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Progetto IMPRESA, combattere gli stress ambientali del grano duro

L’agricoltura ha due sfide davanti a sé: nutrire una popolazione in crescita e affrontare le conseguenze del cambiamento climatico. L’Italia è in prima fila nel progetto di ricerca internazionale IMPRESA che ha l’obiettivo di accrescere la capacità di risposta e adattamento agli stress ambientali del grano duro ricombinandolo con specie selvatiche naturalmente resistenti

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Foto di CANDICE CANDICE da Pixabay

Italia in prima fila nel progetto IMPRESA. Accrescere la capacità di risposta e adattamento agli stress ambientali è l’obiettivo del progetto IMPRESA (IMProving RESilience to Abiotic stresses in durum wheat), che afferisce al programma PRIMA (Partnership for Research and Innovation in the Mediterranean Area).

IMPRESA è un progetto internazionale finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca con oltre 700mila euro. Per l’Italia partecipano ENEA e Università della Tuscia in qualità di ente coordinatore.

Le altre istituzioni scientifiche sono l’Università di Harran (Turchia), l’Università di Ferhat Abbas Sétif e il Centre de Recherche Scientifique et Technique sur les Régions Arides (Algeria) e il Center of Biotechnology of Sfax(Tunisia).

Le grandi sfide dell’agricoltura

Il progetto IMPRESA ha un valore per l’agricoltura e per l’ambiente, ma ne acquista ancora di più nella difficile situazione attuale in cui la guerra in Ucraina ha cambiato tutti gli scenari dell’agroalimentare.

L’agricoltura ha due sfide davanti a sé: nutrire una popolazione in crescita e affrontare le conseguenze del cambiamento climatico. Siccità, scarsità di acqua, erosione e alterazione dei suoli incidono pesantemente sulle colture dell’Italia e dei Paesi affacciati sul Mediterraneo.

Debora Giorgi, ricercatrice del Laboratorio Biotecnologie e responsabile per del progetto IMPRESA per l’ENEA ne spiega il valore: «Il grano duro è una coltura alimentare di importanza strategica per l’Italia e per molti Paesi che si affacciano sul Mediterraneo.

Ampliare la base genetica del grano duro

Con alcuni di loro stiamo lavorando per rendere questa pianta più resistente agli stress ambientali, come siccità, alte temperature e salinità del suolo, che a causa dei cambiamenti climatici sono sempre più diffusi, con forti penalizzazioni delle produzioni.

Per raggiungere questo risultato stiamo cercando di ampliare la base genetica del grano duro, che è stata fortemente ridotta dalla prolungata selezione per tipi più produttivi in condizioni ottimali di coltivazione.

Per farlo attingeremo al grande potenziale naturale presente nelle graminacee selvatiche, affini ai frumenti coltivati, che sono una valida fonte di geni per la tolleranza a condizioni ambientali estreme, perché queste piante non hanno subìto una selezione da parte dell’uomo e si sono adattate in modo naturale all’ambiente circostante».

Maggiore tolleranza a salinità e stress ambientali

I ricercatori ENEA del progetto IMPRESA stanno studiando la risposta allo stress salino di alcune linee ricombinanti di grano duro/graminacee selvatiche con risultati positivi.

La presenza di materiale genetico proveniente da specie selvatiche nel genoma del frumento duro conferisce alla maggiore tolleranza alla salinità e anche agli altri tipi di stress ambientali.

«Oltre allo sviluppo di nuove linee e di future varietà di grano duro, stiamo cercando di identificare anche i fattori chiave, come geni, proteine e metaboliti, alla base della risposta del frumento duro e delle graminacee selvatiche alle diverse condizioni di stress».

Varietà resilienti e sostenibili e sicurezza alimentare

Il miglioramento genetico delle specie vegetali è quindi funzionale alla sicurezza alimentare. Da alcuni anni i ricercatori ENEA analizzano i genomi vegetali come quelli del grano tenero, l’avena e la segale per individuare «varietà resilienti, ecosostenibili ed efficienti nell’uso delle risorse naturali disponibili».

È opportuno chiarire che in queste ricerche si impiegano strategie di ingegneria cromosomica non-OGM. Sono state trasferite quantità variabili del corredo genetico di specie selvatiche tolleranti agli stress ambientali che il team internazionale sta testando per selezionare quelle maggiormente resilienti.

«Sono già partiti i primi test che ci permetteranno di valutare la capacità di resilienza a siccità, alte temperature e salinità del suolo di queste nuove combinazioni di frumento duro e graminacee selvatiche sia in condizioni controllate sia in campo, nei vari ambienti pedo-climatici presenti nei Paesi che hanno aderito al progetto IMPRESA.

Nella fase successiva del progetto trasferiremo le nuove caratteristiche di adattamento a varietà di frumento duro meglio rispondenti alle esigenze di coltivazione dei diversi ambienti e degli utenti finali, come agricoltori e aziende sementiere e di trasformazione».

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Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.