Los invernaderos comerciales en Europa están probando nuevas tecnologías de eficiencia energética y hídrica en apoyo de la transición verde.
por Bárbara Pinho, Horizon: la revista de investigación e innovación de la UE
En la provincia de Almería, en el sureste de España, los agricultores cultivan entre 2,5 y 3,5 millones de toneladas métricas de frutas y verduras cada año en lo que se conoce como el mar de invernaderos de Almería . En esta región, los invernaderos se extienden hasta donde alcanza la vista, cubriendo una superficie de más de 40.000 hectáreas (400 kilómetros cuadrados).
En parte, gracias a esta producción, los consumidores de todo el continente pueden disfrutar de alimentos como pepinos, tomates y melones durante todo el año. Pero hay un problema: estos invernaderos no siempre son muy sostenibles en términos de consumo de energía o agua.
Serena Danesi es investigadora asociada en el Instituto de Sistemas Energéticos e Ingeniería de Fluidos (IEFE) de Zúrich (Suiza). Está especializada en ingeniería térmica y recuperación de calor y, durante los últimos cuatro años, ha liderado el proyecto TheGreefa , que recibió financiación de la UE para desarrollar un nuevo sistema más eficiente energéticamente y respetuoso con el medio ambiente para controlar tanto la temperatura como la humedad en invernaderos.
Si Europa quiere cumplir sus objetivos climáticos y establecer el estándar para la producción sostenible de alimentos (un objetivo establecido en la estrategia «de la granja a la mesa» de la UE , adoptada en 2020), entonces mejorar la sostenibilidad de la agricultura de invernadero será una preocupación clave.
«Si queremos comer pepinos, tomates y sandías durante todo el año, debemos ser conscientes de que su cultivo consume mucha energía y agua», afirma Danesi.
Control climatico
Los cambios en las condiciones climáticas y la necesidad de tener un mayor control sobre el entorno de crecimiento de los cultivos han llevado a una rápida expansión del cultivo comercial en invernaderos en toda Europa.
Se estimó, en 2018, que Europa tenía unas 210.000 hectáreas (2.100 kilómetros cuadrados) de invernaderos, con concentraciones particularmente altas en España (70.000 ha), Italia (42.800 ha), Francia, los Países Bajos y en Europa Central y Oriental.
Sin embargo, las necesidades energéticas de los invernaderos difieren según su ubicación. TheGreefa reúne a investigadores de Italia, Francia, Alemania, España, Suiza, Polonia y Túnez para investigar cómo funciona el sistema propuesto en diferentes zonas climáticas.
«En Europa Central, los invernaderos necesitan calefacción porque allí hace frío. En cambio, en España, necesitan refrigeración en verano», explica Danesi. «Por tanto, los problemas son diferentes en cada zona de Europa».
Además de la temperatura, el control de la humedad también es un problema. A medida que el agua se evapora de las plantas en un proceso conocido como «transpiración», los niveles de humedad aumentan y pueden llegar a ser peligrosamente altos. La humedad alta puede causar enfermedades fúngicas, que pueden propagarse fácilmente y destruir un cultivo. Además, si la humedad es demasiado alta, la planta no podrá transpirar con normalidad y morirá.
Calor por humedad
La ingeniosa solución propuesta por los investigadores de TheGreefa permite a los propietarios de invernaderos aprovechar la humedad liberada naturalmente por las plantas para generar calor. También permite recuperar agua pura del exceso de humedad, ahorrando así agua y energía.
Una solución salina absorbe cualquier aumento de humedad en el invernadero, liberando calor en el proceso a través de una reacción termoquímica.
«Podemos deshumidificar el aire y crear calor al mismo tiempo», dijo Danesi.
Un beneficio adicional es que este proceso de absorción elimina la necesidad de ventilación, reduciendo drásticamente la cantidad de calor que se pierde cuando es necesario abrir las ventanas para eliminar el exceso de humedad.
Una vez que la solución salina ha absorbido la mayor cantidad de agua posible, se puede regenerar utilizando el calor de bajo nivel producido por el excedente de energía solar . Esto separa la sal y el agua, dejando la solución salina lista para ser almacenada y reutilizada cuando sea necesario.
El efecto deshidratante creado por la solución de sal también se puede utilizar para secar productos frescos como hierbas y frutas para prolongar su vida útil. Como funciona a bajas temperaturas, las cualidades como el olor y el sabor se mantienen intactas.
La tecnología se ha probado en invernaderos de Suiza y Túnez. En Suiza, el foco está puesto en la calefacción y el almacenamiento estacional, mientras que en los países del sur, en la eficiencia energética y la recuperación de agua.
«Ahora estamos evaluando los resultados y hemos visto algunos ahorros de energía», dijo Danesi. «En el invernadero suizo, nuestro sistema redujo las necesidades de energía térmica en un 50%».
Aunque esta tecnología es prometedora, su aplicación generalizada en invernaderos comerciales aún está lejos de ser una realidad. Por el momento, se seguirán realizando pruebas piloto en entornos de menor escala antes de pasar a una escala mayor.
La agricultura se vuelve solar
Otra forma en que los invernaderos podrían volverse más sostenibles sería aprovechar el hecho de que estas estructuras ocupan grandes áreas bañadas por la luz solar, lo que coloca a los invernaderos en una posición única para utilizar la luz solar para generar electricidad limpia.
Sin embargo, uno de los retos es que los paneles solares tienden a ser opacos, por lo que no se pueden colocar sobre los cultivos, ya que de lo contrario estos no crecerían. Este fue el reto que el ingeniero eléctrico Nick Kanopoulos decidió afrontar en un proyecto de tres años financiado por la UE llamado PanePowerSW que finalizó en 2021.
Kanopoulos es el director ejecutivo de la empresa emergente Brite Solar con sede en Salónica, Grecia, que se especializa en tecnología solar de próxima generación.
«Queríamos construir un panel solar apto para la agricultura para que, en un mismo terreno, podamos producir tanto cultivos como energía sin que uno impida al otro», explicó.
Kanopoulos y su equipo desarrollaron un panel solar recubierto de nanomateriales que absorben partículas de luz en el rango ultravioleta de la luz solar, que no son útiles ni para los paneles fotovoltaicos ni para el cultivo de plantas, y las retransmiten en los rangos rojo y azul del espectro visible, que son útiles para ambos.
De esta manera, la luz visible puede pasar a través de los paneles, potenciando al mismo tiempo la producción de electricidad y la fotosíntesis, lo que hace que la tecnología sea ideal para su uso en invernaderos.
Beneficios de la energía limpia
El equipo probó los paneles en invernaderos de Grecia, España, Estados Unidos y Singapur, y en cultivos a campo abierto en Alemania, Francia, Países Bajos y Rumanía. Las pruebas se realizaron en diferentes cultivos, incluidos tomates, arándanos, flores ornamentales y perales. Los resultados mostraron que los agricultores pueden reducir significativamente su huella de dióxido de carbono generando energía limpia mientras cultivan.
Además de permitir a los agricultores producir su propia energía , la innovadora estructura del invernadero ofrece otras ventajas: recoge el agua de lluvia para utilizarla en los cultivos y proporciona protección contra las inclemencias del tiempo. También reduce la evaporación del agua, lo que se traduce en una reducción significativa (entre un 20% y un 40%) del agua necesaria para el riego.
El equipo de Kanopoulos está ampliando y construyendo una fábrica en Grecia para automatizar y acelerar la producción de vidrio solar. Kanopoulos afirmó que con esta fábrica, la empresa podrá combinar la aplicación de nanorrecubrimientos con el ensamblaje de paneles solares, todo en una sola línea de producción.
Esto les ayudará a llegar a más clientes, tanto pequeños como grandes agricultores, en un esfuerzo por hacer que el sector agrícola sea más sostenible.
«Creemos que el uso amplio de esta tecnología descarbonizará la agricultura en gran medida y contribuirá a la producción sostenible de alimentos «, afirmó Kanopoulos.
