L’impiego delle materie plastiche in agricoltura è diffuso, per via dei diversi vantaggi in termini di efficienza e risparmio economico che derivano dall’utilizzo di materiali a base polimerica.

In generale, i principali vantaggi dell’utilizzo delle materie plastiche in agricoltura comprendono l’aumento della resa delle colture, il risparmio di altri input agricoli come prodotti chimici e fertilizzanti e si possono razionalizzare nei seguenti punti:

• Coltvazione di frutta e verdure a prescindere dalla stagione.
• Migliorata qualità dei prodotti ortofrutticoli finali rispetto a quelli cresciuti in campo aperto, con ottimizzazione di tempistiche e rese.
• Gestione più efficiente dell’acqua e dei nutrienti in termini di conservazione, raccolta dell’acqua piovana, stoccaggio e distribuzione nelle colture.
  
• Risparmio di acqua negli impianti di irrigazione.
• Migliorato mantenimento delle condizioni termiche durante l’arco del tempo.
• Possibilità di produrre fiori e colture anche in regioni desertiche grazie alla fotoselettività.
• Maggiore protezioni nei confronti di insetti, volatili e condizioni atmosferiche.
• Riduzione dell’uso di agrofarmaci e della presenza di piante infestanti.

LE APPLICAZIONI DELLA PLASTICA IN AGRICOLTURA

Il crescente interesse nell'uso di pacciamatura e piccoli tunnel per la coltivazione protetta mira all’eliminazione delle specie infestanti, all’anticipata maturazione della produzione, alla protezione delle coltivazioni da alcuni parassiti e pertanto al miglioramento delle prestazioni produttive nel loro insieme.

La plastica pertanto, trova in agricoltura principalmente le seguenti applicazioni:

Nel complesso, i principali polimeri impiegati in agricoltura per queste applicazioni sono:

• Poliolefine (PE, PP, EVA)
• Polivinilcloruro (PVC)
• Policarbonato (PC)
• Polimetilmetacrilato (PMMA)
• Poliammidi (PA)
• Vetroresina (GRP)

Le principali variabili da cui dipende la prestazione della plastica nel settore agricolo sono:

Infatti, lo spessore di un telo per pacciamatura deve essere il giusto compromesso tra resistenza fisico-meccanica e capacità di trasmissione di luce e calore.

Un parametro fondamentale è il colore: i teli neri assorbono la maggior parte della radiazione UV-visibile e IR, comunque in funzione dello spessore, ma disperdono gran parte del calore in atmosfera mediante i moti convettivi, motivo per cui un buon contatto con il suolo è indispensabile per ottimizzare i fenomeni di trasporto termico. I teli chiari invece, assorbono una minima parte della radiazione solare ma ne trasmettono l’85-95 %, in cui la trasmissione, seppur dipendente dallo spessore, dall’opacità e dalla distanza dal suolo, è decisamente alta. I teli chiari sono infatti impiegati principalmente in aree geografiche più fredde. I teli bianchi/argentati, riflettono maggiormente la radiazione, motivo per cui i terreni sottostanti raggiungono temperature ben più basse di quelli neri. Inoltre, a seconda del grado di opacità, sarà più o meno necessario l’impiego di erbicidi e fumiganti.

Diversi colori possiedono diverse proprietà ottiche e assorbono/trasmettono diversi porzioni della radiazione elettromagnetica, influenzando così non solo l’efficienza e le prestazioni delle colture, ma anche il comportamento degli insetti. I teli per pacciamatura gialli, rossi e blu incrementano particolarmente la popolazione di afidi verdi dei peschi. I materiali colorati rientrano nella categoria di quelli FOTOSELETTIVI, le alternative smart del futuro.

Un altro parametro cruciale è il pattern di un telo: un profilo sbalzato con un motivo “a diamante” in un telo per pacciamatura, aiuta a ridurre le espansioni/contrazioni, assecondando maggiormente le variazioni della superficie del suolo, le quali comporterebbero l’allentamento del telo dal terreno.

Come ci si può facilmente aspettare, il tipo di plastica influenza anch’esso la prestazione finale, motivo per cui, a seconda dell’uso che se ne fa (telo piuttosto che serra), sarà più o meno indicato per una specifica applicazione.

Un parametro utilizzato per selezionare la plastica più opportuna è il PAR, ovvero la percentuale di radiazione trasmessa sulla fotosintesi nell’intervallo 400-700 nm, questo perché le piante usano la luce in questo range di lunghezze d’onda per effettuare la fotosintesi. I dati riferiti alle plastiche principalmente impiegate per film agricoli sono riportati in tabella:

*PAR: trasmissione % della radiazione (400-700 mm) sulla fotosintesi

In generale, la luce che penetra nella serra è condizionata dai seguenti fattori:

• tipologia di costruzione e di copertura.
• orientamento della serra.
• angolo di inclinazione della copertura/falda rispetto ai raggi solari.

LA STABILIZZAZIONE CHIMICA

Al fine di migliorare l’efficienza agricola, ottimizzando le condizioni di lavoro per avere maggiore produttività con un minor dispendio di risorse, la plastica da sola non può rispondere a tutte le esigenze che si presentano. Al fine di avere materiali prestanti ed efficienti, la plastica va stabilizzata, perché soggetta a degradazione termica e foto-ossidativa ad opera della radiazione elettromagnetica e dei fenomeni atmosferici, che agiscono come agenti erosivi. Stabilizzanti UV saranno pertanto necessari nella formulazione destinata all’uso agricolo.

Non solo gli agenti atmosferici, ma anche le sostanze chimiche impiegate per la fertilizzazione/disinfestazione dei campi contengono elementi come zolfo o alogeni, in grado di promuovere per via radicalica la degradazione dei polimeri e di interagire con gli additivi, inibendoli.

Gli additivi più comunemente utilizzati in questo settore sono:

Si riportano a titolo di esempio, alcune formulazioni comunemente impiegate:

SMALTIMENTO E SOLUZIONI BIO

Al termine del loro ciclo di vita, le materie plastiche per uso agricolo diventano rifiuti e in quanto tali vanno gestiti e smaltiti.

Una volta recuperate dai campi, le materie plastiche vengono solitamente lavate per eliminare sabbia, detriti, residui di vegetali e sostanze chimiche, prima di essere lavorate ed estruse in pellets. Il materiale può quindi essere riutilizzato per produrre nuovi articoli, ad esempio mobili per esterni.

Quando il riciclo meccanico non è praticabile, è possibile ricorrere al riciclo chimico e al recupero energetico. Si cerca di ricorrere sempre meno alla pratica dell’incenerimento, che ad oggi resta ancora l’unica soluzione nel momento in cui nessuna pratica di riciclo sia applicabile, per recuperarne quantomeno il valore energetico.

La soluzione più recente a cui si sta lavorando è l’impiego di plastiche biodegradabili, in grado di degradarsi a fine vita nel terreno, in tempi ragionevoli e senza la necessità di doverle recuperare e smaltire. Il problema principale di tali materiali tuttavia, è costituito dalle loro prestazioni tendenzialmente meno competitive delle plastiche derivate dal petrolio, anche se è in corso una vasta ricerca per trovare il compromesso migliore che si sposi con le esigenze del settore agricolo.

La degradazione si articola in due fasi, la disintegrazione, in cui si ha l’iniziale deterioramento delle proprietà fisiche, seguito dalla mineralizzazione, dove si ha la conversione delle catene polimeriche in frammenti molecolari via via più piccoli fino alla produzione di CO₂, acqua e biomassa (in condizioni aerobiche) oppure CH₄, acqua e biomassa (in condizioni anaerobiche). Il processo deve essere completo e verificarsi a un ritmo sufficientemente rapido in modo da evitare l'accumulo di materiali nell'ambiente.

Le materie plastiche, in base a quanto facilmente si degradano durante la loro esposizione in un ambiente specifico e al tipo di meccanismo, possono essere classificate nelle seguenti categorie:

• Materie plastiche non degradabili.
• Plastica facilmente degradabile/biodegradabile
• Materie plastiche a degradazione controllata.

Tra queste, le plastiche biodegradabili sono tutte quelle plastiche naturali o sintetiche in grado di degradarsi nell’ambiente per azione di fattori ambientali e di microorganismi. La possibilità di una degradazione controllata implica che il materiale d’interesse offra le prestazioni richieste per un periodo di tempo prestabilito, dopo il quale cessi la sua funzione e venga degradato nell’ambiente in cui si trova, comunemente via fotodegradazione, senza la necessità di rimozione e di lavorazione, condizione ideale per il settore agricolo.

Diversi sono i fattori che influenzano la degradazione della plastica nell’ambiente in cui si trova, e nel contesto agricolo le variabili principali sono:

• Condizioni atmosferiche (temperatura, umidità, agenti atmosferici e fenomeni metereologici).
• Sostanze chimiche impiegate in una coltura specifica.
• Composizione del materiale (tipo di additivi impiegati nella formulazione).
• Tipo di habitat (specie animali presenti, insetti/volatili/roditori).

Per concludere, la plastica utilizzata in agricoltura si presta ad ampio margine di miglioramento dal punto di vista di soluzioni biodegradabili e compatibili con le esigenze agricole, dal momento che la plastica è indispensabile per un’agricoltura efficiente e all’avanguardia ma che, se gestita erroneamente, contribuirebbe all’accumulo di rifiuti e al danneggiamento del nostro pianeta.

Si dimostrano pertanto indispensabili studi formulativi e test di caratterizzazione, per analizzare e ottimizzare il ciclo di vita di un materiale plastico destinato ad una applicazione agricola, studiandone la composizione di modo che possa offrire sia le prestazioni necessarie per l’arco di tempo desiderato che la possibilità di essere biodegradato a fine vita.

Martina Gardinetti & Maurizio Veronelli

RDLab137

Ultimo aggiornamento: 31/07/2020