a microcamere puntate sulle piante per tutto il periodo, sia gli astronauti che i ricercatori possono monitorare quotidianamente consumi energetici e parametri di fisiologia vegetale dell’orto marziano, con l’obiettivo di dimostrare la produttività dell’ecosistema nelle condizioni estreme previste nella missione. Un braccio robotico e l’elevata automazione permettono, inoltre, di ridurre il lavoro degli astronauti analoghi (ossia quelli che simulano le missioni spaziali sulla Terra) e il consumo delle risorse. Acqua, luce e nutrimenti sono distribuiti in maniera controllata affinché siano ridotti al massimo gli sprechi e gli scarti, massimizzando la resa del prodotto fresco vegetale”.

Grazie a un sistema di coltivazione tecnologicamente avanzato come quello di Hort3Space si riesce a ottenere un riciclo dell’acqua (sistema idroponico) completo, grazie anche al recupero dell’acqua di condensa.

I moduli di un metro quadrato possono essere impilati per creare un orto verticale composto da diversi piani, così da aumentare la superficie di coltivazione.

“Ravanelli, senape, amaranto e cavolo cappuccio – specifica Nardi – sono le prime piante che abbiamo testato, perché sono molto ricche di antocianine e antiossidanti naturali. I ravanelli, infatti, crescono in dieci giorni, la senape e il cavolo cappuccio ci mettono poco di più. Stiamo lavorando anche su pomodori, zafferano e basilico. È importante selezionare specie a rapido accrescimento che garantiscano il maggior apporto nutritivo possibile”.

Dalle serre spaziali agli orti domestici, le applicazioni sulla Terra

Un sistema di coltivazione avanzato e automatizzato garantisce l’approvvigionamento di cibo fresco e nutriente agli astronauti impegnati in future missioni spaziali a lungo termine. Questo tipo di “agricoltura sostenibile a impatto zero” può trovare applicazioni molto promettenti anche sulla Terra.

“La nostra ricerca – ci spiega Nardi – potrà essere utilizzata anche in contesti in cui le condizioni di approvvigionamento dell’acqua siano critiche (deserti, basi artiche o antartiche, campi militari, zone inquinate) oppure in aree urbane in cui l’uso del suolo debba essere limitato. Ci immaginiamo le nostre serre modulari all’interno di una scuola, di un ospedale, ma anche nelle singole abitazioni. La prospettiva di coltivare in moduli trasportabili, fuori suolo e a ‘chilometro zero’, apre scenari di produzione di alimenti freschi praticamente ovunque”.

Un aspetto fondamentale su cui i ricercatori dell’ENEA stanno lavorando è lo sviluppo di tecnologie a basso costo che consentano a questi sistemi trasportabili di essere facilmente impiegati nei contesti descritti. L’obiettivo è infatti mettere a punto un sistema modulabile ed economico potenzialmente in grado di coprire i fabbisogni quotidiani di un nucleo familiare o di un gruppo di persone.

“In futuro – conclude Nardi – sarà molto importante avere sistemi alternativi come questo per soddisfare i bisogni alimentari di una famiglia. La tendenza sarà di utilizzare l’agricoltura intensiva solo per reali necessità. Avere un alimento altamente nutritivo e fresco direttamente dove viene consumato è decisamente il sistema più sostenibile e green che si possa pensare”.

A questo link è possibile prendere visione del video esplicativo su Hort3Space pubblicato sul canale YouTube di ENEA.