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Convegno di Medio Termine dell’Associazione Italiana di Ingegneria AgrariaBelgirate, 22-24 settembre 2011

LO STATO E LE PROSPETTIVE DELLA RICERCA NEL SETTORE AGR/09

R. Cavalli, D. Monarca

Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-ForestaliViale dell'Università 16, 35020 Legnaro PD, Italy

+39 049 827 2724 fax +39 049 827 2774 - [email protected] di Scienze e tecnologie per l’agricoltura, le foreste, la natura e l’energia

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1INTRODUZIONE

Il settore scientifico disciplinare AGR/09 è sempre stato uno dei settori portanti all’interno delle Facoltà di Agraria, per il suo contributo nel campo della ricerca e nella formazione professionale dei laureati dei corsi in Scienze Agrarie e in Scienze Forestali. Il suo rapporto con gli altri S.S.D. è sempre stato molto stretto, in particolare con i settori più affini, quelli dell’Idraulica e delle Costruzioni, in quella logica di interdisciplinarietà sempre più indispensabile per chi si occupa di sistemi agrari e forestali.

Le competenze dei docenti di Meccanica Agraria erano ben descritte nella declaratoria MIUR (D.M. 4 ottobre 2000) che così recitava: “il settore raggruppa i temi di ricerca inerenti alle macchine e agli impianti per il comparto agricolo e forestale, per il verde e per l'agroindustria, con particolare riguardo ai loro aspetti progettuali, costruttivi, operativi, funzionali, gestionali e ambientali, antinfortunistici ed ergonomici, all'automazione e controllo dei processi e all'utilizzazione di fonti energetiche convenzionali e non convenzionali. Le competenze formative riguardano la meccanica e meccanizzazione agricola e forestale, la modellistica, le macchine e gli impianti per l'agricoltura, per il verde e per le industrie agro-alimentari e del legno, per l'utilizzazione delle biomasse e per il recupero dei reflui agricoli e agro-industriali, l’energetica nei sistemi agro-forestali e agro-industriali, l’automazione, il controllo, la sicurezza ed ergonomia delle macchine e degli impianti per i comparti agricolo, forestale e agro-industriale.”

Se le competenze del settore erano ben specificate nella declaratoria, negli ultimi anni vi è stato un certo dibattito sul nome del nostro S.S.D. La dicitura Meccanica Agraria se da un lato richiamava una storica, lunga ed illustre identità culturale, dall’altro sembrava diventata in un certo modo insufficiente a contenere e soprattutto a comunicare all’esterno le tante competenze e specificità della ricerca. Molti filoni di grande attualità e in cui erano coinvolti sempre più gruppi di ricerca, come quelli energetico, impiantistico o della sicurezza del lavoro, si ritrovavano un po’ stretti nella definizione storica di Meccanica Agraria.

Il dibattito si è interrotto con l’introduzione della legge Gelmini (L. 240/210), che ha chiamato i precedenti S.S.D. all’accorpamento in macrosettori concorsuali, rivedendo

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ed aggiornando al contempo le proprie declaratorie. Questa rideterminazione si è da poco conclusa con la pubblicazione del D.M. 336 del 29 luglio 2011 (Determinazione dei settori concorsuali, raggruppati in macrosettori concorsuali, di cui all’articolo 15. Legge 30 dicembre 2010, n. 240). I tre S.S.D. dell’ingegneria agraria sono riuniti in un unico macrosettore concorsuale 07/C – INGEGNERIA AGRARIA, FORESTALE E DEI BIOSISTEMI. Le tre declaratorie si sono aggiornate e fuse, pur mantenendo ciascun settore la propria identità culturale e scientifica, in una logica di sinergia e di ricerca delle affinità scientifiche tra le tre anime dell’ingegneria agraria:

“Il settore si interessa dell’attività scientifica e didattico-formativa nel campo ingegneristico peculiare ai sistemi agrari, forestali e biologici (con esclusione delle applicazioni biomediche) di:

Idraulica: idraulica agraria, idrologia agraria e forestale, idrologia del suolo, erosione del suolo, compresi gli aspetti relativi al dissesto idrogeologico, irrigazione, drenaggio e bonifica, gestione integrata delle risorse idriche, sistemazioni idraulico-forestali; modelli matematici e tecniche di monitoraggio dei processi idrologici nei sistemi agroforestali, interventi di difesa del suolo, tecniche di ingegneria naturalistica e di riqualificazione ambientale dei corsi d’acqua, progettazione e gestione delle opere idrauliche e degli impianti idrici per l’agricoltura e l’industria agro-alimentare; tutela del suolo e delle acque dall’inquinamento di origine agricola, tecniche di depurazione e riuso a scopo irriguo delle acque reflue, uso in agricoltura di acque salmastre;

Meccanica: meccanica agraria e meccanizzazione agricola e forestale, macchine e impianti per i processi dei biosistemi agricoli, zootecnici, forestali, delle aree a verde, delle industrie agro-alimentari e del legno, con riguardo agli aspetti progettuali, costruttivi, operativi, funzionali, gestionali, ambientali, di sicurezza e benessere degli operatori, incluse le tecnologie informatiche, la sensoristica, l’automazione, la robotizzazione, la gestione di precisione e la modellazione dei processi; logistica delle filiere agricole, agro-alimentari e forestali; lavorazioni e proprietà fisico-meccaniche del terreno agrario; macchine e impianti per il trattamento ed il recupero dei reflui e dei sottoprodotti agro-industriali e forestali e per la produzione, conversione, utilizzazione e risparmio dell’energia per i sistemi produttivi agro-industriali e forestali, comprese le fonti energetiche non convenzionali;

Costruzioni e territorio: costruzioni per l’agricoltura, la zootecnia, le colture protette, l’abitazione rurale, le attività forestali e faunistiche, la conservazione e lavorazione dei prodotti agro-zootecnici, alimentari e forestali, l’acquacoltura, la gestione dei reflui agro-zootecnici e agroindustriali; aspetti progettuali, funzionali, tecnico-costruttivi, impiantistici, energetici, ambientali, della sicurezza, dei biomateriali, relativi alle costruzioni rurali; analisi e modellazione dei sistemi biologici in rapporto alle costruzioni rurali; classificazione, recupero e valorizzazione del patrimonio edilizio rurale; rilevamento, rappresentazione, analisi, modellazione e pianificazione del territorio rurale; valutazione di piani e interventi sul territorio e sull’ambiente; pianificazione, progettazione e recupero delle infrastrutture rurali e del paesaggio rurale, ivi comprese le aree a verde.”

Al settore, analogamente a quanto avviene nelle altre Facoltà straniere, viene finalmente riconosciuta anche nel titolo l’appartenenza alla famiglia dell’ingegneria ed anche il termine “biosistemi” può rappresentare per il futuro un possibile aggancio a nuove linee di ricerca.

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Lo stato e le prospettive della ricerca nel settore AGR/09

1.1 La situazione nelle sedi

In questi ultimi anni, e la situazione rischia di diventare drammatica nel 2012, gli Atenei italiani devono affrontare la difficile crisi economica del nostro paese, che impone una politica di tagli anche al mondo della formazione universitaria e della ricerca. Senza entrare qui nel merito del problema, vediamo di analizzare quali effetti questa situazione abbia arrecato ad oggi al nostro settore.

Negli anni ’90 si è assistito ad una crescita generalizzata degli organici del personale docente dell’università, inclusi quello del nostro settore.

I dati statistici del MIUR indicano che nel 2001 il S.S.D. AGR/09 poteva contare su 93 docenti (27 ordinari, 32 associati e 34 ricercatori). Negli anni successivi c’è stata una piccola crescita del corpo docente, sino a raggiungere nel 2007 il massimo storico di 98 unità. Il blocco del turn-over e la situazione critica in termini di Fondo di Funzionamento Ordinario (FFO) di molti Atenei ha riportato il nostro organico attuale alla situazione di 10 anni fa, con 92 docenti (28 ordinari, 28 associati e 36 ricercatori).

Figura 1 – Organico dei docenti del S.S.D. AGR/09 diviso per fasce.

Se globalmente l’organico del nostro settore non è quindi diminuito dal 2001 ad oggi, gli effetti dei recenti indirizzi ministeriali, della difficile situazione di alcuni Atenei e delle quiescenze degli ultimi anni, hanno modificato in modo radicale la situazione di alcune sedi, evidenziando vecchie e nuove carenze nell’organico dei meccanici. Nei grafici seguenti si riportano:

- in figura 2 la situazione ad oggi degli organici divisi per fasce;- in figura 3 il confronto sede per sede tra i dati 2001 e quelli attuali.Nel frattempo si è assistito ad una crescente crescita dei dottorati di ricerca nelle

materie del nostro settore ed affine, che ha compensato in parte alcuni problemi di organico e contribuito in modo sostanziale alle attività di ricerca delle varie sedi.

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Figura 2 – Organico attuale dei docenti del S.S.D. AGR/09 diviso per fasce e sede.

Figura 3 – Organico S.S.D. AGR/09: confronto dati 2001 e 2011 per sede.

1.2 Lo stato della ricerca

Questo è lo scenario generale in cui si trovano oggi i nostri Dipartimenti, un quadro pieno più di luci che di ombre. Gli autori cercheranno di fornire di seguito una descrizione dello stato della ricerca del nostro settore, suddiviso nei principali filoni.

E’ bene dire che la ricchezza delle attività di ricerca non può essere contenuta in una relazione, anche se corposa, e che probabilmente, anzi sicuramente, ci saranno alcune carenze nel rappresentarle in modo completo: di questo ci scusiamo sin da ora con i colleghi.

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Nei paragrafi che seguono si riporteranno all’inizio i nomi di colleghi che cortesemente hanno offerto per alcuni settori il loro competente contributo: a loro va il nostro sentito ringraziamento. In fondo non viene riportata, per ovvie ragioni, la nutrita bibliografia e solo alcuni lavori sono citati nel testo.

Un’ultima precisazione: si è inteso affrontare nella presente memoria lo stato della ricerca del settore AGR/09, ma ciò non deve assolutamente mettere in secondo piano la attività sperimentale, di divulgazione e di certificazione fornita, con contributi spesso di eccellenza, dai tanti colleghi che lavorano, affrontando problemi strutturali spesso ancora più complessi, negli enti di ricerca non universitari, come CRA, CNR, INAIL, ENAMA. Di seguito si evidenzieranno anche alcuni dei loro contributi più significativi.

2 LA RICERCA NEL SETTORE MECCANIZZAZIONE E TECNOLOGIE PER LE PRODUZIONI AGRICOLE (BALSARI, GUARNIERI, MONARCA, PASCHINO, PERGHER, PERUZZI, PICCAROLO, SARTORI, SPUGNOLI, ZIMBALATTI)

2.1 Lavorazioni del terreno e semina

Nel settore delle lavorazioni del terreno e semina lo stato dell’arte è caratterizzato dai seguenti elementi:– lenta, ma progressiva diffusione delle lavorazioni semplificate del terreno (minima

lavorazione e semina diretta) soprattutto per la maggiore attenzione del legislatore ai problemi ambientali che si è tradotta poi in specifiche misure previste dal Piano di Sviluppo Rurale 2007-2013, come ad esempio nelle Regioni del Veneto e Lombardia;

– le attrezzature utilizzate per questo tipo di lavorazione sono state studiate sotto il profilo funzionale, qualitativo, economico e sotto l’aspetto della risposta produttiva delle colture;

– lo studio degli effetti delle lavorazioni conservative sull’ambiente (evoluzione della sostanza organica, della densità e della porosità, sequestro del carbonio, bilancio idrico, capacità di infiltrazione, lisciviazione dei nitrati in falda, bilancio energetico) è stato approfondito di pari passo con le analisi funzionali ed economiche delle lavorazioni;

– gli studi manifestano la necessità di disporre di sperimentazioni a lungo termine visto la lentezza dell’evoluzione dei fenomeni nel terreno in seguito al cambiamento di tecnica di gestione.Di notevole portata appaiono le prospettive per lo sviluppo della ricerca nel settore

delle lavorazioni del terreno e della semina.È, infatti, necessario ridurre gli effetti negativi che sorgono nella prima applicazione

delle lavorazioni semplificate del terreno (compattamento, controllo delle malerbe, attacchi parassitari e micotossine) studiando le migliori tecniche di coltivazione che prevedano l’uso di cover crop, la concimazione organica e minerale, l’inoculo di micro-organismi.

Vanno approfonditi gli studi sugli effetti delle lavorazioni semplificate del terreno sulla gestione dell’acqua, sull’evoluzione dei residui e della sostanza organica, sulle caratteristiche fisiche e microbiologiche del suolo e sulle emissioni di gas serra (CO2 e N2O in particolare).

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Dal punto di vista prettamente meccanico occorre analizzare le tematiche inerenti il controllo del traffico, la riduzione del compattamento, lo sviluppo di nuove tipologie di assolcatori per le seminatrici per semina diretta e di utensili per i decompattatori.

2.2 Macchine per la protezione delle colture

Nel settore delle macchine per la protezione delle colture, l'obiettivo principale della ricerca (negli ultimi anni, e ancora di più nei prossimi) è stato e rimane quello di garantire la sostenibilità delle operazioni di difesa delle colture dai patogeni, dai punti di vista dell'ambiente e della salute sia dei consumatori sia degli operatori.

Negli anni recenti l'evoluzione delle macchine per la protezione delle colture ha riguardato:

1) lo sviluppo di macchine (irroratrici e non) più efficienti, per una difesa efficace anche a dosi ridotte di prodotti chimici, e soprattutto per la riduzione del fenomeno della deriva a terra e aerea; fra queste:

a. le irroratrici schermate (a tunnel, a recupero) per frutteti e vigneti;b. le irroratrici dotate di sensori e attuatori:

- per variare la dose distribuita in funzione delle caratteristiche (dimensioni, volume, densità) della chioma;

- per attivare sistemi antideriva (es. ugelli ad iniezione d'aria) in condizioni meteorologiche a rischio (es. in presenza di vento) o in prossimità di aree sensibili (es. corsi d'acqua; previa mappatura con GPS);

- le irroratrici per il diserbo localizzato sottochioma dei frutteti e del vigneto, in grado di attivare l'irrorazione solo in presenza delle malerbe.2) la messa a punto di buone pratiche agricole o metodi di lavoro per:a. ridurre il rischio di superamento dei livelli massimi di residui ammessi sugli

alimenti; b. contenere a livelli sostenibili il fenomeno della deriva;c. garantire la perfetta funzionalità delle attrezzature, anche attraverso il controllo

funzionale obbligatorio, che in base alla Direttiva 2009/128/CE deve essere implementato entro la fine del 2012;

d. adeguare le dosi di fitofarmaco alle caratteristiche della chioma anche con irroratrici convenzionali (non sensorizzate), ad esempio mediante metodi come il Tree-Row-Volume, il Leaf-Wall-Area o altri;

e. combattere l'inquinamento puntuale derivante dalle fasi di gestione dei fitofarmaci prima e dopo la distribuzione (stoccaggio, preparazione della miscela, lavaggio dell'irroratrice, smaltimento dei contenitori e della miscela residua);

f. attuare la difesa integrata ossia sviluppando mezzi di lotta (fisici, meccanici, biologici) alternativi a quelli chimici.

A seguito dell’entrata in vigore della Direttiva Europea sull’uso sostenibile dei fitofarmaci (2009/128 CE) e di quella che prevede, solo per le macchine per la protezione delle colture l’emendamento della attuale Direttiva macchine (2009/127 CE) si aprono quindi interessanti scenari di sviluppo e ricerca per queste tipologie di macchine. In particolare, per far fronte ai requisiti contenuti in tali Direttive, sarà necessario sia sviluppare macchine e componenti innovativi in grado di contenere l’impiego dei fitofarmaci e il loro potenziale danno ambientale, sia proporre norme armonizzate per rendere più facile l’applicazione di tali Direttive.

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Figura 4 – Applicazione di sensori sulle macchine per la distribuzione dei fitofarmaci (Balsari)

Si ritiene che la ricerca mirata allo sviluppo della sensoristica e dell’elettronica (sensori in grado di riconoscere il bersaglio o la malattia e di localizzare le aree sensibili all’inquinamento, strumenti elettronici in grado di automatizzare la regolazione della macchina, ecc.) in generale applicata a tali macchine possa dare un considerevole contributo per far fronte alle richieste della Direttiva. Così come lo studio di nuovi e/o migliori sistemi di polverizzazione e di trasporto delle gocce di fitofarmaco (portata e direzione dell’aria prodotta dal ventilatore) verso il bersaglio e di altre soluzioni tecniche in grado di contenere e/o controllare le perdite e la dispersione del prodotto chimico in aree sensibili (corsi d’acqua, aree protette, abitazioni vicine, ecc) sia durante la distribuzione (deriva, run off) sia durante tutte le operazioni legate ad essa (preparazione miscela, riempimento macchina, gestione prodotti residui dal trattamento). Per quanto riguarda queste ultime, che possono generare inquinamento puntiforme, si tratterà di individuare componenti in grado di contenere tali rischi (sviluppo di sistemi di pre-miscelazione, di lavaggio automatico dell’irroratrice in campo, ecc.). A tal fine sempre più importante sarà la possibilità di valutare anche sotto l’aspetto ambientale le nuove macchine e tecnologie e conseguentemente troverà possibilità di sviluppo la ricerca finalizzata a definire gli strumenti e le metodologie necessarie per giungere a tale “certificazione ambientale”.

Per il problema dell'inquinamento puntuale, un progetto europeo (Topps, Università di Torino) ha già definito le linee guida per la corretta esecuzione delle fasi di preparazione della miscela, lavaggio interno ed esterno dell'irroratrice, smaltimento dei reflui e dei contenitori; rimane da valutare l'affidabilità dei sistemi di trattamento a biobed o biofiltro (soprattutto in termini di capacità di degradazione/segregazione degli inquinanti).

Un discorso a parte, e che verrà ripreso in seguito, merita la ricerca finalizzata ad incrementare la sicurezza dell’operatore e in particolare di quello che lavora nelle colture protette dove, anche a seguito dei numerosi trattamenti che si eseguono, i rischi di contaminazione risultano maggiori. Si ritiene che in questo ambiente confinato la robotica possa trovare grande sviluppo consentendo di ridurre considerevolmente i rischi per l’operatore e al contempo incrementare la produttività del lavoro. Non va,

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infine, dimenticata la ricerca mirata ad individuare soluzioni alternative al “chimico” per la difesa delle colture, quale quella mirata ad un ulteriore sviluppo e miglioramento delle macchine per il controllo fisico o meccanico delle malerbe e di alcune patologie e di altre finalizzate ad ottenere una applicazione ottimale dei prodotti biologici per la difesa.

Parallelamente, come precedentemente accennato, sarà necessario sviluppare delle nuove Norme Tecniche di rifermento per le due Direttive che non potranno che essere supportate da una serie di specifiche ricerche quali, ad esempio, quelle necessarie per definire le metodologie di prova per la valutazione della deriva generata da queste macchine e/o la loro successiva classificazione in merito.

2.3 Tecnologie innovative per la riduzione dell’uso degli agrofarmaci

In questi ultimi anni sono molti i filoni di ricerca riconducibili ad una gestione sostenibile delle pratiche agricole vere e proprie, in particolare per la riduzione o la completa eliminazione dell’uso di agrofarmaci.

Per la gestione della flora avventizia sono state messe a punto tecnologie e macchine innovative per il controllo fisico della flora spontanea su coltivazioni erbacee ed orticole, al fine di garantire una efficace ed efficiente gestione “non-chimica” delle infestanti su colture erbacee ed ortive (Peruzzi et al., 2005, 2006, 2007; Fontanelli et al., 2007). A partire dai primi anni ‘90 il gruppo di ricerca di Pisa ha realizzato molteplici progetti volti alla definizione di tecniche ed alla realizzazione di operatrici specifiche per il controllo fisico delle piante infestanti. Di seguito se ne descrivono alcuni modelli.

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Figura 4- Schema dell’erpice strigliatore: (A) telaio principale, (B) ruotino d’appoggio, (C) supporto ad U, (D) telaietto modulare, (F) leva di regolazione dell’inclinazione dei denti, (G)

denti elastici. Particolare: a) = 25 cm, b) = 11 cm, ∅ = 6 mm, α=135°, β =45°, γ =15°.

L’erpice strigliatore è una macchina modulare, semiportata e poggiante su ruotini pneumatici, in cui ciascun modulo è costituito da un telaietto collegato, tramite catene, ad un supporto ad “U” a sua volta connesso con il telaio principale. Gli organi lavoranti sono costituiti da una serie di denti elastici disposti su più file realizzati in acciaio speciale rinforzato e conformati a “J”. La profondità di lavoro dell’operatrice può essere regolata variando la quota di appoggio del ruotino e modificando l’angolo che i denti

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formano con il terreno. Il controllo delle malerbe si realizza tramite azioni congiunte di lacerazioni dei tessuti, di estirpatura e ricoprimento del terreno.

L’efficacia erbicida è sempre elevata nei diversi contesti, conferendo a questa pratica una rilevante sostenibilità ambientale ed economica anche nelle forme di gestione convenzionale delle attività agricole.

Figura 5 - Sarchiatrice di precisione in fase di lavoro su carota.

Le sarchiatrici di precisione, utilizzate per il controllo delle infestanti in post-emergenza/trapianto, sono dotate di un sistema di guida manuale, grazie al quale l’operatore può impartire alla macchina la giusta traiettoria. Oltre a diverse tipologie di elementi rigidi operanti nell’interfila, le sarchiatrici sono provviste di utensili elastici (torsion weeder e denti vibranti) che permettono il controllo selettivo delle avventizie presenti sulla fila della coltura.

Figura 6- Operatrice per il pirodiserbo al lavoro durante un intervento di presemina su spinacio.

Le operatrici per il pirodiserbo consentono l’eliminazione delle avventizie tramite l’impiego di radiazioni termiche emesse da una fiamma libera ottenuta dalla combustione del GPL, che provocano la lessatura dei tessuti vegetali. Uno degli elementi innovativi di queste macchine è la presenza di uno scambiatore termico, che utilizza i gas di scarico del motore della trattrice per mantenere costante la temperatura dei serbatoi di GPL evitando cadute di pressione e consentendo di consumare totalmente

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tutta la miscela gassosa. Queste operatrici possono essere utilizzate prima dell’impianto della coltura in maniera non selettiva (falsa semina) e, nel caso di colture tolleranti (mais, aglio, cipolla etc.), anche per interventi selettivi di post-emergenza.

L’erpice a dischi attivi brevettato sempre dall’Università di Pisa è una macchina molto versatile, costituita da una fila di dischi anteriore ed una di rulli a gabbia posteriore disposti su due assi e collegati con un sistema di trasmissione a pignoni e catena. I dischi e gli spuntoni possono essere disposti lungo l’asse in modo da poter effettuare interventi sia in pre-semina/trapianto, lavorando tutto il fronte di lavoro, sia interventi successivi di sarchiatura.

Figura 7 - Erpice a dischi attivi in fase di lavoro in un intervento di pre-trapianto su pomodoro.

I risultati delle prove hanno evidenziato come le strategie innovative proposte, basate su mezzi fisici, abbiano permesso di conseguire valori di controllo delle infestanti e rese simili ed in alcuni casi superiori a quelli ottenuti adottando la gestione chimica. Le prospettive future di questo specifico settore di ricerca, si situano nell’ambito dell’agricoltura di precisione e sono rappresentate dalla possibilità di introdurre implementazioni ad alto contenuto tecnologico sulle operatrici per il controllo fisico delle infestanti.

Figura 8- Operatrice Celli Ecostar SC 600 in fase di lavoro.

L’Università di Pisa e la ditta Celli SpA di Forlì collaborano da oltre dieci anni alla realizzazione di operatrici per la disinfezione-disinfestazione del terreno con il sistema

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Bioflash (Peruzzi et al., 2007), che prevede l’incorporazione nel terreno di vapore e sostanze a reazione esotermica (KOH e CaO), con trattamento termico del suolo tale da raggiungere e mantenere livelli di temperature medie di 50-60°C per alcune ore successive al trattamento (fig. 8).

Le ridotte dimensioni di questa operatrice permettono un agevole accesso ed una elevata manovrabilità in spazi ristretti, quali quelli tipici di serre e tunnel.

Il sistema Bioflash ha permesso di ottenere ottimi risultati in termini di contenimento di patogeni fungini (Lovisi et al., 2006), di nematodi (D’Errico et al., 2002; Curto et al. 2002) e dei semi delle infestanti. Inoltre durante la ricerca nel corso degli anni, presso l’Università di Pisa sono state messe a punto diverse tipologie di distribuzione del vapore, in modo da ottimizzare l’intervento secondo il “target” biologico dannoso da controllare.

Per quanto riguarda le prospettive future, è attualmente in corso una sperimentazione, finanziata da uno specifico progetto di ricerca, che ha come obiettivo la realizzazione di un prototipo per l’applicazione del sistema Bioflash in banda su specie orticole sia seminate che trapiantate.

Una tecnica analoga è stata sperimentata con successo anche nel controllo termico delle infestanti mediante pirodiserbo a fiamma libera, per la gestione della flora spontanea, con attrezzature manuali spalleggiate.

Dalle prove sperimentali è emerso che le strategie innovative proposte consentono di ottenere risultati qualitativi di gran lunga superiori rispetto a quelli conseguiti sia con la gestione meccanica con decespugliatore, sia con l’impiego di erbicidi chimici di sintesi. I costi della gestione a mezzo di pirodiserbo possono risultare inizialmente più alti rispetto alle altre strategie di controllo delle infestanti poste a confronto, ma nel corso del tempo si assiste progressivamente ad una sensibile riduzione degli interventi necessari al contenimento della flora spontanea, e ad una contrazione sensibile dei costi.

2.4 Macchine per la raccolta

Il settore delle macchine per la raccolta è tra quelli di maggiore tradizione della Meccanica Agraria.

Storicamente il nostro rapporto con le ditte produttrici di trattori e di grosse macchine semoventi non è stato nel recente passato particolarmente stretto: le grandi aziende hanno tutte, anche per ragioni di segretezza, un proprio reparto di Ricerca e sviluppo.

Diverso è il discorso delle piccole-medio aziende, dove invece, in tantissimi settori, non solo quello della raccolta, il ruolo svolto da molti Istituti di ricerca è stato fondamentale in questi anni, sia per la fase di progettazione e sviluppo dei prototipi, che per la successiva applicazione degli standard di riferimento: nel settore della meccanizzazione, anche per comparti talvolta di nicchia, l’Italia si pone ai primi posti a livello mondiale ed i contributi del nostro settore sono davvero numerosi: per brevità si citano solo alcune delle ricerche più recenti.

In olivicoltura, si sono messe a punto macchine per la raccolta sia integrale, basate per lo più sulla combinazione di sistemi vibranti e teli di intercettazione, che agevolata (macchine portatili, sferzatori). Macchine agevolatrici sono state recentemente testate anche nella raccolta di piccoli frutti, come le bacche di mirto (Paschino et al., 2005 e 2007).

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Per una vera raccolta integrale, su impianti di nuova generazione, alcuni ricercatori (Giametta et al., 2009) hanno analizzato l’impiego di macchine scavallatrici, utilizzate da tempo e con ottimi risultati nella raccolta dell’uva, che con opportune modifiche sono in grado di completare la raccolta di un ettaro in circa tre ore. Con un unico passaggio si realizza il distacco della quasi totalità delle drupe, ma è richiesto un sistema di coltivazione superintensivo.

Per il vino, lo studio dei sistemi di raccolta, pulizia e cernita delle uve ha visto coinvolti numerosi Dipartimenti. La raccolta integrale che in altri paesi (California, Francia) viene applicata alla stragrande maggioranza dei vigneti si sta, con una certa lentezza, diffondendo nel nostro paese. Negli ultimi anni si sono analizzati gli effetti sulla qualità del vino (Spugnoli et al., 2005), e sugli aspetti tecnici ed economici connessi all’impiego delle macchine (Bellomo et al., 2007, Pezzi et al., 2008).

Figura 9- Raccoglitrice semovente Cimina 300 della ditta FACMA al lavoro in un noccioleto.

Nella raccolta della frutta in guscio (noci, nocciole, castagne) si sono sviluppate delle macchine per la raccolta sia aspiratrici che raccattatrici (Monarca et al., 2008). I primi modelli trainati negli ultimi anni sono stati sostituiti da più efficienti semoventi, con tempi di lavoro ridotti a 2-3 ore per ettaro e possibilità di eseguire doppia o tripla raccolta.

Sulla raccolta della frutta e degli ortaggi le ricerche hanno riguardato sia la meccanizzazione di pieno campo che la selezione automatica dei prodotti, che soprattutto, più recentemente lo studio dei danni derivanti da urti contro diversi materiali, riconducibili alle manipolazioni post-raccolta: su quest’ultimo settore si tornerà in seguito.

2.5 Tecnologie nell’agricoltura di precisione

Negli ultimi anni si è assistito allo sviluppo e all’affermazione delle tecnologie utilizzabili per l’agricoltura di precisione. Un notevole progresso è avvenuto nell’ambito della sensoristica applicata alle macchine raccoglitrici (mietitrebbiatrici, falciatrinciacaricatrici e vendemmiatrici) attraverso la quale effettuare la mappatura delle produzioni sia in termini quantitativi che qualitativi.

La conoscenza in tempo reale delle condizioni del terreno si è avvalsa della messa a punto di particolari sensori (elettroconduttivimetri, georesistivimetri, georadar, penetrometri, ecc.) che consentono di verificare le condizioni fisiche del terreno e

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adattare opportunamente le regolazioni delle macchine per la sua lavorazione e per la semina.

Sensori per controllo dello sviluppo vegetativo delle colture (ad esempio radiometri su piattaforma remota o prossima) consentono di effettuare l’applicazione variabile (VRA) di fertilizzanti e prodotti chimici in viticoltura e orticoltura.

In particolare nel caso della viticoltura, l’acquisizione e la gestione automatica dei dati necessari alla mappatura riguarda principalmente la gestione in campo delle produzioni e, a conclusione della filiera, la trasformazione dei prodotti.

Si è anche registrato un aumento di interesse per i sistemi di guida semiautomatici con ricevitori a doppia frequenza e stazioni RTK distribuite sul territorio; ciò a fronte dell’aumentata esigenza di controllo della semina e della distribuzione di prodotti chimici alle colture.

Anche il settore dei trasporti dei prodotti agricoli può godere dei benefici indotti dalla telemetria, tracciabilità e monitoraggio anche mediante l’adozione di dispositivi RFID e barcode. Si sta, infatti, assistendo allo sviluppo di tecniche e tecnologie per l’identificazione automatica di prodotti agroalimentari e floricoli, anche in ottica di anticontraffazione, e all’ottimizzazione e all’armonizzazione dei sistemi per la tracciabilità nel caso di filiere complesse. Oltre allo sviluppo di sistemi RFID e/o ottici per l’identificazione, sono attualmente allo studio metodi per la tracciabilità di prodotti sfusi, durante i processi di trasformazione, nell’industria agroalimentare (polveri, farine, granelle ecc.), problema tutt’oggi ancora aperto.

Sempre in questa linea, si ricordano le ricerche dedicate alla misura delle prestazioni dei sistemi di tracciabilità e alla loro ottimizzazione, nonché al monitoraggio ed alla riduzione del rischio in caso di product-recall.

Infine, all’agricoltura di precisione si riferiscono anche i quaderni di campagna informatici (SIA-Sistemi Informativi Aziendali).

Si può affermare che l’agricoltura di precisione costituisca una strategia di gestione dell’agricoltura non ancora matura e bisognosa di sviluppi sul piano sia delle tecnologie sia delle metodologie applicative.

Sul lato delle macchine agricole è auspicabile una sempre maggiore applicazione della meccatronica che utilizzi sensori sempre più affidabili e reattivi per migliorare l’efficienza e la qualità delle operazioni. Sullo stesso piano è attesa la diffusione della robotica all’orticoltura e alle colture in genere di pieno campo.

Uno sviluppo importante è atteso nella precisione dei sensori per la rilevazione delle caratteristiche qualitative (proteina, grassi, amido, fenoli, zuccheri, ecc.) e sanitarie (micotossine o attacchi fungini) dei prodotti raccolti allo scopo di perfezionare le fasi di raccolta e selezione.

Nel sempre più strategico settore della gestione dell’acqua d’irrigazione devono essere sviluppate tecnologie che consentano l’adozione della VRA in modo da poter operare con la massima efficacia della quantità distribuita..

Il prevedibile collegamento automatico tra operazioni di campo e SIA potrà avvalersi della generale applicazione dell’ICT (Information and Communication Technologies) in agricoltura attraverso: reti LAN wireless, server centrale, RFID, barcode, modelli di simulazione per il supporto alle decisioni, connessioni internet con stazioni meteo, fornitori e mercati, collegamento con enti e organizzazioni regionali per automatizzare le procedure burocratiche.

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3 LA RICERCA NEL SETTORE MACCHINE E IMPIANTI PER LA TRASFORMAZIONE DELLE PRODUZIONI AGRICOLE (Bodria, Catalano, Cini, Colelli, Di Renzo, Guidetti, Pipitone)

L'evoluzione del mercato dei prodotti agricoli spinge sempre di più la produzione agricola italiana al raggiungimento ed al mantenimento di standard qualitativi elevati, necessari ma non sempre sufficienti a respingere le sempre più frequenti minacce della globalizzazione. Su questo percorso i produttori italiani devono anche confrontarsi con i parametri di qualità imposti dalla grande distribuzione organizzata, caratterizzata da un alto grado di standardizzazione dei prodotti e che si sta sempre più imponendo come canale principale sui mercati. A questo vi sono da aggiungere le mutate esigenze dei consumatori richiedono prodotti non solo impeccabili esteriormente, ma anche con requisiti superiori in termini di qualità organolettiche e nutrizionali, oltre ad un elevato contenuto in servizio (Colelli et al., 2007), come dimostra la crescita nel comparto ortofrutticolo del consumo dei prodotti di IV gamma. Infine, la più diffusa sensibilità verso l’ambiente indirizza verso processi a basso impatto ambientale, anche alla luce del successo di mercato dei prodotti biologici. Il 23° Rapporto Italia 2010 dell’Eurispes riporta che l’Italia è il quinto Paese al mondo in termini di superficie destinata a produzioni biologiche, con oltre un milione di ettari e più di 47 mila imprese, dati che la pongono con Spagna e Germania ai vertici in Europa: circa 15% in termini di SAU e 10,2% come vendite.

Ai nuovi settori in espansione si aggiungono i settori più tradizionali, come ad esempio quello enologico e oleario, in cui innovazione tecnologica, qualità, tradizione e rispetto dell’ambiente devono coniugarsi con il contenimento dei costi di produzione e la salvaguardia del consumatore.

In questi ambiti il settore AGR/09 ha saputo svolgere un ruolo importante, in termini di innovazione tecnologiche ed impiantistiche.

3.1 Innovazioni impiantistiche nel settore enologico

La ricerca negli ultimi anni ha sviluppato nuove ed innovative tecniche che hanno consentito di ottenere un notevole salto nella qualità del prodotto finale. L’ulteriore evoluzione non può prescindere da una stretta correlazione fra piante, macchina, ricerca, industria, cantina. La massima qualità del vino inizia in campo, con la scelta e la migliore utilizzazione delle macchine nella fase di produzione di macchine per la gestione del verde, macchine per la difesa, macchine per la raccolta ed infine macchine per il trasporto, determinante ai fini dell’ottenimento di un prodotto eccellente (Pipitone et al., 2004). Di seguito si descrivono gli aspetti legati alle diverse fasi delle operazioni in cantina.

Ricevimento uve - Le operazioni collegate al conferimento delle uve in cantina si stanno sempre più dimostrando il vero punto di partenza per la valorizzazione della trasformazione enologica. Le operazioni preliminari alla pressatura devono essere effettuate con modalità tali che riducano il danneggiamento delle uve ed eventualmente consentano una selezione meccanica per eliminare le impurità.

Diraspa-pigiatura - L’evoluzione costruttiva delle macchine per la diraspatura e pigiatura è orientata più al perfezionamento di alcune componenti per la gestione operativa piuttosto che all’adozione di soluzioni costruttive innovative. Queste

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macchine, oltre a liberare il mosto dall’uva, devono salvaguardare la qualità del prodotto limitando i fenomeni ossidativi e la dissoluzione di composti erbacei provenienti dai raspi.

Nel caso di lavorazioni di uve provenienti da vendemmia meccanica, risulta fondamentale la corretta scelta della conformazione e dei materiali del buratto, oltre alla possibilità di regolare la posizione e la inclinazione delle palette dell’albero diraspatore.

Le novità più interessanti su queste macchine appaiono legate alla possibilità di utilizzare elevate velocità di rotazione con un limitato differenziale di velocità fra buratto e rotore, in modo che gli acini si distacchino solo per forza centrifuga.

Pressatura - Nell’ultimo decennio si è assistito ad un continuo e costante rinnovamento delle macchine impiegate per la pressatura; si è passati dalle presse orizzontali continue, valide da un punto di vista operativo e organizzativo, alle presse pneumatiche a membrana a funzionamento discontinuo, che utilizzano basse pressioni di esercizio e che consentono un’estrazione soffice e delicata, riducendo la torbidità e limitando il contenuto di polifenoli. L’introduzione di tali macchine, sia nella versione a membrana laterale che centrale, consente di gestire i cicli di pressione, adattandoli di volta in volta alla varietà dell’uva e al suo stato di maturazione.

Di recente i costruttori si sono indirizzati a realizzare macchine che proteggono il prodotto sin dalla fase di pressatura, lavorando in atmosfera inerte, ciò vale soprattutto per la vinificazione in bianco che consente l’esaltazione dei profumi e degli aromi primari.

VinificazioneIn bianco - Le innovazioni più significative consistono nel trattare il prodotto pigiato

raffreddandolo ad una temperatura inferiore a 15°C e per un tempo compreso fra le 15 e le 20 ore. Queste temperature possono favorire l’arricchimento del mosto degli aromi primari ceduti dalle bucce ed inibire l’azione ossidante degli enzimi e la cessione dei polifenoli. Questa tecnologia è alquanto semplice, perché richiede scambiatori di calore peraltro utilizzabili in altre fasi del processo di vinificazione.

In rosso - La macerazione delle bucce e la dissoluzione delle sostanze fenoliche ed aromatiche rappresenta il fondamentale obiettivo della vinificazione in rosso. La migliore gestione del processo può essere attuabile con differenti tecniche come il rimontaggio, la follatura e tutti gli impianti esistenti soddisfano tale tecnica. La più recente innovazione consiste nel metodo Ganimede, basato su un sistema di rimontaggio pseudocarbonico.

FiltrazioneL’innovazione in questa fase di lavorazione del vino consiste nell’introduzione di

particolari membrane che consentono di limitare il più possibile l’impiego di coadiuvanti della filtrazione, che oltre ad essere costosi creano problemi di smaltimento.

In sintesi le ricerche dimostrano come nell’innovazione tecnologica della filiera vitivinicola è necessario avere un progetto strategico, adattandolo alle diverse realtà ambientali oltre che a particolari realtà viticole di notevole pregio.

L’introduzione delle macchine e degli impianti va effettuata come un processo armonico, nel quale bisogna coniugare conoscenze scientifiche, territoriali, economiche oltre ad avere ben presenti le strategie di mercato.

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3.2 Innovazioni impiantistiche nel settore oleario

L’evoluzione tecnologica di estrazione verso sistemi di lavorazione che eseguono il processo in modo automatico ha determinato una riduzione sensibile dell’impiego degli impianti a pressione, per cui attualmente si tende a utilizzare quasi esclusivamente gli impianti continui, che utilizzano il sistema centrifugo per la separazione delle fasi.

FrangituraL’evoluzione dei sistemi di frangitura presenta oggi numerose soluzioni costruttive,

con macchine che consentono di ridurre notevolmente i tempi di lavorazione; nell’ultimo decennio è stata introdotta la tecnica della denocciolatura.

I frangitori a martelli, i più diffusi, hanno una elevata capacità di lavoro, sono poco costosi e si adattano bene in aree dove è elevata la capacità produttiva degli uliveti. I frangitori a dischi, rispetto ai precedenti, hanno una minore capacità, ma consentono una efficace azione di estrazione di sostanze aromatiche e coloranti, riducendo il rischio di emulsione.

Allo stato attuale vi è, per questa fase di lavorazione delle olive, un elevato interesse scientifico e tecnologico, che merita uno studio più accurato.

GramolazioneLa gramolazione è la fase cruciale del processo di estrazione olearia, nella quale si

può creare o distruggere la qualità, in quanto costituisce il momento in cui le reazioni enzimatiche avvengono con più facilità.

Attualmente l’indirizzo scientifico è quello di utilizzare gramole chiuse, creando uno spazio di testa confinato o ad atmosfera controllata. Il monitoraggio dell’ossigeno all’interno della gramola ermeticamente chiusa consente di asserire che la concentrazione del gas in questa fase decresce perché viene utilizzato dalle reazioni enzimatiche.

Gramole di ultima generazione sono quelle cilindriche; la loro concezione costruttiva consente di rendere più rapido ed efficace il raggiungimento della temperatura prescelta, di regolare meglio la quantità di ossigeno presente nello spazio di testa, di incrementare le sostanze aromatiche presenti nell’olio ed infine di ridurre i tempi di gramolazione.

Estrazione centrifugaNegli ultimi anni si è assistito alla ricerca di sistemi che eliminassero la

manipolazione da parte degli operatori nelle fasi intermedie; il cuore di tale impianto è l’estrattore centrifugo (decanter). La ricerca ha mirato ad introdurre materiali nuovi (acciai), sistemi di controllo dei parametri di regolazione in fase di lavorazione.

La collaborazione fra università ed industria negli ultimi anni ha portato alla realizzazione di un decanter con controllo computerizzato della velocità differenziale fra tamburo e coclea. Tali risultati con decanter a tre variabili hanno permesso la messa a punto di importanti innovazioni costruttive, macchine a cono corto, che consentono una ampia possibilità di regolazione delle condizioni lavorative.

L’esigenza di gestire in modo automatico un frantoio ha consentito di mettere a punto sistemi di controllo elettronico mediante una centralina di comando gestita da un PLC con una interfaccia a display del tipo “touch-screen”.

Infine, la ricerca in questo settore agro-alimentare si sta occupando con risultati positivi dalla depurazione dei reflui oleari nonché del compostaggio della sansa vergine.

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3.3 Le problematiche della fase postraccolta dei prodotti ortofrutticoli

Di seguito verranno descritte alcune delle principali innovazioni tecnologiche nel settore ortofrutticolo, finalizzate all’aumento della qualità del prodotto commercializzato, all’estensione della vita commerciale, alla riduzione dell’impatto ambientale, ed al miglioramento del contenuto in servizio.

3.3.1 Tecnologie non distruttive per la valutazione della qualità del prodottoLa ricerca ha affiancato gli operatori del settore nella realizzazioni di strumenti in

grado di aiutarli sia nelle valutazioni oggettive durante il processo di maturazione in campo, sia nella definizione delle caratteristiche dei singoli frutti al fine di selezionare partite certificate in termini di assenza di difetti, proprietà e costanza di qualità. Prima specifica richiesta a tali dispositivi è, ovviamente, la possibilità di stimare le caratteristiche dei singoli frutti in maniera non distruttiva così da poter effettuare analisi su un numero più elevato di campioni o su specifici frutti assunti come riferimento nel processo di maturazione.

I sistemi, oggetto sia di ricerche sia di applicazioni già commerciali, sono basati su tecniche ottiche, eseguendo sia analisi di intere immagini (image analysis) sia misure puntuali, e su tecniche meccaniche (impatto di forze, vibrazioni, onde acustiche).

Analisi di immagineL'analisi dell'immagine impiega come strumentazione di base telecamere che

permettono di individuare caratteristiche presenti a livello superficiale del frutto. L'impiego di particolari filtri posti davanti all'obiettivo, però, consente di spingere l'analisi anche in zone del non visibile arrivando a cogliere caratteristiche dei prodotti non sempre individuabili dagli eventuali operatori impiegati in una fase di selezione manuale.

Numerosi studi hanno evidenziato la possibilità di classificazione di frutti in base al colore con sistemi computerizzati di analisi, in particolare con sistemi avanzati di elaborazione dei dati. Oltre a tale applicazione sono diversi anche gli studi legati alla correlazione tra l’immagine ed il livello di maturazione del frutto, con lo scopo di allontanare dalla linea di cernita i prodotti non conformi agli standard richiesti.

Particolare sviluppo negli ultimi anni, poi, hanno avuto le ricerche sulla riflettanza nel campo del visibile e del vicino infrarosso (NIR) di diversi tipi di frutto. Utilizzando telecamere dotate di dispositivi di analisi multispettrale e fonti di luce strutturata, la tecnica può essere applicata anche all’individuazione di frutti con difetti superficiali o con danni meccanici e patologici (Menesatti et al., 2005).

Una tecnica che sembra promettere interessanti risultati è quella basata sulle immagini provenienti dalla Risonanza Magnetica Nucleare (Culeddu et al., 2002). Le immagini “pesate” e la densità protonica possono essere utili per stabilire lo stadio di maturazione dei frutti. L'NMR imaging dei frutti conservati ha consentito di identificare cambiamenti strutturali in relazione allo stadio di maturazione dei frutti e di stabilire la migliore epoca di raccolta.

Un approccio simile è stato applicato nell'individuazione di danni indotti da patogeni (Penicillium sp.) su varietà rosse di pesche, individuando le bande che consentono di evidenziare i sintomi del patogeno già a 48-72 ore dall'inoculazione, quando a occhio nudo risultano visibili solo mediante un'accurata ispezione dell'epidermide.

Con un approccio analogo sono stati condotti studi basati sull’applicazione di

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tecniche di fluorescenza finalizzati a identificare la presenza di aflatossina su pistacchi, anacardi e noci del brasile.

Figura 10 – Identificazione delle aflatossine su pistacchi (macchia rossa sulla fotografia di destra)

Immagini di fluorescenza. La clorofilla è presente nelle foglie e nei frutti acerbi specialmente nell’epidermide più che nella polpa. Con l’avanzare dei processi di maturazione e senescenza viene degradata ad opera di enzimi (clorofillasi) con formazione di composti secondari, spesso non colorati. Tale fenomeno può essere indipendente dalla colorazione del frutto, rendendolo particolarmente interessante anche per frutti con sovracolore, che quindi maschera l'avanzare della maturazione.

Le ricerche in questo ambito hanno impiegato un sistema per l’acquisizione e l’analisi delle immagini di fluorescenza di cui sono state sperimentate due versioni differenti per le sorgenti luminose utilizzate (luce blu con un filtro per avere radiazioni inferiori a 600 nm; luce rossa con emissione compresa tra 650-680 nm). I risultati ottenuti si differenziano a seconda del sistema di illuminazione impiegato e della cultivar valutata. In modo particolare il sistema che ha impiegato luce blu è stato sperimentato su albicocche e mele, ottenendo una buona correlazione con i valori di durezza e contenuto zuccherino determinato con i metodi distruttivi (R = 0,9 tra la fluorescenza misurata e la durezza per le mele). Le prove condotte con illuminatore a led rossi hanno riguardato pesche e nettarine, con risultati che, pur mostrando una tendenza coerente tra misure distruttive e non distruttive, sono solo parzialmente soddisfacenti anche per fini applicativi (Guidetti e Oberti, 1998).

Immagini di riflettanza. Le analisi di riflettanza valutano il raggio riflesso proveniente dal campione adeguatamente illuminato. La scelta di opportuni filtri permette di evidenziare fenomeni di alterazione superficiale utili per individuare caratteristiche del frutto ed automatizzare le fasi di cernita.

Per l’acquisizione delle immagini si utilizza, fondamentalmente, una telecamera digitale dotata o meno, a seconda della sperimentazione, della possibilità di rilevare immagini a lunghezze d’onda differenziate passando dal visibile al vicino infrarosso (immagini iperspettrali). Si possono così individuare sia le caratteristiche tecnologiche dei prodotti (colore del prodotto, indici di maturazione, ecc.), sia le alterazioni superficiali dovute al danno meccanico subito dalla frutta durante le fasi di lavorazione o a patologie sviluppatesi durante la maturazione.

Misure per gli indici tecnologici. Sono state sviluppate tecniche di analisi d’immagine nella regione visibile per la valutazione della consistenza della polpa di alcune varietà di pesche, sulla base delle caratteristiche cromatiche dell’epicarpo (Peri et al. 2003). Tali tecniche sono state estese alla misurazione di caratteristiche qualitative

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di prodotti orticoli in foglia, con la finalità di valutare gli effetti della composizione dell’atmosfera di conservazione sulla shelf life di tali prodotti (Peri, 2005) ed alle conserve vegetali a matrice complessa, quali il pesto (Peri, 2007). L’evoluzione della tecnica, attraverso l’utilizzo di sensori a più alto grado di informazione e di algoritmi di calcolo ottimizzati, ha permesso di ottenere risultati più accurati nella valutazione indiretta delle caratteristiche chimico-fisiche di prodotti ortofrutticoli (Figura 11, Peri et al. 2005).

1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6

S S C m i s u r a t o ( ° B r i x )

1 0

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

1 6

SS

C previsto (°B

rix)

R2 = 0,89SEP = 0,29 °Brix

SSC MISURATO (°Brix)

SS

C P

RE

VIS

TO

(°B

rix)

Figura 11 - Correlazione tra il contenuto in solidi solubili previsto attraverso l’uso dell’imaging spettrale e quello misurato su mele (cv. Golden Delicious).

Rilevazione precoce di danno meccanico e danno da patogeno. Sono state eseguite prove principalmente su mele (cv Golden Delicius), su pere (cv. Decana) e su pesche (cv Elegant Lady). L'analisi dei dati ha permesso di proporre un metodo, fondato su un approccio multispettrale finalizzato da un lato ad identificare le due lunghezze d’onda più efficaci per discriminare regioni integre da regioni danneggiate della superficie di un frutto (Oberti et al., 1999), dall’altro a combinare le informazioni contenute nella coppia di immagini di un frutto acquisite alle due lunghezze d’onda identificate e, da esse, ottenere una terza immagine “virtuale” in cui i difetti risultino ben evidenziati e potenzialmente rilevabili da un sistema automatico, anche qualora il danno meccanico sia avvenuto da breve tempo (Bodria et al., 2000).

Figura 12 - L’analisi multispettrale applicata al danno meccanico su mele (da Oberti et al. 1999).

Nel caso del danno meccanico studiato su mele e pere, la coppia spettrale più

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interessante è risultata quella formata da 440 e 600 nm per le pere e 520 e 820 per le mele, mentre nel caso delle pesche l'analisi multispettrale non ha fornito risultati più significativi di quelli ottenuti dalla semplice immagine avuta a 440 nm.

Analisi puntualiLe analisi puntuali permettono di caratterizzare il prodotto in maniera locale

fornendo però dati più precisi e spesso non limitati ai primi strati dell'epidermide, ma in grado di coinvolgere anche la polpa del frutto.

Tecniche NIR. L'informazione spettrale costituisce senza ombra di dubbio una delle fonti principali per la caratterizzazione organolettica e nutraceutica dei prodotti ortofrutticoli. In particolare la spettrometria nel vicino infrarosso sfrutta le riflessioni della luce incidente da parte anche degli strati di polpa sottostanti la superficie.

Poiché le molecole degli strati superficiali della polpa, in funzione della loro natura, condizionano l'assorbimento e la riflessione dell'energia luminosa in maniera variabile alle diverse lunghezze d'onda, tramite l'analisi spettrometrica della luce riflessa ad intervalli di lunghezza d'onda di 2-3 nm è possibile determinare la composizione interna del frutto e, quindi, classificare il prodotto in funzione non solo delle sue caratteristiche meccaniche, ma anche in base alle sue caratteristiche organolettiche.

Risultati di grande interesse sono stati ottenuti su mele, albicocche e pesche dove, con la tecnica NIR, è stato possibile valutare diversi parametri tipici del frutto (contenuto percentuale di zuccheri, acidità, durezza, ecc.).

Il DIA di Milano ha realizzato due dispositivi sperimentali basati su spettrofotometri vis-NIR compatti, in grado di misurare lo spettro di frutti, uno tramite contatto diretto sonda/frutto, e quindi con la possibilità di essere impiegato in campo, l’altro tramite una misura senza contatto, più adatto all’impiego su linee automatiche. La maggior parte del lavoro è stata dedicata alla messa a punto e allo sviluppo degli algoritmi di analisi spettrale verificandone l’affidabilità e le regioni spettrali più idonee.

Il sistema portatile è stato sperimentato, durante due stagioni, su mele, mirtilli ed uva (Guidetti et al., 2007).

Il dispositivo messo a punto per la linee di cernita è una strumentazione di tipo stazionario dotata di una sonda che rileva lo spettro senza entrare in contatto con il frutto. I risultati su actinidia, arance e mele indicano che è possibile effettuare una determinazione non distruttiva del contenuto in solidi solubili: gli indici di correlazione sono tutti piuttosto elevati e gli errori (SEP) sono sempre compresi tra 0,5 e 0,7 °Brix (Guidetti, 2004).

Laser diode

LED

photodiode

Figura 13 -Schema del sistema semplificato dual-band (Bodria et al., 2002).

Misure di riflettanza dual-band. Per seguire l'evoluzione dei processi di maturazione

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sia in campo sia in fase post-raccolta e tenuto conto delle rielaborazioni effettuate con i sistemi spettrofotometrici, è stato sperimentato un sistema per la misura puntuale della riflettanza dei frutti alle lunghezze d’onde corrispondenti al rosso e al vicino infrarosso.

Le prove del prototipo sperimentale sono state effettuate su pesche (cv Summer Rich) e su nettarine (cv Big Top), ed hanno portato ad individuare un indice R/IR basato sul rapporto tra la riflettanza nel rosso a 670 nm e nell’infrarosso a 800 nm; tale parametro è risultato in grado di predire il contenuto di clorofilla con buona accuratezza (r = 0,77 – 0,85 a seconda della cultivar analizzata). Le prove hanno evidenziato come questo indice sia in grado di discriminare diversi stadi di maturazione, ottenuti con frutti raccolti scalarmente, e di seguirne l’evoluzione durante le fasi post-raccolta anche quando non sono presenti significative variazioni di colore (Bodria, 2002).

L’esperienza nell’ambito della fisica ottica è stata applicata anche nel settore dei prodotti da forno, delle uova, del miele, del pesce. L’individuazione del livello di cottura dei prodotti da forno costituisce uno degli obiettivi propri dell’impiantistica del settore. Attraverso una telecamera equipaggiata di opportuni filtri sono stati valutati i livelli di cottura misurando la variazione della riflettanza in funzione dell’imbrunimento dei prodotti. Per ciò che riguarda l’analisi delle uova, si è affrontato il problema dell’individuazione dei residui organici presenti sul guscio (pollina, sangue, tuorlo) rispetto alla presenza di macchie naturali che non comportano l’eliminazione del prodotto dal consumo fresco. Utilizzando sia uno spettrometro, sia una telecamera, sono state messe a punto metodologie in grado di individuare e scartare i prodotti inquinati da residui organici.

Figura 14 – Prove di caratterizzazione della risposta ottica di uova con diversi residui organici.

La sofisticazione del miele è stata invece oggetto di alcune indagini aventi lo scopo di mettere a punto sistemi semplificati per valutare la presenza di adulteranti (composti a base di zucchero) in matrici di miele puro.

Spostandosi in un ambito più strettamente modellistico, infine, sono stati effettuati alcuni studi sulla shelf life del pesce (filetto di branzino). L’obiettivo della ricerca è stato quello di caratterizzare due tipologie di sacchetti (sacchetto di cotone e borsa termica) impiegati per il trasporto del prodotto dal punto vendita al frigorifero domestico. I risultati hanno evidenziato come tra i due sistemi non ci siano sostanziali differenze mentre è evidente un diverso comportamento microbiologico (carica microbica totale elevata) qualora si arrivi ad un trasporto pari a due ore.

Tecniche meccanicheLe tecnologie di analisi si basano essenzialmente sulla valutazione della risposta del

frutto a diverse sollecitazioni di tipo meccanico, basate su cinque principi:

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• risposta ad una forza applicata, ottenuta con sistemi diversi, valutando la piccola deformazione ottenuta;

• risposta ad un impulso di una forza misurando la reazione in termini di vibrazioni o di deformazioni;

• risposta a vibrazioni forzate che viene misurata, nel lato opposto alla zona sollecitata, attraverso un accelerometro o un microfono in maniera tale da ottenere una risposta in frequenza;

• risposta ad impulsi acustici, generalmente di bassa intensità, misurando il segnale acustico trattato poi con sistemi opportuni;

• risposta a sollecitazioni ultrasoniche valutando l’effetto del tessuto biologico sull’attenuazione delle frequenze del segnale inviato, legata principalmente allo stato interno del frutto.

Questi metodi risultano ben correlati alle grandezze riconducibili alla tessitura del frutto (durezza) e come tali hanno ottenuto delle buone correlazioni con i parametri provenienti dalla metodologia distruttiva definita di Magness-Taylor (ASAE S368.4).

Al Dipartimento PrIME dell’Università di Foggia si sono sperimentate tecniche basate su sensori di impatto a piccola massa, per la rilevazione di informazioni relative alla tessitura interna di prodotti frutticoli ed in particolare per misurare in maniera indiretta la consistenza della polpa di actinidia e di classificare tali frutti sulla base di questo attributo, in differenti classi qualitative. L’applicazione di questa metodologia ha permesso di ottenere un classificatore statistico in grado di classificare i frutti di actinidia in due classi qualitative con un’accuratezza del 95% (Peri et al., 2005).

Tendenze nella frigoconservazione dei prodotti ortofrutticoliLe tecnologie di frigoconservazione si indirizzano verso sistemi in grado di

interferire in maniera determinante sulla fisiologia del prodotto, rallentandone i fenomeni di maturazione e senescenza, con l’uso sempre crescente di atmosfere modificate (anche innovative), e l’applicazione dell’1-metilciclopropene (1-MCP) al fine di inibire l’azione dell’etilene ed estendere la vita postraccolta. Tutto ciò, se da una parte porta a sviluppare il modello produttivo della “filiera corta” reale, dall’altra ha consentito l’affermazione di prodotti per i quali l’esaltazione del contenuto in servizio determina una maggiore deperibilità nelle normali condizioni di vita refrigerata (IV gamma).

Per quanto riguarda l’impatto sulla salute dei consumatori, la sicurezza degli operatori, e l’impatto ambientale, l’1-MCP risulta avere bassa tossicità e non presenta mutagenicità, cancerogenicità. È utilizzato in concentrazioni al di sotto di 1 ppm e i residui sono estremamente bassi (inferiori a 0,01 ppm). Presenta inoltre alto margine di sicurezza per operatori e consumatori. In Italia l’uso dell’1-MCP è stato registrato a partire dal settembre 2006.

I prodotti della IV gammaSi definisce prodotto di IV gamma qualsiasi frutto o ortaggio (o mix), fisicamente

alterato dalla sua forma originale, ma che rimane allo stato fresco. Il prodotto viene generalmente mondato, pelato, lavato, e tagliato in formato consumabile al 100%, che viene quindi confezionato per offrire al consumatore un prodotto buono, di alto valore nutrizionale, ed elevato grado di servizio. Tale tipologia di prodotto è estremamente deperibile, sia in relazione all’accresciuta attività metabolica derivante dalle operazioni

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di taglio, che della maggiore suscettibilità ai microrganismi degradativi. Inoltre, essendo destinato al consumo diretto, diventa quanto mai importante l’aspetto relativo alla sicurezza d’uso, in particolare in relazione alla possibile presenza di microrganismi patogeni dell’uomo. In relazione a ciò, i prodotti della IV gamma necessitano di un ciclo di lavorazione industriale diverso dai corrispondenti prodotti freschi.

Negli ultimi anni la ricerca ha prodotto numerosi lavori relativi alle innovazioni tecnologiche dedicate a questo particolare settore dei prodotti ortofrutticoli freschi (Colelli e Amodio, 2004). In particolare, gli aspetti che richiedono ancora un forte sforzo innovativo riguardano le linee di selezione e cernita, con particolare riferimento alla rimozione dei corpi estranei attraverso tecnologie laser, a Raggi X, o multifrequenza, al taglio dei prodotti con l’utilizzo di water-jet cutter, alla sanitizzazione dell’acqua di lavaggio dei prodotti, con la ricerca di agenti disinfettanti alternativi al cloro tra cui il perossido di idrogeno (Amodio et al., 2004), gli acidi organici periossiacetico e octanoico, l’ozono e i raggi ultravioletti. Ulteriori aspetti innovativi riguardano l’uso di pre-trattamenti rivolti all’estensione della vita commerciale. Tra questi, grande importanza rivestono i trattamenti volti a ridurre l’imbrunimento successivo al taglio di tipo chimico e di tipo fisico (Amodio e Colelli, 2007), e quelli rivolti invece a contenere le perdite di consistenza e più in generale al rallentamento dei fenomeni di senescenza, quali i trattamenti con 1-MCP.

Infine, un’area di ricerca in forte sviluppo è quella del packaging in atmosfera modificata (AM), in cui si altera la normale composizione dell’aria per prolungare la durata della conservazione di un prodotto.

3.3.2 Gli impianti a basso impatto ambientaleLa necessità di un minore impatto ambientale dei processi produttivi, stimola, anche

in questo ambito, la ricerca verso l’applicazione di energie alternative per le esigenze delle centrali ortofrutticole, verso l’uso di fluidi frigorigeni naturali negli impianti, verso l’implementazione di tecniche di conservazione a basso impatto in alternativa ai trattamenti chimici (pre-trattamenti termici, atmosfere arricchite di ossigeno, ecc.).

L'uso dei fluoroclorocarburi come fluidi refrigeranti è sempre stato sinonimo di favorevoli condizioni di sicurezza, stabilità e resa nella frigoconservazione, ma ha anche determinato una crescita esponenziale delle loro emissioni nell'atmosfera. Già dagli anni '70 fu ipotizzato il loro ruolo nella riduzione e conseguente distruzione dell'ozono stratosferico. Il Regolamento n. 842/2006 del Parlamento Europeo e del Consiglio definisce le regole in ambito di contenimento e recupero dei gas fluorurati, ma anche i requisiti di formazione e certificazione degli operatori.

Alla luce di tali considerazioni, nel 2006 è stato avviato un progetto di ricerca di interesse nazionale dal titolo Tecnologie innovative nella frigoconservazione con fluidi refrigeranti naturali, cui partecipano l’Università di Bari, l’Università del Molise, l’Università di Foggia, l’Università di Napoli, e il Politecnico di Bari. Il progetto prevede lo studio di sistemi impiantistici innovativi con l’uso della CO2 come fluido frigorigeno, semplificando le soluzioni costruttive e riducendone i costi. Tuttavia il progetto e lo sviluppo di compressori per refrigerazione con l’uso di CO2 presentano difficoltà tecniche non indifferenti, principalmente legate alle pressioni di esercizio elevate e conseguenti elevate temperature di fine compressione (prossime a 200°C, eccessive per il compressore), alle maggiori sollecitazioni meccaniche (con pressioni differenziali da 5 a 10 volte più alte fra monte e valle del pistone), alle elevate

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sollecitazioni termiche, che comportano la scelta di materiali idonei. Altre criticità riguardano l’elevata solubilità del refrigerante negli oli di tipo poliestere, con conseguente diminuzione del potere lubrificante della miscela olio-refrigerante, la capacità termica volumetrica specifica, da 5 a 10 volte superiore rispetto a quella dei fluidi convenzionali, la necessità di contenere il livello di rumorosità e vibrazioni entro livelli accettabili.

La soluzione tecnica adottata comprende compressori a CO2 capaci di lavorare a pressioni sensibilmente più elevate, progettando un impianto di refrigerazione diretta con CO2 come fluido frigorigeno. Il prototipo realizzato è stato ubicato presso l’Università di Bari per eseguire prove di frigoconservazione di prodotti ortofrutticoli freschi.

3.3.3 Analisi energetica e di processo in realtà agroalimentariQuesta tematica è stata approfondita a più livelli integrando valutazioni sperimentali

con analisi teoriche dei processi alla luce della complessità aziendale: in tutte queste ricerche si dimostra come i valori di consumo specifici siano fondamentali per valutare il livello di efficienza energetica complessiva dell’azienda comparandolo con le BAT (Best Available Techniques) o con la letteratura di riferimento.

Diversi sono stati i settori oggetto di tali ricerche: il settore lattiero-caseario, dove è stato ottimizzato il diagramma di carico di potenza elettrico di una delle più importanti aziende lombarde produttrici di Grana Padano e sono stati caratterizzati diversi caseifici; il settore molitorio, che ha visto l’analisi di sei diverse unità produttive con lo scopo di confrontare i dati energetici specifici e fornire indicazioni sulla gestione complessiva degli impianti; il settore enologico, dove sono stati individuati i parametri che consentono una corretta autodiagnosi dei consumi nelle singole fasi del processo di vinificazione identificando soluzioni energetiche alternative (recupero dei sarmenti, installazione di pannelli fotovoltaici, sfruttamento della gravità durante il processo); il settore della pasta, che è stato oggetto di uno studio finalizzato a valutare, tramite misure sperimentali, i consumi specifici di ogni fase del processo produttivo e, alla luce del rapporto energia termica/energia elettrica, la possibilità di introdurre un impianto di cogenerazione. Infine l’analisi energetica nel settore della produzione artigianale della birra ha permesso di correlare i consumi energetici con la modalità di gestione delle singole fasi di processo (fermentazione e maturazione) in funzione della tipologia di birra.

Tutti questi studi sono alla base della valutazione della sostenibilità delle filiere agroalimentari: il DIA di Milano ha iniziato a mettere a punto alcune metodologie che, ispirandosi alla LCA (Life Cycle Assessment) vogliono identificare dei sistemi di valutazione dell’anidride carbonica e di tutti gas serra semplici e chiari in maniera tale da poter arrivare a proporre una etichetta (green label) di immediata lettura da parte anche del consumatore (fig. 15).

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Figura 15 – Le diverse etichette ispirate al concetto di sostenibilità, non sempre facilmente comparabili e di immediata lettura da parte del consumatore.

Nel settore delle produzioni di campo è stato affrontato uno studio teso a valutare le richieste energetiche delle singole specie di erbe officinali (melissa, achillea, alchemilla, menta, ortica e lippia) coltivate in Valcamonica utilizzando, come essiccatoio, un sistema basato su pompa di calore.

Ultimo campo d’indagine, infine, è il settore della ristorazione che, pur rientrando nell’ambito dell’industria alimentare, si differenzia per alcune dinamiche fortemente caratterizzanti. Gli studi intrapresi sono finalizzati a caratterizzare il processo identificando alcuni modelli previsionali utili per il corretto dimensionamento delle attrezzature che si basa, a tutt’oggi, principalmente sull’esperienza.

4 LA RICERCA NEL SETTORE ENERGETICO (BALSARI, CAPRARA, CAVALLI, MONARCA, RIVA)

4.1 Fonti energetiche rinnovabili: prospettive di sviluppo

La necessità di incrementare il peso delle energie rinnovabili nei bilanci energetici nazionale e mondiale in generale è sempre più evidente. Le principali motivazioni sono di seguito sintetizzate:

a) Diminuzione della disponibilità di combustibili fossili pregiati producibili a costi non eccessivi. Si tratta - in realtà - di un argomento controverso e i diversi pareri spaziano da evidenze sulla diminuzione delle scorte mondiali a fronte di una domanda crescente (grazie ai Paesi in via di sviluppo) ad altre che, invece, spingono a ritenere le risorse fossili ancora abbondanti ma comunque legate alle dinamiche geo-politiche e agli investimenti dell’industria petrolifera. In questo contesto, le energie rinnovabili si pongono comunque come un elemento di sostituzione dei combustibili fossili limitandone quindi la dipendenza, fatto di per sé di natura strategica;

b) La questione ambientale legata alle emissioni in atmosfera di CO2 e degli altri “gas serra”. Di fatto, l’utilizzo dei combustibili fossili non fa altro che trasferire il carbonio accumulato nel sottosuolo all’atmosfera che, conseguentemente, muta le sue caratteristiche chimico-fisiche. Da questo punto di vista, il ricorso alle energie rinnovabili si pone come uno dei principali mezzi per contrastare questa tendenza.

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c) La questione socio-economica. I paesi industrializzati, colpiti dall’attuale congiuntura e dalla concorrenza dei paesi in via di industrializzazione, vedono nelle energie rinnovabili (e nel risparmio energetico) un potenziale settore di sviluppo che - se opportunamente guidato a livello politico - potrebbe stimolare la ripresa di più settori produttivi. Un esempio è lo sviluppo del biogas da filiera agricola in Germania, pensato all’origine soprattutto per offrire una alternativa alle poco competitive aziende zootecniche dell’Est dopo la riunificazione del Paese. In questo quadro, risulta di capitale importanza lo sviluppo tecnologico e della ricerca che dovrebbero interessare sia i temi di frontiera, che gli aspetti applicativi delle fonti rinnovabili e del risparmio energetico.

A livello nazionale, documenti di riferimento utili a valutare le prospettive offerte al settore della ricerca sono, in particolare, il Piano di Azione Nazionale (PAN) sulle fonti rinnovabili (2010) e il Piano di Azione per l’Efficienza Energetica (2011). Si stima, per esempio, che i costi di incentivazione per le rinnovabili elettriche fino al 2020 siano dell’ordine di 50 G€ a fronte di 50 Mtep prodotti, mentre per le fonti rinnovabili termiche si prevedono 15 G€ per 70 Mtep. Secondo il PAN, poi, per raggiungere l’obiettivo di sostituire il 17%, dei consumi finali lordi, l’energia rinnovabile prodotta al 2020 sarà equamente suddivisa tra fonti termiche ed elettriche.

Il Piano prevede:- per la produzione elettrica da fonti rinnovabili un valore di 106 TWh annui al 2020

(poi rettificato definitivamente a 98 TWh annui a fine luglio), di cui 18 TWh da biomassa, corrispondente a un incremento di circa il 55% rispetto alle produzioni rinnovabili 2009 (che diventa del 150% se si esclude dalle produzioni attuali l’idroelettrico storico).

- per la termica, i biocarburanti ed il biometano.Per raggiungere gli obiettivi risulterà necessario incrementare consistentemente lo

sfruttamento dei potenziali disponibili nel Paese, con particolare riferimento all’utilizzo delle fonti rinnovabili per riscaldamento - raffrescamento ed all’uso dei biocarburanti nel settore trasporti. Le misure da attuare riguarderanno principalmente, oltre alla promozione delle fonti rinnovabili per usi termici e per i trasporti, lo sviluppo e la gestione della rete elettrica, l’ulteriore snellimento delle procedure autorizzative, lo sviluppo dei progetti internazionali. L’unica fonte in grado di produrre energia elettrica termica/raffrescamento e biocarburanti è rappresentata dalle biomasse. Le biomasse svolgeranno un ruolo da protagonista per l’energia primaria in tutti e tre i settori considerati dalla Direttiva RES.

E’ proprio in questo settore che le nostre ricerche hanno dato i maggiori contributi in questi anni. Spesso infatti i ricercatori di altri settori scientifici si sono affacciati allo studio analizzando esclusivamente gli aspetti impiantistici e di conversione energetica, senza tener conto di una serie di fattori determinanti legati alla filiera produttiva, quali la produttività dei terreni, la individuazione dei cantieri di raccolta e delle tecniche di conservazione più idonei, la valutazione degli aspetti economici e sociali, le caratteristiche produttive della aziende agricole italiane.

Oltre a numerosi studi sulle colture energetiche vegetali e legnose, vanno evidenziati anche una serie di ricerche per il recupero a fini energetici delle biomasse residuali derivate dalla potatura e dai residui della raccolta per alcune tipiche colture italiane (vite, olivo, castagno e nocciolo) (Monarca et al., 2008).

Le biomasse possono essere classificate, con un approccio di filiera, in due differenti

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tipologie:- filiera corta;- filiera distribuita.La prima si avvantaggia di biomasse disponibili e concentrate presso un determinato

sito (coltivazioni energetiche, gusci, scarti, sanse, liquami e deiezioni zootecniche), e beneficia pertanto di minor costi energetici ed economici per il trasporto e lo stoccaggio. In tal modo è facilitata la conversione energetica attraverso le tecnologie più appropriate in funzione della quantità e della distribuzione temporale.

Più problematica, ma certamente interessante, è l’analisi della filiera distribuita, con quantitativi ridotti e distribuiti sul territorio.

Si stanno seguendo due approcci:- un approccio a livello aziendale, con impianti di piccola taglia per la produzione

di calore, l’estrazione di olio grezzo, o la produzione di elettricità (es. con gassificatori di potenza ridotta). Spesso tali soluzioni sono condizionate da “economie di scala” e dalla distribuzione nel tempo dei quantitativi disponibili;

- un approccio pluriaziendale, con raccolta e lavorazione presso impianti distribuiti sul territorio, di taglia maggiore, per la produzione di energia termica, elettrica, cogenerazione, produzione di combustibili solidi (pellet) e liquidi. Tale approccio necessita di aziende incentivate alla raccolta delle biomasse, o per esigenze colturali o per vincoli di legge, e alla loro aggregazione in consorzi per facilitare la raccolta ed il trasporto delle biomasse.

Esistono quindi i presupposti per un forte rilancio della ricerca italiana del settore che può e deve avere ruolo fondamentale. Tra i temi di maggiore interesse, con riferimento al mondo universitario e in particolare dell’Ingegneria Agraria:

− applicazioni solari per la produzione di energia termica e di freddo;− solare termodinamico per la produzione di energia elettrica su piccola scala e in

combinazione con altre fonti rinnovabili, quali le biomasse;− accumulo dell’energia solare;− lavorazioni del terreno e colturali a ridotto consumo energetico e basso impatto

ambientale;− sviluppo delle filiere innovative per la raccolta delle produzioni e residui agro-

forestali − pre-trattamenti della biomassa (esempi: essiccazione, addensamento,

torrefazione) finalizzati ad aumentare l’efficienza della conversione energetica e a diminuire le emissioni, oltre che facilitare la logistica di trasporto e la standardizzazione delle tecnologie;

− sviluppo di sistemi per la produzione di elettricità da biomassa idonei per taglie medio-piccole;

− sviluppo di piccoli apparecchi per la combustione di biomasse con ridotte emissioni di particolato e di COV;

− processi innovativi per la produzione di biocarburanti/biocombustibili e materie prime a partire da prodotti e residui vegetali.

Un approfondimento a parte merita il settore della produzione di biogas, un settore in notevole espansione anche a seguito delle recenti scelte nazionali ed europee in materia di risorse energetiche e per il quale le necessità ed opportunità di ricerca per il settore Ingegneristico agrario saranno considerevoli. Si ritiene in particolare che la ricerca in futuro possa essere indirizzata verso i seguenti settori:

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− pretrattamenti delle biomasse (finalizzati ad ottenere una loro maggiore produttività di biogas) con individuazione delle tecniche e macchine più idonee;

− produzione di Idrogeno dalla prima fase del processo di digestione anaerobica (D.A.) da impiegare come combustibile per motori endotermici;

− ottimizzazione del processo di D.A. anche attraverso l’impiego di inoculi selezionati;

− sistemi di depurazione del biogas (upgrading) per consentire un suo impiego anche per autotrazione o come biometano;

− ottimizzazione dell’impiego del liquame in uscita dal digestore, attraverso la ricerca e lo sviluppo sia di sistemi in grado di ridurne il suo contenuto in acqua (separazione meccanica, osmosi inversa, ultrafiltrazione, ecc.) e di migliorare il rapporto fra gli elementi nutritivi in esso contenuti (aggiunta di fertilizzanti chimici e produzione di concimi organo-minerali) sia di soluzioni per contenere le emissioni di ammoniaca e gas serra durante le fasi di stoccaggio e distribuzione degli stessi.

4.2 La valutazione delle risorse energetiche del territorio e gli aspetti ambientali

Negli anni recenti, l’incremento d’impianti alimentati a biomasse, in particolare quelle legnose, ha spesso visto la mancanza di una razionale pianificazione della disponibilità di risorse energetiche all’interno degli ambiti territoriali in cui sono stati installati gli impianti.

Qualsiasi studio di fattibilità relativo l’installazione di un impianto, soprattutto se di taglia media e grande, richiede una pianificazione tarata sulle reali potenzialità di un comprensorio di approvvigionamento, allo scopo di definire la disponibilità di quantitativi di combustibile che risultino economicamente convenienti.

Questa considerazione è particolarmente importante quando si considerano le biomasse legnose, derivanti dal bosco o dai residui di potatura di colture arboree estese quali ad esempio i vigneti.

Gli elementi fondamentali della pianificazione possono essere così sintetizzati:– disponibilità potenziale: definisce il quantitativo di biomassa destinabile

all’utilizzazione energetica. Nel caso dei residui forestali esso è calcolato considerando la superficie forestale produttiva e le prescrizioni del piano di assestamento; nel caso di vigneti e frutteti il quantitativo di biomassa destinabile all’utilizzazione energetica è calcolato considerando la quantità media di residui per ciascuna delle varietà presenti nel comprensorio; mediante l’impiego di software appositamente predisposti su base GIS è possibile rappresentare in database geografici le disponibilità teoriche di biomassa presenti in un determinato territorio;

– inquadramento territoriale: gioca un ruolo fondamentale poiché influenza l’accessibilità dei mezzi meccanici impiegati, nel caso dei residui forestali, nelle operazioni di utilizzazione e, nel caso delle colture arboree, nella raccolta dei residui. A questo riguardo la ricerca ha sviluppato software specifici, basati su GIS, in grado di evidenziare i limiti che il territorio pone all’accessibilità dei mezzi meccanici (pendenza, accidentalità, distanze) e di conseguenza di indicare le aree effettivamente utilizzabili con le diverse categorie di macchine;

– caratteristiche della rete viaria: per accedere alle aree in cui effettuare la raccolta delle biomasse legnose è necessario disporre di una adeguata rete viaria le cui

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caratteristiche possono influenzare l’efficienza del trasporto del materiale raccolto. Nell’analisi della rete viaria si sono definiti modelli di Network Analysis e di Analytic Hierarchy Process che consentono valutazioni di scelta tra opzioni multiple;

– disponibilità effettiva o tecnica: definisce il quantitativo realmente ritraibile da un determinato contesto territoriale e su questo si devono basare le catene di approvvigionamento degli impianti. La definizione della disponibilità effettiva o tecnica permette di impostare analisi dei costi di approvvigionamento e quindi di calcolare specifiche curve di costo in relazioni a scenari differenziati.

Figura 16 – Risultati dell’applicazione della Network Analysis per la valutazione della scelta tra opzioni multiple nell’utilizzo di risorse forestali da destinare a biomassa

La pianificazione a livello comprensoriale può presentare dei limiti di realizzazione legati in parti alla mancanza o alla difficile reperibilità d’informazioni e in parte, nel caso del coinvolgimento di più enti territoriali, dalla difficoltà del coordinamento tra le diverse gestioni.

Nel caso delle colture arboree è particolarmente utile il ricorso al catasto (frutticolo e viticolo) che mette a disposizione una serie di informazioni (unità colturale, superficie, varietà, sesto di impianto, ecc.) utilizzabili per la determinazione della disponibilità potenziale.

La messa a punto di procedure software GIS consente di integrare il catasto frutticolo o viticolo al catasto delle proprietà per mezzo di identificativi univoci chiave composti e riferiti ai diversi codici ISTAT e codici catastali. In questo modo è possibile definire un livello informativo geografico sulla distribuzione territoriale delle unità colturali, presupposto indispensabile per la determinazione della disponibilità effettiva o tecnica.

In ambito forestale la pianificazione si presenta più complessa a causa di alcuni elementi di criticità:

– utilizzi alternativi della biomassa legnosa: in molti contesti forestali la disponibilità di informazioni relative alla biomassa legnosa raccolta e utilizzata dai censiti è solamente in parte determinabile e risulta soggetta a vari fattori, non ultimo

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l’andamento dei prezzi di mercato delle fonti energetiche alternative;– scala di applicazione del piano: è evidente che la qualità delle informazioni relative alla

disponibilità di attrezzature per la raccolta della biomassa, all’organizzazione del lavoro, alle caratteristiche del suolo e soprassuolo possono essere determinate con precisione solo a scala puntuale. Aumentando la scala, le informazioni tendono a diventare meno precise ed è allora conveniente operare per ambiti territoriali omogenei;

– coordinamento tra più soggetti territoriali: le scelte di gestione forestale adottate dagli enti territoriali influiscono significativamente sulla possibilità di utilizzare le risorse legnose presenti, definendo il regime gestionale del bosco, oltre che i tempi di intervento. Il coordinamento e la collaborazione tra gli enti sono quindi presupposto fondamentale per la definizione informazioni indispensabili per la determinazione della disponibilità potenziale.La pianificazione è anche sottoposta ad alcuni elementi non prevedibili:

– eventi calamitosi: incendi, tempeste di vento o di neve, pullulazione di insetti lignivori possono determinare la saturazione temporanea del mercato e la possibilità di prelievi futuri;

– andamento di mercato dei prodotti legnosi: l’incremento di prezzo di determinati assortimenti legnosi, quali ad esempio quelli destinati agli imballaggi, può incidere negativamente sulla disponibilità effettiva o tecnica di biomassa legnosa per usi energetici.

5 LA RICERCA NEL SETTORE DELLA MECCANIZZAZIONE FORESTALE (CAVALLI)

L’aspetto principale da considerare è che le operazioni forestali devono essere necessariamente pianificate interattivamente con le infrastrutture necessarie per collegare i luoghi di raccolta con i luoghi di destinazione finale del materiale grezzo raccolto.

L’accessibilità diventa così un elemento sostanziale in base al quale procedere nella ricerca di nuove soluzioni da adottare nella meccanizzazione delle operazioni forestali. L’accessibilità va considerata sia nella fase su strada (dalla viabilità ordinaria all’imposto) sia in quella fuoristrada (dall’imposto al letto di caduta).

Ogni intervento riguardate l’accessibilità su strada deve considerare: la capacità di carico dei mezzi di trasporto (anche in relazione alle disposizioni normative); l’eterogeneità del materiale da trasportare (tronchi, legna da ardere, cippato, ramaglia); la densità e la qualità della rete stradale (anche in relazione alle condizioni meteorologiche)

Alcune innovazioni, sia di prodotto sia di processo, sono state introdotte per aumentare l’efficienza del trasporto su strada: individuazione di depositi o piattaforme intermedie (particolarmente interessanti nel caso della filiera legno da energia); l’adozione di un servizio di navetta, effettuabile con trattore e rimorchio forestale o con forwarder, tra l’imposto e la piattaforma a cui può arrivare senza problemi l’autotreno o l’autoarticolato, cercando di ottenere le migliori prestazioni dai vari mezzi in relazione alle condizioni della viabilità.

La legna da ardere può essere confezionata in fasci che costituiscono delle unità di lavoro singole, rendendo possibile più facili, sicure e produttive operazioni di

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manipolazione e immagazzinamento del materiale legnoso.Anche la compattazione della ramaglia rappresenta un’interessante innovazione per

semplificare il trasporto su strada. Oltre alle densificatrici, che hanno rivelato dei limiti economici e di gestione, sono stati introdotti dei rimorchi, operanti con lo stesso sistema dei compattatori per rifiuti solidi urbani, che devono essere attentamente valutati, in particolare per il trasporto su strada a breve distanza.

Considerata la differente vita utile tra le tecnologie per il trasporto su strada e la rete stradale forestale, la re-ingegnerizzazione della viabilità è divenuta un elemento nodale della questione. Un’ampia gamma di tecnologie informatiche è stata sviluppata che consente un sostanziale apporto alle procedure di pianificazione della viabilità [(Remote sensing (basato su sistemi satellitari o aviotrasportati), dispositivi di acquisizione di dati (laser, GPS, stazioni di rilevamento totale); software di gestione della progettazione, software DDS, GIS, Multiple Criteria Analysis (MCA); Analytic Hierarchy Process (AHP)].

Quando si considera invece l’accessibilità fuoristrada è necessario considerare le caratteristiche della trafficabilità del terreno. Su terreni trafficabili in relazione alle condizioni del terreno la locomozione dei veicoli può avvenire sul terreno naturale o su strutture geotecniche.

La locomozione fuoristrada è tipica dei veicoli a ruote che si caratterizzano in base al tipo di sistema di trazione adottato.

I veicoli a ruote gommate sono i più comuni e le loro prestazioni sono incrementabili adottando pneumatici a larga sezione e catene e cingolature applicate ai bogie (tipici nel caso di harvester e forwarder). L’innovazione di prodotto che ha riguardato questi dispositivi consente di disporre di ritrovati in grado di incrementare la trazione e di limitare il compattamento del terreno

Ai veicoli cingolati appartengono veicoli dotati sia di cingoli trapezoidali, in sostituzione delle ruote gommate, sia di cingolature integrali. L’innovazione introdotta in questa categoria di veicoli ha riguardato soprattutto la possibilità di adattare l’assetto del posto di guida alla pendenza (trasversale e longitudinale) del terreno. Alcuni modelli di harvester dotati di cingoli sono in grado di operare tagli di diradamento o tagli finali su terreni ad elevata pendenza (fino al 70%).

Una notevole innovazione si è avuta nell’ambito dei cosiddetti veicoli a ruote e zampe, sviluppati con modalità costruttive diverse, ma tutte in grado di esprimere una elevata mobilità soprattutto su terreni pendenti e accidentati. Inoltre, rispetto ai veicoli cingolati, consentono una migliore mobilità anche nella locomozione su strada.

Per accrescere la capacità di locomozione dei veicoli a ruote la ricerca ha sviluppato un nuovo sistema di trazione, applicato dapprima sul forwarder e poi sull’harvester, creando così una nuova categoria di veicoli, quella a trazione assistita (mediante cavo). Si tratta di veicoli in cui la trazione è garantita dalle ruote gommate e da un verricello, sincronizzato con la velocità di rotazione delle ruote stesse. Confrontati con i veicoli a ruote ordinari questi nuovi veicoli possono muoversi su pendenze maggiori, con una significativa riduzione dello slittamento e quindi della compattazione dinamica.

Alla categoria dei veicoli a trazione assistita appartiene anche un veicolo sviluppato di recente dalla ricerca di settore e che si colloca al confine tra i sistemi terrestri e i sistemi aerei di esbosco; si tratta di un telaio a ruote folli il cui movimento sul terreno è assicurato da una puleggia motrice attorno a cui si avvolge una fune tesa alle estremità. Confrontato con un veicolo a ruote questa macchina ha una maggiore mobilità

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garantitagli dalla minore massa e dal dispositivo di trazione a fune; confrontato con una gru a cavo la macchina può operare senza i necessari supporti intermedi, ma solo con i due ancoraggi di estremità. Le ruote folli non presentano alcun slittamento e non danneggiano di conseguenza il terreno.

Gli ambiti nei quali si osserva una notevole intensità di innovazione delle tecnologie utilizzabili per la meccanizzazione delle operazioni forestali sono quelli relativi all’esbosco per via aerea, all’esbosco e al trasporto per via terrestre, all’allestimento con sistemi meccanizzati, all’abbattimento e all’allestimento con sistemi meccanizzati.

Nell’ambito dell’esbosco per via aerea si sta assistendo all’introduzione di carrelli con dispositivi di espulsione forzata della fune traente o di quella di sollevamento, azionati da un motore integrato nel carrello. Inoltre sono disponibili carrelli dotati di un proprio sistema indipendente di azionamento della fune di sollevamento. Di notevole interesse sono poi i carrelli semoventi in grado di semplificare la gestione dell’intero cantiere di esbosco.

Nello sviluppo dei carrelli la prospettiva riguarda soprattutto l’incremento della velocità di sollevamento dei carichi, requisito importante quando la fune portante è collocata a una certa distanza da terra, l’aumento della capacità di trasporto, caratteristica questa resa possibile dall’aumento della resistenza delle funi impiegate, la specificità di funzione attribuita alle funi del sistema, con la separazione tra fune traente, adibita allo spostamento del carrello, e fune di sollevamento, utilizzata per la movimentazione dei carichi.

Figura 17 – Carrello di nuova generazione per il trasporto orizzontale degli alberi, dotato di un proprio sistema indipendente di azionamento della fune di sollevamento

L’evoluzione nei dispositivi di radio controllo consente di aumentare il grado di indipendenza tra l’addetto al carico e quello alla gru a cavo, influenzando positivamente la sicurezza del lavoro. Infatti, entrambi gli addetti hanno la possibilità di comandare sia il carrello sia la gru a cavo e quando uno dei due è impegnato con la macchina l’altro è libero di effettuare altre funzioni. Il miglioramento dei dispositivi di radio controllo è ottenuto con ripetitori di segnali installati nel carrello, che risultano particolarmente utili quando si utilizzano chocker radio comandati.

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La prevedibile adozione della trasmissione dei segnali, impiegando le funi metalliche del sistema anziché le onde radio, contribuirà a ridurre ogni tipo di interferenza e migliorerà grandemente la sicurezza.

Lo sviluppo tecnologico dei carrelli sta portando a una semplificazione operativa della gru a cavo che può essere utilizzata solo per azionare la fune traente e per tensionare la fune portante. A tale riguardo le gru a cavo sono equipaggiate con dispositivi per il controllo continuo della tensione della fune traente, consentendo un suo adeguamento continuo in relazione alle variazioni dovute ai carichi trasportati.

Notevoli prospettive di sviluppo caratterizzano l’evoluzione degli argani a slitta per i quali si sta studiando l’applicazione di un motore elettrico, in sostituzione del motore Diesel e del circuito idrostatico, alimentato da batterie ad alta capacità che possono essere ricaricate dallo stesso motore elettrico che può funzionare da generatore durante la fase di discesa del carrello, frenando il carico e trasformando l’energia potenziale gravitazionale in energia elettrica.

6 LA RICERCA NEL SETTORE DELLA ERGONOMIA E SICUREZZA DEL LAVORO (MONARCA, PAZZONA, PESSINA, SCHILLACI, VIERI)

Tra i requisiti fondamentali per progettare correttamente una macchina agricola dal lato umano vi sono la sicurezza, il comfort e la riduzione della fatica fisica. Questo “salto di qualità” è stato raggiunto negli ultimi venti anni per il notevole impatto derivante dalle nuove normative sulla sicurezza delle macchine, degli impianti e dei luoghi di lavoro: non a caso alcuni autori parlano di una vera e propria “rivoluzione” (Gasparetto, 1995).

In Europa le normative e gli standard tecnici di riferimento crescono di numero, anno dopo anno, anche se troppo spesso appaiono pensate per le attività produttive in genere, più che per quelle agricole in particolare. Il settore agricolo si è trovato in questi anni in parte impreparato, o quanto meno preso alla sprovvista, dalla applicazione di leggi o decreti (come il D.Lgs. 626/94, ad esempio, o il precedente D.Lgs. 277/91) concepite per i settori industriali ed artigianali, ma applicate tali e quali anche al settore agricolo, che, carente di una opportuna preparazione ed organizzazione, ha penato più degli altri ad adeguarsi ai nuovi obblighi ed adempimenti.

Il mondo della ricerca ha invece reagito positivamente allo stimolo ed alla sfida. I primi studi sulla sicurezza e sulla salute del lavoro in agricoltura erano stati accolti in modo tiepido dal settore produttivo, se non addirittura con un certo scetticismo, quasi come mere esercitazioni accademiche, nonostante le statistiche indicassero nel comparto agricolo uno di quelli a maggior rischio di infortuni. Alla luce delle novità introdotte dalle nuove regole, il numero delle ricerche e dei ricercatori nel settore “sicurezza”, come vedremo in seguito, sono aumentati considerevolmente nel tempo.

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Pubblicazioni docenti AGR/09

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Figura 18 – Pubblicazioni su riviste e convegni dei docenti del settore AGR/09 Meccanica Agraria dal 1973 al 2002 (Monarca, Alghero 2002).

Una prima analisi della nostra ricerca nel settore della sicurezza in agricoltura fu fatta ad Alghero, nel 2002, con il Convegno Nazionale “La sicurezza delle macchine agricole e degli impianti agro-industriali”.

Nella relazione generale l’autore, sulla base di un database certamente non esaustivo (circa 200 lavori), illustrava un trend ampiamente in crescita, con una media negli anni precedenti che sfiorava le 20 pubblicazioni all’anno (Monarca, 2002).

I primi lavori riguardavano soprattutto la sicurezza dei trattori, in particolare i telai di sicurezza e la prevenzione degli infortuni collegati all’uso del trattore. E’ negli anni ’80 che si comincia a parlare anche di ergonomia e comfort del trattore (1981) e di rumorosità (1984) e sono sempre più frequenti i lavori sui principali fattori di rischio nell’uso dei trattori e delle mietitrebbiatrici, più che altro in chiave di prevenzione degli infortuni. Dal database risulta come gli Istituti universitari coinvolti nel filone sicurezza siano ancora pochi (Milano, Firenze, Bari soprattutto). Sino al 1990 le pubblicazioni assommavano a poco più di 50, concentrate in pochi filoni. L’interesse verso la ricerca nel settore si risveglia a partire dall’inizio degli anni ’90, sulla spinta delle nuove direttive comunitarie (soprattutto la 89/391/CEE, sui luoghi di lavoro, e la 89/392/CEE, nota anche come Direttiva Macchine) e del loro recepimento nella nostra normativa (in particolare nei D.Lgs. 277/91 e 626/94 e nel D.P.R. 459/96). Aumenta sempre più il numero dei ricercatori e degli Istituti che all’interno del s.s.d. AGR/09 si occupano di sicurezza e anche le linee di ricerca si diversificano, sulle macchine per i trattamenti, sulla prevenzione degli infortuni, sui rischi fisici, sino agli aspetti più strettamente ergonomici, come posture e benessere termico. Molti lavori trattano della applicazione delle nuove norme al settore agricolo, e delle linee guida per un uso sicuro delle macchine e degli attrezzi più pericolosi (come la motosega) e per la valutazione dei rischi.

Al Convegno di Alghero furono presentate 39 relazioni, che toccavano tutti i temi sopra elencati. Oggi il filone della sicurezza viene affrontato in pressoché tutti i nostri Dipartimenti, e le pubblicazioni, sempre più a carattere internazionale, sono sempre molto numerose.

AIIA 2005 presentava 319 lavori suddivisi in 9 tematiche, nessuna delle quali espressamente dedicata alla sicurezza. Tuttavia, 38 lavori hanno riguardato il tema della

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sicurezza, pari al 12%, 9 dei quali connessi ai Sistemi Edilizi, 2 agli stabilimenti di produzione, 17 inglobati nel topic Meccanizzazione.

RAGUSA 2008 TOPICS - 102 papers (about 77 on SH) 1 - “Work safety in agricultural building, forest and agro-food processes” 14

2 - “Food safety and traceability” 7

3 - “Pollution in field, greenhouses and housing of animals” 8

4-5-8 - “Assistive technology”, “Logistic in agro-food supply-chain”, “Automation, robotics and remote control”

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6 - “Agricultural mechanisation and management” 8

7 - “Prevention and risk analysis, work organization, system engineering, health protection”

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9 - “Machine milking and animal welfare” 16

10 - “Open topic” 9

Figura 19– I topics di Ragusa SHWA 2008.

Questa crescita ha portato all’organizzazione da parte dei colleghi dell’Università di Catania dei Convegni SHWA di Ragusa nel 2008 e nel 2010 (la terza edizione è già stata fissata per il 3-6 settembre 2012), convegni internazionali, rigorosamente in lingua inglese, che hanno visto nel 2008 circa 102 contributi, saliti a 111 nel 2010.

All’interno della stessa Accademia dei Georgofili, grazie alla azione del prof. Piccarolo, è stata istituita una Commissione consultiva sulla sicurezza in agricoltura. Il Convegno AIIA 2009 presentava 306 lavori suddivisi in 10 topics, uno dei quali espressamente dedicato alla sicurezza (“Ergonomia, Sicurezza e Salute Umana nell’Attività Territoriale”). Il topic ha annoverato 15 lavori, ai quali si sono aggiunti 3 lavori in altri topic, per un totale di 18 lavori, pari a poco meno del 6% del totale.

L’apparizione del topic dedicato alla sicurezza in AIIA 2009 è fatto degno di nota, al quale ha però coinciso con contraddizione almeno apparente un abbattimento del 50% dei lavori presentati sul tema (da 38 a 18) rispetto alla edizione 2005. La causa va vista nell’effetto drenante sulla presentazione di ricerche incentrate su sicurezza, salute e benessere, non solo del convegno SHWA ma anche dei convegni internazionali del CIOSTA, cui partecipano molti colleghi italiani.

Riguardo al CIOSTA, a Reggio Calabria (2009) il Convegno strutturava in topics i contributi pervenuti e uno di essi (Topic 11) era esplicitamente dedicato alla sicurezza (“Safety and Health in Agro-Forestry and Agro-food Systems”), con un buon numero di lavori (24) e una forte presenza di autori italiani. A Vienna (2011) il topic 1 si è intitolato Labour, Ergonomics, Safety, Health con ben 57 lavori e mostrando perciò un forte incremento; anche in questo caso, il contributo dei ricercatori italiani (inclusi i contributi del CRA e di IMAMOTER) è altamente significativo.

Si tratta quindi di un settore estremamente vitale, di cui di seguito si cercherà di

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illustrare sinteticamente le principali linee di ricerca, ed i possibili sviluppi futuri.

6.1 La prevenzione degli infortuni

Larga parte delle pubblicazioni del settore riguardano gli aspetti antinfortunistici e i componenti di sicurezza delle macchine motrici ed operatrici.

I primi studi su specifici componenti di sicurezza riguardano le trasmissioni del trattore ed il collegamento degli attrezzi alla p.d.p. ed all’attacco a tre punti, anche con sistemi innovativi di interruzione della trasmissione. A partire dal 1990, sulla spinta della “Direttiva Macchine” e del “626”, proliferano invece le ricerche su macchine “sicure”, dai rasaerba, alle macchine per la trinciatura per le ramaglie, alle macchine per la viticoltura. Spesso si esamina la possibilità di contemperare gli aspetti operativi e produttivi alla necessità, come nel caso delle potatrici per il vigneto (Zoppello et al., 2001) o delle macchine per la trinciatura delle ramaglie (Blandini et al., 1996), di dover ottemperare agli indirizzi della nuova normativa sulla protezione delle parti in movimento.

Numerose ricerche sulla prevenzione degli infortuni coinvolgono il settore forestale (Cavalli, Baldini, Pellerano, Monarca, Gubiani), dove, come le statistiche dimostrano, il rischio di infortuni raggiunge livelli insostenibili. Le indagini da una parte evidenziano i principali fattori di rischio, dall’altra propongono linee guida e tecniche da seguire nei lavori di utilizzazione. Molti di questi riguardano la motosega, sia per gli aspetti infortunistici che per i principali fattori di rischio di tecnopatie (rumore, vibrazioni, gas) connesse all’uso dell’attrezzo.

Molto interessanti sono i recenti studi sulle cosiddette tecnologie assistive (Bisaglia, 2010) per il recupero all’uso dei trattori di operatori con disabilità motorie e sulla sicurezza dei giunti cardanici (Pessina et al. 2010; Cecchini et al., 2011).

Una linea di ricerca attuale riguarda i requisiti di sicurezza per la protezione del conducente e del passeggero contro il pericolo di capovolgimento nei trattori agricoli o forestali nei lavori sottochioma, dove le strutture di protezione vengono abbassate, mettendo seriamente a rischio la sicurezza degli operatori. Si sta valutando la funzionalità di trattori equipaggiati con nuove strutture di protezione di ridotte dimensioni, a quattro o sei montanti non abbattibili.

Diverse ricerche hanno riguardato l’ottimizzazione dei parametri progettuali e di verifica delle strutture di protezione, quali, ad esempio, il volume di sicurezza, la posizione e la tipologia del sedile, le metodologie di prove. Su questi aspetti, oltre alla ricerca, va evidenziato il notevole lavoro di alcuni Dipartimenti nelle attività di controllo e certificazione, in collaborazione con le aziende produttrici di macchine agricole. A Bologna, presso il centro sperimentale di Cadriano, accreditato come stazione di prova OCSE, viene ad esempio svolta attività di controllo e certificazione dei trattori, nel contesto generale delle norme nazionali ed internazionali di riferimento.

6.2 Le ricerche sugli agenti fisici

Il rumore, fra gli argomenti di igiene e sicurezza sul lavoro, è forse il tema maggiormente affrontato dai ricercatori del settore AGR/09.

Un anno fondamentale per le ricerche è stato il 1991 che ha visto l’emanazione del D.Lgs. n. 277. I livelli acustici in agricoltura, come la maggior parte degli studi

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dimostra, raggiungono la fascia di rischio più elevata (sopra gli 87 dBA), soprattutto nell’uso di trattori e mietitrebbiatrici sprovviste di cabina e di attrezzi portatili (come decespugliatori e motoseghe), e l’impatto del D.Lgs. 81/2008 sulle imprese del settore agro-forestale è davvero notevole.

Per le ricerche sul rumore (e sulle vibrazioni) è d’obbligo evidenziare anche l’attività del CNR di Torino (in primis Potecchi e oggi Deboli), che ha precorso i tempi con numerosi studi di elevato livello scientifico.

La maggior parte dei lavori riguarda la valutazione del rischio ed indagini specifiche sulle principali tipologie di macchine agricole, mentre si osserva un minor numero di lavori mirati allo studio della progettazione di macchinari e impianti meno rumorosi o alla bonifica di quelli esistenti. Per questo secondo aspetto la maggior parte degli studi riguarda il settore agroindustriale (cantine, frantoi, linee di imbottigliamento).

Le prime ricerche sulle vibrazioni emesse dalle macchine e trasmesse al sistema mano-braccio o all’intero corpo sono svolte presso il CNR di Torino e il CRA-Ing di Monterotondo. I primi studi che coinvolgono i docenti del nostro settore appaiono all’inizio degli anni ’90, soprattutto nell’ambito di progetti di ricerca in collaborazione con l’ISPESL o collegati ad attività di certificazione delle macchine.

I temi affrontati riguardano:- modelli numerici per l’analisi nel dominio del tempo delle vibrazioni, alcuni

problemi di bonifica e tecniche di valutazione;- la misura delle sollecitazioni trasmesse al sistema mano-braccio da alcune

attrezzature agricole (motocoltivatori, vibratori. forbici pneumatiche), da motoseghe e decespugliatori (Balsari et al., 2002; Deboli et al., 2009; Monarca et al., 2001 e 2003);

- la valutazione delle vibrazioni trasmesse al sedile del trattore (Blandini et al., 1996; Pessina et al., 1999 e 2009).

La ricerca ha raggiunto un livello di maturità notevole ed è forte la interazione e la collaborazione di numerosi ricercatori e Dipartimenti con Enti come CRA, ISPESL, INAIL, CNR, ENAMA e con colleghi di altri settori scientifici, come la Medicina del Lavoro. Per il futuro è auspicabile un maggiore interessamento agli aspetti di progettazione di macchine, attrezzature, impianti ed ambienti di lavoro più rispettosi dei principi ergonomici, di salute e sicurezza.

6.3 La sicurezza delle macchine per la distribuzione dei fitofarmaci

In questo settore le ricerche inizialmente erano concentrate in un numero minore di sedi (Firenze, Bologna, e Torino). Grazie ad alcuni PRIN approvati negli ultimi anni, cui hanno partecipato anche altre sedi (Udine, Catania e Bari), hanno le ricerche del settore sono notevolmente cresciute.

Alcune ricerche portano a definire i livelli di pericolosità sulla base del tipo di trattamento e di macchina impiegata, della classe di tossicità delle sostanze distribuite, delle condizioni ambientali e del tipo di protezioni adottate. Altri studi si incentrano sulla modalità di preparazione e sulla protezione dell’operatore nelle fasi di preparazione e distribuzione delle miscele e sulla definizione delle buone pratiche nelle fasi a maggior rischio.

Presso il Centro di Cadriano, il DEIAgra di Bologna, su richiesta delle Ditte costruttrici, esegue verifiche sulla funzionalità delle macchine distributrici di fitofarmaci, sia in termini di efficacia della miscelazione che della distribuzione e della

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relativa uniformità del prodotto, nonché verifiche sui sistemi di nebulizzazione di prodotti in supporto liquido, in polvere o in granuli.

Anche i ricercatori del CRAIng di Monterotondo seguono alcuni temi di ricerca e di sperimentazione legati alla problematica dell'efficienza distributiva e delle dispersioni fuori-bersaglio di macchine irroratrici e di macchine per la distribuzione dei fertilizzanti. In particolare si sono sviluppati gli studi sul controllo della distribuzione in verticale delle irroratrici tramite pareti captatrici e sulla efficienza distributiva delle macchine per la distribuzione dei fertilizzanti, e sono stati messi a punto prototipi di pareti captatrici di nuova concezione e protocolli di prova per la taratura di macchine spandiconcime in uso.

Figura 20 – Attrezzatura sperimentale per la valutazione dell’efficienza distributiva di un atomizzatore (CRAIng, Monterotondo).

Il rischio chimico in agricoltura è un tema che merita ancora di essere approfondito, anche per le sue ricadute sull’inquinamento ambientale e degli alimenti.

I principali temi in futuro riguarderanno: • la messa a punto di metodi, attuabili direttamente dall'agricoltore, per

l'adeguamento (riduzione) delle dosi e per migliorare in genere la qualità della distribuzione sul bersaglio;

• la riduzione delle perdite di pesticidi e miglioramento del deposito in vigna;• la sicurezza dei lavori in serra, dove sussistono notevoli problemi legati al

microclima ed agli ambienti confinati;• l’automazione, con conseguente abbattimento del rischio alla fonte, della

distribuzione degli agrofarmaci, sia in serra che in pieno campo.

6.4 Polveri e microclima

I primi studi sulle polveri si riferiscono al loro effetto sulla durata dei motori endotermici e alla loro corretta filtrazione (Gasparetto, 1965).

Gli effetti sulla salute dell’uomo vengono affrontati per la prima volta da Zoppello, Biondi e Monarca (1992, 1996) e si riferiscono al problema delle polveri nella raccolta delle nocciole con macchine aspiratrici e nella mietitrebbiatura. Recentemente si è

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cominciato a indagare anche sulla pericolosità delle polveri di legno (Balsari, 1998; Monarca et al., 2002), un problema divenuto attuale a seguito del D.Lgs. 66/2000, che ha inserito le polveri di legno duro tra gli agenti cancerogeni occupazionali, riconoscendole in particolare responsabili di neoplasie ai seni paranasali.

Di comfort termico all’interno di cabine di trattori e mietitrebbiatrici si era parlato circa 30 anni fa (Febo, 1981 e 1982), filone poi un po’ abbandonato e che sarebbe interessante riprendere alla luce delle nuove normative e delle più moderne apparecchiature di misura.

Altrettanto recenti sono le ricerche che affrontano gli aspetti legati al microclima negli ambienti di lavoro agricolo, in particolare le serre (Baldi et al., 1997, Monarca et al., 2005) e gli stabilimenti di lavorazione (Porceddu et al., 2001; Monarca et al. 2002)., analizzando i livelli di discomfort termico. Da alcuni anni si è entrati negli aspetti conseguenti, legati alla progettazione ed alla bonifica degli ambienti di lavoro (Monarca et al., 2007 e 2010).

Per il microclima tra i filoni di ricerca futuri vi è la progettazione di layout aziendali idonei alla riduzione del rischio, la valutazione dei climi severi caldi (serre, lavorazioni agroindustriali) e freddi (celle frigorifere), il problema degli sbalzi termici e dell’acclimatamento, su cui la normativa di riferimento mostra ancora diverse carenze.

6.5 Aspetti ergonomici

Di notevole interesse, anche alla luce delle statistiche che pongono posture, movimentazione dei carichi e gesti ripetitivi al primo posto come causa di malattie professionali in agricoltura, sono le ricerche sugli aspetti più rigorosamente ergonomici.

Sono stati affrontati di recente in riferimento ad alcuni aspetti posturali ed ai rischi legati alla movimentazione dei carichi ed ai lavori ripetitivi (Gubiani et al., 1997; Monarca et al., 2001, Schillaci et al., 2010). Una prima indagine era stata svolta da Pellerano (1988), e la tematica fu ripresa a seguito delle innovazioni relative introdotte dal D.Lgs. 626/94. Come richiesto dalla normativa (EN 1.005-5, ISO 11.288-3), per valutare il rischio muscolo-scheletrico sono utilizzati il metodo NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health, 1981) per la movimentazione manuale dei carichi ed il metodo OCRA (Occupational Repetitive Action, 1996), modelli messi a punto da alcuni ricercatori italiani come Colombini ed Occhipinti di Milano. Questi modelli sono stati analizzati per valutare i rischi di sovraccarico biomeccanico degli arti superiori e del rachide connessi alle operazioni colturali eseguite in apprestamenti protetti, vivai, vigneti e allevamenti zootecnici.

La crescente sensibilità al benessere dei lavoratori ed alla diminuzione della fatica fa ipotizzare che nel prossimo futuro le ricerche riguardanti le tematiche sopra elencate possano ulteriormente incrementarsi, coinvolgendo altre professionalità, soprattutto di settori non ingegneristici, coma la Medicina del Lavoro.

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7 GESTIONE DEI SISTEMI: SVILUPPO E MIGLIORAMENTO DEI SISTEMI DI AIUTO ALLE DECISIONI PER LA PIANIFICAZIONE DELLE OPERAZIONI E DELLA LOGISTICA A LIVELLO STRATEGICO, ECONOMICO E OPERATIVO (BERRUTO, BODRIA, CAPRARA, PICCAROLO)

L’approccio di sistema è il processo che si riferisce allo studio del sistema nel suo complesso, piuttosto che all’esame dei singoli componenti.

Il sistema è un insieme ordinato di entità fisiche o astratte interconnesse tra loro, caratterizzato delle seguenti proprietà:– complessità: è descritto da molte relazioni tra gli oggetti che lo compongono;– interattività: è costituito da un numero di componenti che interagiscono

reciprocamente;– dinamicità: il suo comportamento varia nel tempo.

I modelli di simulazione si applicano allo studio di sistemi e sono utilizzati nelle situazioni dove non ci sono soluzioni analitiche o dove non si possono definire strategie e scelte con delle equazioni. Lo scopo della modellistica è interpretare il funzionamento di un sistema reale, evidenziare i fattori limitanti e sperimentare nuovi scenari.

La classificazione principale dei modelli è in funzione dei valori dei parametri nel modello durante la simulazione;– modello deterministico: quando il valore del parametro non cambia per tutta la

durata dell’esperimento simulato. In questo caso viene utilizzato di solito il valore medio;

– modello stocastico: quando il valore del parametro non è più definito come una costante, ma viene di volta in volta estratto da una distribuzione casuale di valori generata a partire da dati sperimentali.Ma è anche possibile classificare i modelli in funzione dell’avanzamento del tempo

simulato:– modello continuo: quando l’avanzamento del tempo simulato segue un intervallo

costante (es. variazione di umidità del prodotto durante l’essiccazione);– modello discreto ad eventi: quando l’avanzamento del tempo simulato segue un

intervallo discreto definito dalla variabile che cambia stato nel sistema (es. numero di rimorchi in coda nel sistema).Lo studio di simulazione richiede il completamento di una sequenza di fasi:– definizione degli obiettivi;– raccolta dati con prove in campo/laboratorio;– implementazione del modello;– verifica e validazione;– sperimentazione di scenari;– analisi dei risultati e discussione.

Il sistema è rappresentato come un insieme di sottosistemi, interconnessi tra loro tramite uno scambio di informazioni e di entità. Vi sono molti livelli di sottosistemi, e il dettaglio di ogni sottosistema dipende dagli obiettivi prefissati. Occorre possibilmente dettagliare maggiormente le parti del sistema che più influenzano il risultato finale.

I modelli possono essere utilizzati per simulare un processo specifico (ad esempio la singola operazione in campo che contempli il lavoro di più macchine), oppure usati per

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descrivere l’impatto a livello regionale di un’innovazione (ad esempio l’aumento della capacità delle mietitrebbiatrici sulla operatività dei centri di stoccaggio e sulla performance della supply-chain nel suo complesso).

Circa i campi di applicazione dei modelli essi si adattano alla simulazione di differenti condizioni riscontrabili sia nel settore agricolo sia in quello forestale.

I modelli continui si prestano per analizzare processi in continuo, quali l’essiccazione, la fermentazione e così via. E’ evidente come l’unità di tempo simulato condizioni la precisione dei risultati.

I modelli discreti a eventi presentano ottime possibilità di utilizzo qualora vengano impiegati nella simulazione di processi paralleli o ad esempio quando si simuli una catena di macchine al lavoro e le loro interazioni. Essi sono caratterizzati da singoli oggetti con diversi comportamenti e attributi (per esempi diversi tipi/dimensioni di mietitrebbiatrici, diversi tipi di autocarri, differenti densità di strade forestali in rapporto ai sistemi di esbosco).

Questo tipo di modelli è usato per la simulazione di operazioni complesse a livello aziendale o inter-aziendale (ad esempio operazioni di raccolta e trasporto dei cereali dal campo all’azienda, organizzazione dell’allevamento, conferimento di prodotti ad un centro di confezionamento o di stoccaggio), o per lo studio della supply-chain nella sua interezza (per esempio confezionamento e trasporto del prodotto lungo tutta la filiera, studio della qualità e dei costi logistici per la distribuzione del prodotto locale). Di particolare interessa appare l’adozione dei modelli discreti a eventi alle supply chain di prodotti alimentari deperibili, la cui shelf life è spesso molto limitata, e ciò rende i tradizionali strumenti della logistica spesso non adeguati, richiedendo lo sviluppo di nuovi strumenti in grado di gestire congiuntamente dinamiche e cinetiche (tempo-continue) di deperimento o maturazione dei prodotti insieme a dinamiche proprie del product-handling.

I modelli di simulazione possono essere usati da soli o in combinazione con strumenti di ottimizzazione, quali la programmazione lineare, l’euristica e gli algoritmi genetici.

7.1 La sensoristica e l’informatica, l'automazione e la robotizzazione

Nel settore della sensoristica applicata ai biosistemi notevole è lo sviluppo di sistemi e dispositivi impiegati con finalità diverse.

Nell’ambito dell’individuazione dello stato fisiologico nelle colture è stato messo a punto un sistema di “non contatto” per la misura della riflettanza spettrale della coltre vegetale in campo. Esso è stato sperimentato su riso al fine di quantificare le variazioni naturali delle caratteristiche spettrali indotte da fattori come la varietà, l'ambiente e le tecniche colturali adottate, ecc., con l'obiettivo di realizzare un sensore che, montato su trattore, individui le aree degli appezzamenti dove si manifestano sintomi di stress nutrizionali.

Un approccio simile, ma basato su sensori a ultrasuoni, è stato impiegato per valutare il vigore vegetativo nella vite. Il sistema messo a punto, grazie all’integrazione con GPS, permette di ottenere mappe di vigore dei vigneti che sono risultate fortemente correlate alle caratteristiche qualitative delle uve prodotte. Un tale strumento permette di individuare le aree che necessitano di mirati interventi colturali al fine di correggere i disordini fisiologici che possono incidere sui risultati aziendali.

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Di notevole interesse è l’adozione di sensori per l’identificazione automatica di patologie nelle colture. Spesso le patologie vegetali si manifestano come una locale degradazione del tessuto seguita da clorosi. In stadi molto anticipati, che precedono i sintomi visibili, l'apparato fotosintetico della pianta reagisce all'attacco del patogeno con un incremento dell'intensità della fluorescenza emessa dai cloroplasti. È stato, quindi, messo a punto un sistema sperimentale per l'acquisizione di immagini multispettrali di fluorescenza basato su una sorgente di luce UV e violetta e su una telecamera equipaggiata con splitter ottico.

È stato possibile evidenziare che tale tecnica consente di identificare sintomi pre-visuali (a 2-3 giorni dall'inoculazione) come areole circolari di 2-3 mm di diametro con intensità di fluorescenza significativamente più elevata rispetto al tessuto non ancora attaccato.

Seguendo la stessa linea di sviluppo, è stato messo a punto una piattaforma multi-sensore montata su un trattore che ha percorso, in diverse date, parcelle di campo inoculate artificialmente. Il sistema, completamente automatico, è stato in grado di individuare le aree infettate, di quantificare l’intensità della patologia e di seguirne lo sviluppo nell’arco della stagione. In particolari condizioni di illuminazione, il sistema ha mostrato una sensibilità di individuazione dei sintomi superiore a quella dei contestuali rilievi visuali condotti da un fitopatologo.

Sempre nell’ambito della protezione delle colture un contributo fondamentale può venire da sistemi automatici in grado di monitorare, direttamente in campo e con continuità nell’arco della stagione, l’interazione fra insetti bersaglio e attrattivi semiochimici, registrando informazioni fondamentali per l’ottimizzazione di dispositivi di difesa basati su questi principi.

A tale fine, sono state messe a punto unità automatiche di campo capaci di registrare sia gli ingressi di fitofagi entro stazioni di attrazione, sia il loro comportamento in relazione alla sorgente semiochimica. I dati registrati sono scaricabili remotamente via rete GSM, così come allo stesso modo è possibile configurare il funzionamento del sistema. Sono in fase di studio versioni semplificate dei sistemi già realizzati, al fine di valutare la fattibilità di reti di monitoraggio delle più importanti specie parassite in grado di informazioni in tempo reale utili alla difesa dei grandi comprensori viticoli, frutticoli e ortofloricoli, delle foreste e dei parchi.

Il mercato dei prodotti ortofrutticoli richiede dispositivi in grado di effettuare analisi in tempi veloci e mirati a pochi parametri tecnologici (grado zuccherino, acidità, ecc.). Con questo obiettivo si stanno studiando sensori ottici specifici aventi come scopo di intervenire solo su particolari frutti, se non addirittura su determinate cultivar. Le ricerche, attivate per uva bianca, uva nera e mirtilli, hanno alla base l’individuazione, tramite studi chemiometrici, di specifiche lunghezze d’onda per identificare i led ed i fotodiodi che costituiscono il cuore dei dispositivi

Un particolare settore di applicazione è quello della gestione ottimale dei processi fermentativi. Sono in fase di studio preliminare metodi ottici per valutare on-line la concentrazione degli acidi grassi volatili (AGV) che sono noti per giocare un ruolo di primaria importanza e la cui valutazione mediante campionamenti e tecniche analitiche è utilizzata per definire il carico organico più appropriato con cui alimentare i reattori. Il ricorso a specifici sensori permette di svincolarsi dalla necessità di campionare il volume di reazione e di effettuare il monitoraggio on-line, nella prospettiva di un’automazione dei processi di fermentazione.

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Lo studio e l’applicazione della robotica e dell’automazione alle bioproduzioni fanno particolare riferimento alle colture in serra e al vivaismo. Nell’ambito delle ricerche sono stati sviluppati diversi prototipi di celle robotizzate multifunzionali operanti a punto fisso per applicazioni in serra, asserviti da sistema di bancali mobili. Tali macchine sono in grado di condurre, attraverso il cambio automatico dell’utensile, diverse operazioni colturali, tra cui trattamenti fitoiatrici, fertilizzazione, potatura e cimatura, product handling.

Figura 21 – Struttura robotizzata cartesiana su struttura a portale con cambio utensile automatico

Gli ultimi progetti, alcuni attualmente in corso o in avvio, hanno portato allo sviluppo di un rover multifunzionale ad elevata destrezza di navigazione, in grado di operare autonomamente nel settore vivaistico su colture in vaso

7.2 La modellazione e il controllo dei processi

Il controllo dei processi è particolarmente presente in tutta la filiera del post-raccolta e della lavorazione dei prodotti agricoli. Una tecnologia in corso di sperimentazione è l’analisi dell'immagine: differenti tecniche di imaging sono state applicate nella valutazione di alcune caratteristiche qualitative dei frutti. L'analisi multispettrale, che combina immagini dello stesso campione acquisite a due o più lunghezze d'onda, è stata applicata con successo nell'identificazione precoce di ammaccature su pera e mela, indotte in condizioni controllate. In proposito, è stato definito un metodo per selezionare le bande spettrali da utilizzare, che ha consentito l’identificazione automatica delle ammaccature dopo 24 ore dal danneggiamento.

Un approccio simile, già descritto in precedenza, è stato applicato nell'individuazione di danni indotti da patogeni (Penicillium sp.) su varietà rosse di pesche, così come l’acquisizione e riconoscimento automatico di immagini nelle bande del visibile e NIR si sono dimostrate il presupposto per la valutazione della presenza di lesioni su tuberi di patata nella fase successiva alla raccolta.

Sistemi di illuminazione a luce UV e blu e dotati di telecamera con filtro passa-alto, sono stati applicati per la misura del contenuto in clorofilla da utilizzare come indicatore dello stadio di maturazione di un frutto. Su albicocche cv San Castrese e mele cv Red

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Delicious si è trovato che l'intensità dei pixel nelle immagini di fluorescenza è ben correlata alla durezza e al contenuto zuccherino. Risultati soddisfacenti si sono ottenuti anche per varietà a pigmentazione rossa di pesche e nettarine, con un illuminatore basato su LED rossi ultrabrillanti. Per tali casi è stato sviluppato e sperimentato un dispositivo per la misura puntuale della riflettanza in due bande, basato su un diodo laser e su LED. Esso ha portato alla definizione di un indice di maturazione basato sul contenuto di clorofilla che ha permesso di seguire la maturazione dei frutti nella fase post-raccolta anche in assenza di variazioni significative di colore. Questi studi, alcuni descritti in dettaglio in un precedente paragrafo, sono alla base della progettazione di sistemi semplificati per l’ambito operativo.

Per molti frutti la qualità e freschezza sono legate alla loro brillantezza, ossia alla componente speculare della loro riflettanza. Per la valutazione obiettiva e ripetibile di tale proprietà sono state studiate due tecniche che, applicate alle fragole, hanno fornito risultati preliminari di grande interesse: una sorgente laser e un fotosensore collimato, combinati secondo un’opportuna configurazione geometrica, e un sistema basato sull'analisi di immagini a colori acquisite con telecamera polarizzata per applicazioni su linee di cernita. I risultati sono incoraggianti e costituiscono la base per lo sviluppo di postazioni di cernita automatiche in grado di selezionare prodotti destinati a mercati premium.

Sistemi basati su tecnologie Vis/NIR (Visibile/Vicino Infrarosso) sono impiegati per l’individuazione di parametri qualitativi tradizionali (durezza, grado zuccherino, acidità) e nutraceutici (contenuto di clorofilla, flavonoidi, polifenoli, acido ascorbico e carotenoidi). Un sistema è stato sperimentato su tre specie frutticole tipiche della Valtellina (melo, mirtillo e uva) di diverse cultivar, ottenendo risultati più che soddisfacenti che suggeriscono l’utilizzo delle tecniche Vis-NIR anche in campo come alternativa ai metodi tradizionali, per la valutazione dello stadio di maturazione e del contenuto nutrizionale in tempi ridotti e con una preparazione del campione assai semplice.

8 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE

Il settore dell’Ingegneria agraria, forestale e dei biosistemi, così come tutta l’Università italiana, sarà chiamato ad affrontare nei prossimi anni un periodo davvero critico, con tagli sia agli organici sia ai fondi per la ricerca e per il funzionamento delle strutture.

Paradossalmente, il quadro che invece emerge dalla presente panoramica sullo stato della ricerca, mette in luce la vivacità e le grandi potenzialità del nostro settore.

Le nostre linee di ricerca coinvolgono temi di grande interesse, perfettamente coerenti con il modello di sviluppo sostenibile che l’Unione Europea ha posto tra le proprie priorità fondamentali: dalla gestione delle risorse naturali ai sistemi energetici sostenibili, dalla sicurezza e qualità dei prodotti alimentari al benessere dei cittadini e dei lavoratori, solo per citarne alcuni. Oltre alla ricerca è fondamentale il compito svolto nelle funzioni di assistenza e trasferimento tecnologico alle aziende dei comparti agro-forestale ed agroindustriale, specialmente per l’adeguamento agli standard europei ed internazionali. Se riusciremo ad affiancare questo modello di sviluppo, potranno essere risolti anche i problemi legati al finanziamento della ricerca, anche se resteranno quelli

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per la ricerca di base. Tra le tematiche di ricerca coerenti con il modello europeo vi sono sicuramente

quelle riguardanti l’ambiente, in cui il nostro settore contribuisce con temi quali lo studio delle interazioni macchine-suolo, la riduzione delle fonti di inquinamento, lo sviluppo di macchine e componenti innovativi per contenere l’impiego dei fitofarmaci e il loro potenziale danno ambientale, la progettazione di impianti a ridotto impatto, la meccanizzazione delle operazioni forestali e del verde.

Altra tematica è quella della qualità e delle sicurezza degli alimenti, che nella presente relazione occupa uno spazio rilevante. I filoni di ricerca riguardano i nuovi prodotti, l’ottimizzazione dei processi e l’individuazione di tecnologie innovative, l’analisi dei rapporti tra le diverse soluzioni impiantistiche e la qualità delle produzioni, la valorizzazione delle produzioni di qualità italiane, la loro tracciabilità e rintracciabilità, il rapporto di collaborazione con le aziende nello sviluppo di macchine ed impianti per le fasi di raccolta, trasformazione e post-raccolta. Una attenzione crescente è dedicata alla agricoltura biologica: il nostro settore vi contribuisce con la messa a punto di nuove macchine da impiegare, ove possibile, in sostituzione delle tecniche tradizionali ad elevati input chimici.

Il tema energetico è probabilmente quello attualmente di maggior interesse, anche per il crescente costo dei combustibili tradizionali. Il settore agroforestale non può certamente risolvere i problemi di approvvigionamento energetico del nostro paese, ma può contribuire a ridurre gli effetti sul riscaldamento globale ed offrire al contempo interessanti prospettive di reddito alle aziende del settore. Altrettanto attuali sono i temi del risparmio energetico, delle applicazioni delle nuove tecnologie e dello sviluppo dei sistemi di produzione di elettricità da biomassa.

La diminuzione di manodopera, il problema delle malattie professionali e degli infortuni, nonché la crescente sensibilità al benessere dei cittadini europei, mettono in rilievo i vari aspetti legati alla necessità di garantire ai lavoratori adeguate condizioni di salute e sicurezza durante il lavoro. La sicurezza del lavoro non deve essere vista un mero obbligo di legge per le aziende e le imprese, ma va integrata nei sistemi di qualità aziendale, con cui condivide approccio e tecniche di valutazione. Il D.Lgs. 81/2008 ed ancor prima il D.Lgs. 626/94 hanno introdotto il nuovo approccio alla sicurezza, basato sulla valutazione dei rischi e sulla loro conseguente riduzione. La fase attuale vede il passaggio dalla fase di valutazione a quella d’individuazione e messa a punto di procedure tecniche ed organizzative idonee ad abbattere i rischi alla fonte, a partire dalla progettazione dei layout produttivi e della scelta delle macchine e degli impianti più idonei. Il passo successivo, quello del miglioramento del benessere e del comfort dei lavoratori, è già iniziato, come dimostra la crescente attenzione agli studi sugli aspetti ergonomici.

Il settore agro-forestale è ancora fortemente legato alle tradizioni, ma si stanno pian piano affacciando nuove opportunità collegate alle applicazioni dell’elettronica e della informatica alle macchine agricole e forestali ed agli impianti di lavorazione. Lo testimonia il recente sviluppo di filoni di ricerca sulle applicazioni della robotica, della sensoristica e della automazione, in particolare nelle serre e nel vivaismo. Interessanti sono anche le applicazioni di tecnologie, già sperimentate con successo in altri settori, al controllo dei processi ed alla gestione dei sistemi.

I dati presentati nell’introduzione evidenziano come il nostro S.S.D. debba

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affrontare seri problemi di organico in alcune sedi e come le prospettive a breve non siano purtroppo affatto positive. Gli Atenei, e di conseguenza il corpo docente, saranno valutati in futuro per i risultati che sapranno offrire in termini di didattica e soprattutto di ricerca. Il combinato disposto, per usare un termine giuridico, dei due aspetti indica come sia necessario in futuro ampliare i gruppi di ricerca, allargando la collaborazione delle sedi.

Nel recente passato tale collaborazione è risultata molto proficua, e i risultati sono ben evidenziati in questo studio; la creazione di gruppi di ricerca inter-ateneo legati ai progetti PRIN ha prodotto notevoli ricadute, in termini sia scientifici che di trasferimento tecnologico, con un apprezzabile numero di pubblicazioni di qualità. Peccato che attualmente i fondi PRIN siano diminuiti e che, per una serie di fattori che andrebbero approfonditi, solo uno dei nostri progetti di ricerca sia stato finanziato nell’ultimo bando. E’ comunque necessario mantenere e creare nuovi gruppi di lavoro, sempre più numerosi e interdisciplinari, con il coinvolgimento in primis degli altri due settori ingegneristici. La collaborazione va allargata ai colleghi stranieri, creando o partecipando a network di ricerca europei (e non solo) sui filoni di maggiore interesse scientifico, una condizione necessaria per partecipare con successo ai bandi di ricerca UE, ed ampliare le possibilità di finanziamento.

Sempre in questa logica va incentivata la collaborazione tra i laboratori e anche tra le scuole di dottorato di ricerca, spingendo i giovani ricercatori allo scambio di esperienze e conoscenze, ad esempio con cicli di seminari e summer school, tenuti da esperti italiani e stranieri. La difficoltà di giovani dottorandi e laureati di proseguire nella carriera universitaria, legata sia al blocco degli organici sia alla quantità di dottori di ricerca, stimola alla creazione di Spin-off universitari, utili anche per le attività di trasferimento tecnologico alle imprese.

Nella valutazione della ricerca uno degli aspetti fondamentali riguarda la collocazione editoriale delle pubblicazioni scientifiche. Fortunatamente, grazie allo sforzo di tutti, nell’ultimo periodo il numero delle pubblicazioni su riviste internazionali è notevolmente incrementato, riducendo il gap che ci separava da altri S.S.D., a scapito delle pubblicazioni sulle riviste non referizzate e della partecipazione ai Convegni. Pubblicare su riviste straniere di prestigio certamente agevola il processo di internazionalizzazione, fa conoscere all’estero i lusinghieri risultati raggiunti dalle nostre ricerche, aumenta la competitività e contribuisce ad elevare il livello dei nostri lavori.

Ci sono però alcune possibili effetti collaterali che vanno evidenziati, proprio per contenere le loro ricadute negative nel breve-medio periodo.

La partecipazione ai Convegni, sia in Italia sia all’estero, è fondamentale come occasione di scambio di conoscenze, di confronto e di arricchimento culturale. Nel prossimo futuro i nostri convegni più importanti dovrebbero essere utilizzati anche per incrementare i rapporti con i colleghi europei (e non solo), nella logica di internazionalizzazione più volte richiamata. Molto interessante al riguardo è l’esperienza del Congresso di Ragusa SHWA, che si tiene a cadenza biennale a partire dal 2008, con papers e comunicazioni orali esclusivamente in inglese. Le prospettive in termini di crescita di speakers stranieri appaiono davvero incoraggianti, così come è utile la pubblicazione sul sito dei testi dei lavori, che certamente porterà ad aumentare i nostri citation index.

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Pubblicare solo su riviste internazionali, se certamente a breve aiuta le carriere e gli indici di valutazione, può alla lunga penalizzarci in termini di visibilità e di riconoscimento sociale nel nostro paese. Molte riviste internazionali sono per specialisti ed addetti ai lavori e non sono lette, se non in rari casi, dal mondo produttivo e delle istituzioni. Appare più opportuno consigliare, come molti colleghi saggiamente già fanno, un giusto mix tra pubblicazioni di carattere scientifico e pubblicazioni più divulgative, che evidenzino le ricadute e l’utilità delle nostre ricerche, o in alternativa trovare altre forme di diffusione, nella logica del saggio detto: fare, saper fare e fare sapere. È bene che questa impostazione sia fatta propria in particolare dai giovani colleghi, che devono saper trovare un corretto equilibrio tra impegno nella ricerca e attività di divulgazione scientifica, a beneficio della società civile e dello sviluppo del nostro paese.

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Convegno di Medio Termine dell’Associazione Italiana di ... · Meccanica: meccanica agraria e...

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