DiAGreen - Digital twin of Agricultural Greenhouses: a multi-domain tool for energy efficiency, decarbonization, enhanced production and cost reduction of intensive greenhouse cropping systems

Finanziato dall'Unione Europea - NextGenerationEU a valere sul Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) – Missione 4 Istruzione e ricerca – Componente 2 Dalla ricerca all’impresa - Investimento 1.1, Avviso Prin 2022 indetto con DD N. 104 del 2/2/2022, dal titolo "Digital twin of Agricultural Greenhouses: a multi-domain tool for energy efficiency, decarbonization, enhanced production and cost reduction of intensive greenhouse cropping systems-DiAGreen", codice proposta 2022FPHNXZ - CUP J53D23002100006.

La produzione in serra fornisce gran parte dei prodotti agricoli nei Paesi industrializzati, ma rappresenta anche una delle attività più energivore del settore agricolo. Nel bacino del Mediterraneo, il consumo energetico per il riscaldamento può raggiungere 440 kWh m⁻² anno⁻¹. La maggior parte dell’energia utilizzata per il controllo climatico e la fertilizzazione carbonica delle serre proviene da fonti fossili. Con il recente aumento dei costi delle fonti fossili, dovuto alle tensioni geopolitiche, l’impatto sul prezzo finale dei prodotti è diventato sempre più rilevante. In linea con gli obiettivi di decarbonizzazione (Missione 2 – Transizione verde del PNRR), è quindi necessario innovare in modo radicale il modo in cui le serre consumano energia. Sebbene in passato siano state studiate diverse strategie di riduzione dei consumi (isolamento termico, ombreggiamento, controllo HVAC, energie rinnovabili), è ancora necessario integrarle in un sistema capace di rispondere dinamicamente a fattori variabili come clima esterno, esigenze produttive e costi energetici. In questo contesto, il progetto DiAGreen si propone di creare e testare dei digital twin, ovvero rappresentazioni virtuali in tempo reale delle serre agricole, che fungano da controparte digitale delle serre fisiche. Questi modelli integrano simulazioni multi-scala e multi-dominio, dati storici provenienti da sensori, algoritmi di ottimizzazione e previsioni future, con l’obiettivo di ridurre i consumi energetici e l’impatto carbonico delle serre, adattando le strategie migliori alle condizioni correnti e future. Il progetto sarà sviluppato su due siti sperimentali: nel primo si testeranno il controllo climatico e il cambio di fonte energetica; nel secondo si valuterà l’effetto della fertilizzazione con CO₂, integrandola nel digital twin per misurare sia l’accelerazione della crescita delle colture sia la qualità del prodotto, analizzata tramite HPLC.

Risultati attesi

Il progetto porterà allo sviluppo di una nuova generazione di serre intelligenti, in linea con il concetto di Greenhouse 4.0, grazie all’applicazione dei digital twin.

I risultati attesi includono una significativa riduzione dei consumi energetici e delle emissioni di carbonio, un miglioramento della produttività e della qualità delle colture, e una maggiore capacità di adattamento delle serre alle sfide future legate alla disponibilità e al costo dei combustibili fossili, ai cambiamenti climatici e alla crescente domanda alimentare.

Dettagli del progetto

• Programma di finanziamento: PRIN 2022
• D.D. del MUR : 104 del 02/02/2022
• Codice progetto MUR: 2022FPHNXZ_003
• CUP: J53D23002100006
• Contributo al DISTAL: € 47.000,00
• Durata: 28/9/2023 - 28/02/2026
• Coordinatore: Politecnico di Torino
• Responsabile Scientifico: Stefano Benni