Percorsi verso un’irrigazione a costo ottimale e a emissioni nette zero negli Stati Uniti

Nutrire le persone proteggendo il pianeta

Gli agricoltori dipendono dall’irrigazione per mantenere vive le colture quando la pioggia viene meno, ma pompare tutta quell’acqua normalmente brucia molte combustibili fossili. Questo studio pone una domanda semplice con grandi conseguenze: come possono gli Stati Uniti irrigare i loro campi in modo conveniente per gli agricoltori e molto più pulito per il clima, e cosa servirebbe davvero per raggiungere emissioni nette zero dall’irrigazione?

Perché conta l’energia per l’irrigazione

La maggior parte delle terre coltivate nel mondo dipende ancora dalle precipitazioni, lasciando i raccolti vulnerabili alla siccità e al cambiamento dei modelli meteorologici. I campi irrigati possono produrre più cibo e resistere meglio a caldo e siccità, ma a un costo. Spostare acqua da fiumi o falde profonde verso le colture già utilizza circa il 90% dei prelievi idrici globali e rilascia centinaia di milioni di tonnellate di anidride carbonica ogni anno, principalmente da diesel ed elettricità di rete usati per azionare le pompe. Negli Stati Uniti, le emissioni energetiche dell’irrigazione sono legate a quali colture vengono coltivate, dove si trovano, quanto è profonda la falda e se le pompe funzionano a diesel o a elettricità. Con il cambiamento climatico che riduce le disponibilità idriche, capire come alimentare l’irrigazione in modo più pulito diventa essenziale sia per la sicurezza alimentare sia per gli obiettivi climatici.

Testare percorsi più puliti per il pompaggio dell’acqua

Gli autori collegano due mondi che raramente vengono uniti: la modellizzazione dettagliata dei sistemi energetici e la gestione dell’acqua. Esaminano 774 contee statunitensi che insieme rappresentano il 98% dei prelievi nazionali per irrigazione. Per ciascuna contea ricostruiscono quanta acqua viene pompata, quanta energia ciò richiede, quando durante la giornata l’acqua è necessaria e quanta luce solare è disponibile per alimentare i pannelli. Costruiscono quindi un modello di ottimizzazione che sceglie tra pompe diesel, pompe elettriche, energia di rete, pannelli solari in azienda, batterie e serbatoi d’acqua. Il modello cerca la combinazione di attrezzature e operazioni a costo minimo soddisfacendo i bisogni orari d’acqua, e può anche essere vincolato a limiti progressivamente più stringenti sulle emissioni di carbonio, fino a un sistema completamente a emissioni nette zero.

Più economico e più pulito senza sforzi estremi

Rispetto alle pratiche attuali, i risultati mostrano che l’irrigazione negli USA è lontana dall’essere efficiente. In uno scenario business-as-usual, le pompe diesel ed elettriche esistenti continuano a funzionare come ora, con un costo di circa 3,8 miliardi di dollari all’anno e emissioni intorno a 9,9 milioni di tonnellate di anidride carbonica. Quando al modello è permesso scegliere la configurazione a costo ottimale senza vincoli climatici, esso quasi elimina l’uso del diesel a favore di pompe elettriche più efficienti e installa circa 6,6 gigawatt di potenza solare. Sorprendentemente, questo non solo riduce le emissioni del 39% ma diminuisce anche i costi annuali totali del 23%, risparmiando circa 0,89 miliardi di dollari. Spingere ulteriormente i tagli alle emissioni è ancora relativamente economico: ridurre circa l’85% delle emissioni aumenta i costi totali di meno dell’uno percento rispetto al business-as-usual, suggerendo che grandi benefici climatici sono disponibili con sacrifici finanziari modesti.

La ripida salita verso l’irrigazione a emissioni nette zero

Raggiungere vere emissioni nette zero dall’irrigazione è possibile nel modello ma molto più costoso. Per evitare qualsiasi emissione dalla rete elettrica, il sistema deve spostarsi interamente su solare in azienda, aumentare drasticamente la capacità delle pompe elettriche e aggiungere grandi quantità di batterie e stoccaggio d’acqua per livellare i naturali alti e bassi giornalieri di irraggiamento e domanda d’acqua. La capacità solare dovrebbe saltare dai 6,6 gigawatt del caso a costo ottimale a oltre 42 gigawatt, e il volume dello stoccaggio idrico supererebbe quello della diga più grande degli Stati Uniti. Queste aggiunte più che raddoppiano i costi annuali rispetto al business-as-usual. L’onere non ricadrebbe uniformemente: stati come California, Arkansas, Nebraska e Idaho rappresentano una larga quota dei costi e vedrebbero grandi cambiamenti con la graduale eliminazione del diesel e l’avvento del solare.

Limiti, scelte locali e opzioni future

Lo studio esplora anche quanto siano sensibili i risultati a input incerti come i prezzi dei pannelli solari, le efficienze delle pompe e le future emissioni della rete. I costi della tecnologia solare emergono come il fattore più importante: un solare più economico rende l’irrigazione a basso carbonio ancora più attraente, mentre costi molto più alti rallentano l’adozione e aumentano le emissioni. Al contrario, le incertezze sui prezzi del diesel e sui costi delle pompe cambiano di poco le decisioni ottimali, confermando che il diesel rende problemi su un’ampia gamma di ipotesi. Gli autori osservano che la loro analisi si basa sugli schemi irrigui attuali, ignora i costi per portare nuove linee elettriche in campi remoti e tratta ogni contea come un unico grande sistema, il che può sottostimare le complicazioni reali sulle singole aziende agricole.

Cosa significa per agricoltori e clima

Per un pubblico non specialista, la conclusione principale è che un’irrigazione più pulita non è solo una questione climatica, ma anche economica. Sostituire semplicemente pompe diesel inefficienti con pompe elettriche e aggiungere una modesta quantità di solare può far risparmiare soldi agli agricoltori e alla società, riducendo drasticamente le emissioni dall’irrigazione. Raggiungere il netto zero è molto più difficile e costoso, richiedendo grandi investimenti in pannelli solari, batterie e serbatoi d’acqua e un uso attento di terreni e materiali. Il lavoro suggerisce un percorso pratico: cogliere oggi i grandi tagli a basso costo disponibili tramite elettrificazione e irrigazione solare, pianificando al contempo in modo ponderato se e quando la spinta finale verso il netto zero avrà senso nelle diverse regioni.

Citazione: Späte, J., Mingolla, S. & Rosa, L. Pathways to cost-optimal and net-zero emissions irrigation in the United States. Nat Commun 17, 4504 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71122-7

Parole chiave: energia per l’irrigazione, pompe solari, emissioni agricole, gestione dell’acqua, agricoltura a emissioni nette zero