Un producto innovador con el potencial de reemplazar los polímeros utilizados en fertilizantes del suelo se está desarrollando en São Carlos, en el estado de São Paulo, Brasil.
Por Karina Ninni, FAPESP
La innovación consiste en sobres de almidón reforzados con nanopartículas que contienen fertilizantes en polvo o granulados. El almidón es un polímero biodegradable y, en formato de sobre, puede contener una mezcla de diversos nutrientes esenciales para los cultivos.
Este trabajo es posible gracias a una colaboración entre el Laboratorio Nacional de Nanotecnología para la Agricultura (LNNA) de Instrumentación de EMBRAPA, una de las unidades descentralizadas de EMBRAPA (Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria), y la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar).
Existen nutrientes esenciales e irremplazables para las plantas, como el trío de nitrógeno, fósforo y potasio [NPK], que suelen aplicarse al suelo en forma de cloruro de potasio, altamente soluble. Los agricultores suelen aplicar una gran cantidad al campo para asegurar su absorción. Sin embargo, la planta cultivada no puede absorber inmediatamente todo este fertilizante, explica el químico João Otávio Donizette Malafatti.
Este exceso se convierte en una pérdida económica y puede contaminar el entorno. Los sobres controlan la liberación para que la planta se alimente gradualmente. En este sentido, modulamos diferentes tipos de sobres según los nutrientes que vayamos a añadir.
Malafatti es la primera autora del artículo resultante, publicado en la Revista de Polímeros y Materiales Inorgánicos y Organometálicos . Fue supervisada por Elaine Cristina Paris, investigadora de Instrumentación de EMBRAPA. Paris es investigadora del Programa de Posgrado en Química (PPGQ) de la UFSCar.
Malafatti desarrolló sobres de almidón procesados con urea y ácido cítrico, reforzados con zeolita, rica en iones de cobre. La zeolita es un mineral poroso con una alta capacidad de adsorción de iones, como el cobre.
«El almidón es un material susceptible a la degradación», afirma. «Por lo tanto, se necesita una formulación que permita que los sobres conserven sus características hasta su destino en el suelo. En este proceso, los iones de cobre presentes en la zeolita tienen una doble función: poseen excelentes propiedades antimicrobianas, tanto para hongos como para bacterias, controlando el crecimiento de microorganismos, y, además, son fuente de micronutrientes minerales, que posteriormente son absorbidos por las raíces».
En el estudio, la presencia de cobre controló el crecimiento del hongo Alternaria alternata, explica Malafatti: «El objetivo es lograr un equilibrio entre la conservación de los sobres en la aplicación final en el suelo y la posterior puesta a disposición de su contenido al medio externo».
Resistencia y estabilidad
Según Malafatti, los polímeros biodegradables y las matrices de almidón aún deben superar ciertos desafíos en comparación con productos similares derivados del petróleo, especialmente en cuanto a resistencia mecánica y estabilidad a lo largo del tiempo. Por lo tanto, la investigación busca desarrollar formulaciones capaces de mejorar estas propiedades.
En el estudio, el grupo evaluó diversas concentraciones de zeolita y descubrió que un valor máximo del 3 % en relación con el almidón aumentaba significativamente la resistencia mecánica. Sin embargo, por encima de ese límite, las partículas tienden a aglomerarse, lo que debilita la película. Además de liberar nutrientes, la zeolita cumple otra función durante los períodos de sequía.
«Puede almacenar agua gracias a su alta porosidad e hidrófilo, lo que significa que tiene una alta afinidad por las moléculas de agua», explica Paris. El investigador compara el sobre con una bolsita de té a la que se le añade fertilizante granulado.
Sobres versátiles
Según los científicos, los sobres son versátiles porque aumentan la solubilidad de los fertilizantes almacenados y controlan la liberación de fuentes altamente solubles. Esto reduce la pérdida de fertilizantes por dispersión aérea y lixiviación pluvial.
En un trabajo previo supervisado por París, la estudiante de doctorado de la UFSCar, Camila Rodrigues Sciena, había investigado un candidato a fertilizante: la hidroxiapatita, una fuente de fósforo. El objetivo era aumentar su solubilidad. Los científicos descubrieron que la acidificación del medio con pectina en la composición del sobre de almidón aumentaba la solubilidad al combinarse con hidroxiapatita nanoparticulada.
Con el agua, el almidón se vuelve gelatinoso y mantiene el fertilizante en el suelo, disponible para la planta, de modo que se pueden minimizar las pérdidas futuras por lluvia o viento. El objetivo es reducir la percolación [el paso del agua a través de material poroso, lo que provoca la extracción de compuestos] y el arrastre de fertilizante particulado dentro del sobre”, explica Sciena.
En el caso del trabajo de Malafatti, el grupo trabaja con un fertilizante altamente soluble que se disuelve rápidamente al entrar en contacto con el agua.
“En este caso, la intención es que el fertilizante se libere gradualmente , evitando pérdidas por lixiviación o dispersión en el aire. Es una liberación sostenida, que dependerá de la formulación de los sobres”, explica Paris.
Para evaluar la capacidad de liberación de nutrientes, los sobres se mantuvieron en un medio acuoso durante 30 días. El experimento demostró la liberación parcial de iones de cobre (7 mg L -1 ) y urea (300 mg L -1 ). Las propiedades hidrofílicas de los sobres favorecieron el contacto con el ambiente externo, facilitando la permeación del agua y la liberación de cloruro de potasio.
“Los sobres obtenidos podrían minimizar las pérdidas en la aplicación de fertilizantes, además de controlar la cantidad de nutriente que estaría en contacto con el suelo”, afirman los autores.
También se realizaron pruebas de solubilidad y citotoxicidad en la zeolita de cobre para determinar sus propiedades y su posible interacción con el medio ambiente tras su liberación de los sobres. Las pruebas de citotoxicidad realizadas en el crecimiento de la raíz de berro sugieren una viabilidad germinativa del 92 % tras una hora de exposición a la zeolita, lo que indica su potencial uso en la agricultura.
Para verificar la disponibilidad de cobre, se realizaron pruebas de solubilidad en agua (pH neutro) y ácido cítrico. La eficiencia de desorción, o el proceso por el cual una sustancia se libera de la masa o superficie de otra, incrementó la disponibilidad de cobre en un ambiente ácido, pasando del 5 % al 45 % del total esperado.
Costos y personalización
Según París, se están realizando investigaciones para buscar alternativas para reducir el costo de los procesos y materiales para la liberación prolongada de fertilizantes.
El almidón es una materia prima prometedora, aunque la adición de componentes adicionales puede influir en el coste final del material. En el trabajo de Malafatti, no utilizamos almidón de otras fuentes, como residuos, por ejemplo. Es almidón comercial —afirma el investigador—. Sin embargo, para la fertilización del suelo, no es necesario utilizar almidón de alta pureza, como el que se utiliza en la industria alimentaria. Por lo tanto, el objetivo es intentar abaratarlo al máximo para que la agroindustria pueda incorporarlo. De esta forma, los sobres tienen un mayor potencial de comercialización, contribuyendo así a los avances tecnológicos en la agricultura.
Otra ventaja es que el fertilizante añadido no afecta la formulación ni el formato del sobre durante el procesamiento.
«Cualquier fertilizante granular o particulado puede introducirse en el sobre, lo cual es otro punto positivo para su incorporación en la industria», señala Malafatti. Además, el sobre elimina la necesidad de que los trabajadores agrícolas manipulen directamente los fertilizantes en forma de partículas.
Según Paris, la tecnología aún se encuentra en fase de laboratorio. Sus aplicaciones iniciales se centrarían en paisajismo, jardinería, hidroponía e invernaderos. Sin embargo, para la producción agrícola a gran escala, se requieren optimizaciones en la escalabilidad y la viabilidad económica, que son los próximos pasos planificados por el grupo.
Sciena destaca que el sobre se puede utilizar para distintos cultivos.
Las uvas tienen necesidades diferentes a las de los tomates, por ejemplo. Se trata de una fertilización personalizada que permite adaptar la mezcla de nutrientes y el tipo de sobre. Uno puede ser más ácido para facilitar la solubilización de fertilizantes poco solubles, mientras que otro puede ser menos ácido para solubilizar lentamente los fertilizantes solubles, resume.
Más información
João Otávio Donizette Malafatti et al., Refuerzo de zeolita faujasita modificada con cobre en sobres de almidón biodegradable para la liberación de fertilizantes potásicos, Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials (2025). DOI: 10.1007/s10904-025-03655-1
Nota editorial:
Este artículo ha sido elaborado con fines divulgativos a partir de información pública y fuentes especializadas, adaptado al enfoque editorial del medio para facilitar su comprensión y contextualización.
