Per i piccoli agricoltori che vivono in regioni calde e aride riuscire a portare i raccolti freschi al mercato e venderli al miglior prezzo è un difficile esercizio di equilibrio. Se i raccolti non vengono venduti presto, con il caldo appassiscono o maturano troppo rapidamente e vengono svenduti. Per questo molti agricoltori vendono i loro prodotti al mattino ma in quell’arco della giornata c’è sempre un eccesso di offerta che riduce ulteriormente il valore dei prodotti venduti.
La sfida è riuscire a mantenere i prodotti freschi più a lungo per portarli nei mercati pomeridiani e venderli a prezzi migliori, ma servirebbero celle frigorifere, un miraggio per molte comunità che non hanno accesso alle risorse energetiche necessarie.
Per superare questo ostacolo un team multidisciplinare di ricerca del MIT finanziato da una sovvenzione del 2019 dal Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS) sta progettando celle frigorifere off-grid a prezzi accessibili per colture deperibili. Tre i ricercatori principali del MIT impegnati in questo progetto: Leon Glicksman, professore di tecnologia edile e ingegneria meccanica presso il Dipartimento di Architettura; Daniel Frey, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e direttore della facoltà di ricerca al MIT D-Lab; ed Eric Verploegen, un ingegnere ricercatore al MIT D-Lab.
Fondamentale per lo sviluppo del progetto è stata la collaborazione con i ricercatori dell’Università di Nairobi (UON) in Kenya e in particolare della professoressa Jane Ambuko, uno dei principali orticoltori dell’UON nel Dipartimento di Scienza delle piante e protezione delle colture, che ha coinvolto gli agricoltori locali per condividere esperienze ed esigenze e per testare direttamente i prototipi.
Questi ricercatori stanno lavorando per sviluppare un impianto di stoccaggio economico che utilizzi le proprietà di raffreddamento evaporativo dell’acqua e che dunque sia in grado di mantenere i raccolti più freschi e più a lungo.
Il raffreddamento evaporativo si basa sulla dinamica energetica del cambiamento di fase dell’acqua dallo stato liquido allo stato gassoso. In poche parole, quando l’aria si muove su una superficie satura come un contenitore pieno d’acqua, le molecole d’acqua assorbono una grande quantità di calore mentre passano dallo stato liquido allo stato gassoso, raffreddando l’aria circostante. Il raffreddamento evaporativo non è un concetto nuovo. Da migliaia di anni, è usato per raffreddare gli edifici e mantenere freschi i raccolti e oggi in molte regioni aride, le persone utilizzano un sistema a doppio vaso di terracotta per prolungare la freschezza di frutta e verdura. Quando l’acqua evapora attraverso le pareti del vaso, abbassa la temperatura della camera interna. Sono sistemi efficaci per l’uso domestico individuale ma sono limitati dalla loro capacità di stoccaggio. Le dimensioni rimangono ancora un problema insormontabile. Qui l’esigenza è riuscire a immagazzinare in modo efficace diverse tonnellate di prodotti e trovare una soluzione in grado di rispondere alle esigenze dei piccoli agricoltori: facilità di costruzione, qualità delle prestazioni, economicità.
I ricercatori, dopo aver esplorato diversi tipi di materiali per la realizzazione della struttura, hanno optato per i container di spedizione, ideali in termini di dimensioni, che offrono anche l’opportunità di riciclare materiali esistenti e usati. “Controllo sempre dove sono disponibili i container usati e ne verifico i prezzi, nei diversi Paesi, per valutarne le implicazioni sul nostro modello di costo”, ha dichiarato Verploegen.
Il team ha dunque adattato un container di spedizione con una parete isolante a doppio strato; una ventola a energia solare, per forzare l’aria attraverso una matrice centrale di cuscinetti bagnati; casse di stoccaggio interne disposte per massimizzare le velocità di raffreddamento e di utilizzo.
Tutto il lavoro si basa su modelli analitici che valutano l’effetto che i diversi materiali, le disposizioni delle casse di stoccaggio dei prodotti e i materiali isolanti esterni hanno sull’efficienza e sulla funzionalità della camera di raffreddamento. Questi modelli aiutano a massimizzare le capacità di raffreddamento riducendo al minimo il consumo di acqua ed energia.
Proprio in base a questi modelli è stato deciso di non utilizzare il carbone, comunemente usato come materiale della membrana di raffreddamento, per gli effetti negativi ambientali della CO2, e invece si è optato per fibre di pioppo vegetale e di cellulosa, che sono una soluzione economica e sostenibile dal punto di vista ambientale. È stato scelto anche un sistema di controllo elettronico a energia solare, che consente agli agricoltori di automatizzare il ventilatore e le pompe dell’acqua della camera, aumentando l’efficienza e riducendo al minimo i requisiti di manutenzione.
Complessivamente, i modelli indicano che un container standard lungo poco più di 12 metri attrezzato come refrigeratore evaporativo sarà in grado di immagazzinare tra i 6.500 e gli 8.000 chilogrammi di prodotti. Il costo di costruzione della camera sarà probabilmente compreso tra $ 7.000 e $ 8.000, il 50 per cento in meno rispetto alle opzioni refrigerate meccanicamente di dimensioni simili.
L’attuale design è stato realizzato per gli agricoltori kenioti vicino a Nairobi ma queste soluzioni potrebbero essere utilizzate in moltissimi altri territori, come in regioni dell’Africa occidentale e dell’India occidentale, per i cui agricoltori il ricercatore Verploegen sta sviluppando altri progetti.
La foto è di Eric Verploegen.