Il progetto di lunghi viaggi spaziali, come quello per portare l'uomo su Marte,  si scontra con la necessità di garantire all'equipaggio cibo ed aria fresca durante la permanenza nello spazio.

Le tradizionali lampade di crescita non sono un'opzione praticabile, visto l'elevato consumo di energia ed il calore emesso. Per questo motivo la ricerca di soluzioni alternative è orientata sempre di più verso sistemi che utilizzano pannelli a LED, che presentano notevoli vantaggi come efficienza energetica, spettro di emissione stabile, maggiore sicurezza, bassa emissione di calore, durata più lunga, piccole dimensioni.

Ho trovato del materiale molto interessante  negli archivi della "American Society for Gravitational and Space Biology" ed in particolare in queste 2 pubblicazioni da cui ho tratto la maggior parte delle informazioni di questo articolo:

• "DEVELOPMENT AND TESTING OF AN EFFICIENT LED INTRACANOPY LIGHTING DESIGN FOR MINIMIZING EQUIVALENT SYSTEM MASS IN AN ADVANCED LIFE-SUPPORT SYSTEM." del 2005 (Gioia D Massa, Jeffrey C Emmerich, M E Mick, R J Kennedy, Robert C Morrow, Cary A Mitchell)
• "PLANT-GROWTH LIGHTING FOR SPACE LIFE SUPPORT: A REVIEW" del 2006 (Gioia D Massa, Jeffrey C Emmerich, Robert C Morrow, C Mike Bourget, Cary A Mitchell)

Il programma "Advanced Life Support" (ASL) della NASA tratta anche lo sviluppo di colture per la produzione di cibo, in supporto alla vita umana in ambiente extraterrestre.
Per i motivi precedentemente descritti i LED si sono dimostrati la scelta ideale per l'illuminazione di camere di crescita, se rapportati con gli altri tipi di lampade. In particolare i LED rossi con una lunghezza d'onda di 640 nm si sono rivelati i più efficienti, in quanto la loro luce contribuisce per circa il 96% del processo di fotosintesi clorofilliana. Gli esperimenti hanno dimostrato che diverse specie vegetali possono essere coltivate con successo con la luce dei LED, fra cui gli spinaci, la lattuga, il radicchio, il frumento e le patate. In generale, per una normale crescita, è richiesto anche il 15% di LED blu a 440 nm, che permette di equiparare la resa ottenuta, con colture cresciute con luce bianca.
Alcune ricerche hanno dimostrato la necessità di un'intensa luce blu nella fase iniziale di crescita per ridurre l' allungamento dell'ipocotile.  E' stato provato che anche una percentuale di luce verde può avere effetti benefici sulla crescita.
Lo "Specialized Center of Research and Trainingin Advanced Life Support (ALS NSCORT)" della NASA in collaborazione con "Orbital Technologies Corporation (ORBITEC)" hanno sviluppato un array riconfigurabile di pannelli a LED in grado di ridurre l'energia richiesta per crescere piante con luci elettriche.

Ogni pannello di LED è un quadrato di 6,25 cm² composto da 100 LED cosi suddivisi:

• 64 LED rossi a 640 nm
• 16 LED blu a 440 nm
• 20 LED verdi a 540 nm + 2 fotodiodi

Le ridotte dimensioni del pannello e la vicinanza dei LED permettono di ottenere uno spettro emesso uniforme.
Dato che la corrente del circuito è controllata separatamente per ogni colore, sia il rapporto rossi/blu, che la loro intensità, possono essere modificati continuamente.
20 pannelli di questi pannelli a LED sono montati su un supporto lineare (array) lungo circa 65 cm. In cima ad esso è collocata una scatola elettrica che contiene 2 ventilatori utilizzati per aspirare l'aria dal basso verso l'alto del supporto. Questo metodo di rafreddamento permette alle piante di crescere vicino alla fonte di luce senza bruciarsi.

Immagine tratta dalla pubblicazione "DEVELOPMENT AND TESTING OF AN EFFICIENT LED INTRACANOPY LIGHTING DESIGN FOR MINIMIZING EQUIVALENT SYSTEM MASS IN AN ADVANCED LIFE-SUPPORT SYSTEM."

Come si può dedurre dalle pubblicazioni e dal disegno tecnico sopra riportato le dimensioni dei LED utilizzati sono estremamente piccole: i LED rossi sono disposti su 4 file da 16 LED e, se il lato del circuito stampato su cui sono montati misura 2,54cm di lato, il diametro di ogni singolo LED non supera 1,5 millimetri.

L' array di pannelli LED generalmente è disposto verticalmente nella camera di crescita ed è predisposto in modo che i singoli pannelli possano essere accesi in sequenza iniziando con i pannelli bassi in modo da seguire la crescita verticale della pianta. In questo modo non viene sprecata energia, sopratutto nella fase iniziale di crescita in cui la pianta è di dimensioni ridotte, consentendo di accendere con il giusto livello di potenza solo i pannelli che servono per illuminare le foglie.
I fotodiodi montati su ogni pannello hanno lo scopo di rilevare la prossimità di elementi verdi (la pianta) in modo da poter gestire automaticamente l'accensione dei LED quando delle foglie sono posizionate davanti ad essi.

In alternativa alla configurazione verticale, gli array di pannelli possono essere anche disposti orizzontalmente uno accanto all'altro sopra le piante, formando cosi un unico grande pannello che fa da tetto alla camera di crescita.  Questa disposizione dei pannelli è l'ideale per illuminare la lattuga e il frumento nano. Non è però consigliabile per piante che si sviluppano in verticale come i fagioli, perchè è stato osservato che queste piante tendono a crescere molto nella parte alta dellla camera di crescita, vicino ai pannelli LED, producendo un raccolto minore rispetto all'utilizzo degli stessi array di LED disposti in verticale ed alimentati con lo stesso quantitativo di energia.

Spero che tutte queste informazioni possano allontanare ogni dubbio sulla reale efficacia delle lampade di crescita a LED ed essere di aiuto a chi, come me, ha intenzione costruirle e di sperimentarle in coltivazioni indoor.

Vengono realizzati dei palloni costituiti nella metà superiore da una pellicola trasparente mentre in quella inferiore da una riflettente.  Una volta gonfiati, i palloni formano una parabola che focalizza i raggi solari su una cella fotovoltaica ad alta efficienza;  l'energia cosi raccolta consente alla cella PV di produrre 400 volte più energia che se fosse esposta al sole diretto senza concentratore.

La pellicola trasparente  protegge la cella PV e la superficie riflettente da agenti atmosferici quali pioggia, vento, sporco, insetti e la struttura può resistere a venti molto forti.

Una serie di concentratori viene sospesa e controllata attraverso una struttura di cavi tesi che permettono di ridurre l'impatto ambientale, lasciando libera la superficie del terreno per altri usi come agricoltura o allevamento.

L'aspetto più interessante è che i palloni sono realizzati utilizzando materiali comuni ed economici: è stimata una spesa di 2 centesimi di euro per watt (mentre per i tradizionali impianti solari va dai 5 agli 8 euro per watt).

Ecco le caratteristiche di un pallone dal diametro di 2 metri:

• 400 volte più economico dei tradizionali concentratori in alluminio
• 500 watt di elettricità prodotta
• sostituzione in 15 minuti
• riparazione con nastro adesivo

Per approfondire l'argomento consiglio questo ineressante articolo di Mongabay

Come funzionano ?
Ogni pigmento delle piante assorbe alcuni colori di luce meglio di altri.  La clorofilla assorbe molto bene la luce rossa e quella blu, ma non quella verde; dato che la pianta utilizza la clorofilla per la fotosintesi, questo processo risulta più efficiente con luce rossa e blu che con l'equivalente di luce verde.

Spetro di assorbimento della luce e fotosintesi clorofiliana

Le classiche lampade di crescita (HID, incandescenza, fluorescenza), utilizzate per coltivazioni indoor, producono una luce con lunghezza d'onda da 380 nm (lampade UV) a circa 880 nm (lampade a infrarossi).
Le piante utilizzano lunghezze d'onda da 400 nm (luce blu) a 700 nm (luce rossa) dunque tutte le normali lampade di  crescita emettono una buona parte di luce che le piante non sfruttano efficacemente.

Vi sono inoltre altri svantaggi nell'uso di lampade normali:

• il calore emesso che impedisce di collocare la fonte di luce troppo vicino alle piante
• l'elevato consumo energetico
• la durata della fonte di luce ( i neon andrebbero sostituiti ogni anno perchè perdono la loro luminosità)

Da pochi anni si stanno sperimentando coltivazioni indoor con lampade a LED (Light Emitting Diode) ,  li ha utilizzati anche la NASA per illuminare colture idroponiche nello spazio!

Non presentano tutti gli svantaggi delle tradizionali lampade, ma molti benefici:

Led ad alta luminosità e basetta preforata

• consumi bassissimi di energia ( si può risparmiare fino al 90% rispetto ad una normale lampada a incandescenza o fluorescenza)
• durata elevata (dagli 8 ai 15 anni di vita)
• poco calore emesso ( si evitano così problemi di surriscaldamento, consentendo di posizionare le luci vicino alle piante)
• basse tensioni di alimentazione, come 12 Volt
• copertura uniforme delle superfici illuminate, grazie all'angolo di proiezione della luce
• possibilità di sperimentare differenti combinazioni di colori (proporzione variabile fra luci rosse e blu)

Il pannello di LED autocostruito in funzione

In vendita si possono trovare pannelli di LED costruiti a questo scopo, relativamente economici (un pannello da 900 LED misti circa 120 euro). Basta una semplice ricerca in internet (cercando "LED grow lamp").

Per il mio piccolo terrario ho deciso di costruire due piccoli pannelli a LED, in modo da poter sperimentare questa innovativa tecnologia di illuminazione sulle mie piante carnivore.

Ecco cosa ho utilizzato per la realizzazione di un pannello luminoso di 48 LED alimentato a 12 Volt :

• una basetta preforata per circuiti
• 12 LED blu ad alta luminosità (3.3V) con lunghezza d'onda di 465nm (nanometer)
• 36 LED rossi ad alta luminosità (2 V) con lunghezza d'onda di 650nm (nanometer)
• 4 resistenze da 120 ohms
• 6 resistenze da 1 ohms
• un alimentatore 12 V DC
• un timer meccanico per gestire accensione e spegnimento delle luci
• saldatore, filo e stagno

Per calcolare il circuito e le resistenze ho utilizzato un comodo tool online con il quale si possono progettare altre varianti. Ecco il mio circuito che in totale dissipa circa 2,5 W:

Circuito elettrico del pannello LED

Qui sotto potete vedere l' impianto di illuminazione completo in funzione!

Impianto di illuminazione completo

Come supporto per i pannelli luminosi ho riciclato un lampadario Ikea, che ha il vantaggio di essere dotato di due porta lampade orientabili in ogni direzione e movibili sulle guide di supporto, le quali servono anche per portare l' alimentazione. La sicurezza dell'impianto è garantita dalla bassa tensione utilizzata, 12 Volt, che otteniamo dal trasformatore  la cui accensione è regolata dal semplice ed economico timer meccanico.

Dopo poco più di una settimana dalla realizzazione del terrario e dalla messa in funzione dell'illuminazione le piante carnivore sembrano gradire molto le luci.
A presto nuovi aggiornamenti !

Oltre al notevole vantaggio di potersela costruire da soli in breve tempo con un pò di supporto tecnico, i benefici sono molti:  le balle di paglia sono un materiale molto economico, altamente isolante sia dai rumori (isolamento acustico) sia dal freddo e dal caldo (isolamento termico), resistente alle vibrazioni sismiche, ecocompatibile, ecosostenibile e “traspirante”. Essendo la balla di paglia composta da spighe di grano dai culmi delle piante di frumento compresse e impacchettate dalla mietitrebbiatrice macchina imballatrice, al suo interno l’ossigeno presente è pochissimo, questo unito alla finitura superficiale garantisce una elevata resistenza al fuoco che non riesce a bruciare in assenza di ossigeno.

Casa di paglia - Francia 1992

La Casa a Spirale (Spiral House) è stata costruita dal 2000 al 2001 in Irlanda.

Se volete approfondire l'argomento la persona giusta dalla quale incominciare è Barbara Jones:  è la maggiore esperta di costruzioni in balle di paglia del Regno Unito.  A lei si deve l’adattamento della tecnica, già ampliamente utilizzata in Nord America, alle condizioni climatiche europee.  Molto successo ha riscosso il suo libro "Costruire con le Case di Paglia"

Azienda Agricola la Boa

Un' importante esperienza italiana è quella di Stefano Soldati, titolare dell' Azienda Agricola La Boa (vedi foto), che dispensa molti utili consigli per i neofiti che si vogliono avventurare nell'impresa di costruire una casa di paglia.

Ecco altri link utili per approfondire le conoscenze in materia di costruzioni con questo materiale ecologico:
Autocostruzione, la casa me la faccio da solo. In paglia
Una Casa di paglia - Terra Nuova
The strawbale building