Un nuevo sistema agrícola desarrollado por investigadores de la Universidad de Texas en Austin tiene como objetivo resolver uno de los mayores problemas de la agricultura moderna: el uso excesivo de fertilizantes para mejorar el rendimiento de los cultivos y la escorrentía química resultante que contamina el aire y el agua del mundo.
por la Universidad de Texas en Austin
El sistema de agricultura inteligente utiliza un hidrogel a base de cobre que captura el exceso de desechos de nitrato de la escorrentía de fertilizantes y los transforma en amoníaco, un elemento crítico en los fertilizantes, que luego se puede reutilizar. En las pruebas, el sistema tenía la capacidad de igualar o aumentar los rendimientos de los cultivos en comparación con los métodos tradicionales y, al mismo tiempo, minimizar los impactos ambientales.
«Diseñamos este sistema y demostramos que puede producir los mismos o más cultivos sin abusar del nitrógeno , que puede contaminar las aguas subterráneas y generar gases de efecto invernadero nocivos», dijo Guihua Yu, profesor de ciencia de los materiales en el Departamento de Walker de la Escuela de Ingeniería Cockrell. Instituto de Ingeniería Mecánica y Materiales de Texas.
El estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences , muestra que la película de gel a base de cobre no solo produce amoníaco a partir de los desechos de nitrato, sino que también detecta los niveles de nitrógeno en el suelo. Esta capacidad de detección ayuda a determinar el momento óptimo para drenar el nitrato, un compuesto de nitrógeno que es importante para el crecimiento de las plantas pero que puede ser un contaminante, del suelo para convertirse en amoníaco, evitando que se escape y contamine el medio ambiente circundante.
Como parte del proyecto, los investigadores trabajaron con expertos agrícolas para comparar su trabajo con los métodos agrícolas tradicionales. El sistema de cultivo inteligente produjo plantas de trigo y arroz que crecieron más altas con hojas más grandes, en comparación con otros métodos, con menos escorrentía de nitrógeno.
Además de los impactos ambientales, el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados también puede atrofiar el crecimiento de los cultivos, frustrando su propósito de mejorar la producción. Al producir amoníaco y monitorear los niveles de nitrógeno simultáneamente, esta nueva tecnología mejora el crecimiento de los cultivos al ayudar a las plantas a absorber y usar el nitrógeno de manera más eficiente.
La llamada agricultura inteligente es un área de investigación en crecimiento. Los líderes mundiales están lidiando con la forma de producir suficientes alimentos para la población mundial que se espera que aumente en más de 2000 millones de personas para 2050 con una escasa disponibilidad de tierras y la necesidad de minimizar las emisiones nocivas.
La agricultura no es la única industria que genera una importante contaminación por nitrógeno. Las aguas residuales industriales y municipales a menudo presentan altos niveles de nitrato debido a la producción de productos electrónicos, procesamiento de alimentos , fabricación de textiles y más.
«Necesitamos alimentar a nuestra creciente población, pero también necesitamos proteger nuestra agua y aire», dijo Yu. «Encontrar formas de capturar y reciclar aguas residuales ricas en nitratos podría tener enormes beneficios en todos los ámbitos».
La investigación se basa en avances agrícolas anteriores de Yu y su equipo, incluida la creación de suelos que se riegan solos y una forma innovadora de producir urea, otro elemento clave en los fertilizantes. El próximo paso de los investigadores será infundir inteligencia artificial en esta plataforma agrícola. Al hacerlo, pretenden ampliar la gama de cultivos en los que pueden trabajar y ampliar aún más las operaciones de fertilización.
Más información: Panpan Li et al, Un aerogel de electrocatalizador de un solo átomo de cobre multifuncional para detección inteligente y producción de amoníaco a partir de nitrato, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2023). DOI: 10.1073/pnas.2305489120
