Investigadores han desarrollado una nueva clase de lubricantes sólidos biodegradables y no tóxicos que facilitan la dispersión de semillas mediante maquinaria agrícola moderna, con el objetivo de reemplazar los lubricantes existentes que plantean riesgos de toxicidad para los seres humanos y el medio ambiente.
por Matt Shipman, Universidad Estatal de Carolina del Norte
El artículo, «Lubricante sólido bioderivado basado en la teoría de grafos», se publica en la revista Matter .
Los investigadores también han desarrollado un modelo analítico que puede utilizarse para evaluar materiales candidatos para futuras tecnologías de lubricantes.
La agricultura moderna utiliza diversas máquinas para sembrar semillas con precisión y eficiencia. Sin embargo, puede ser difícil evitar que las semillas se atasquen en estas máquinas.
Para que las semillas fluyan sin problemas, los agricultores utilizan lubricantes sólidos que evitan que se aglomeren o se peguen. Desafortunadamente, los lubricantes comerciales contienen talco o microplásticos, lo que puede representar una amenaza para los agricultores, las tierras de cultivo y los polinizadores.
«Los lubricantes son esenciales para la agricultura moderna, pero los enfoques existentes están contribuyendo a la toxicidad en nuestras tierras agrícolas, lo que afecta la salud de los agricultores, la salud del suelo y los polinizadores que son esenciales para nuestro suministro de alimentos», dice Dhanush Udayashankara Jamadgni, coautor principal de un artículo sobre el trabajo y estudiante de doctorado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
«Hemos desarrollado una nueva clase de lubricantes sólidos seguros que son eficaces y no tóxicos».
«Existe una creciente cantidad de investigaciones que sugieren que los microplásticos son problemáticos tanto para la salud humana como para la ambiental, y queríamos crear un nuevo lubricante que fuera seguro y biodegradable», afirma Martin Thuo, coautor del artículo y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en NC State.
«Terminamos con algo que también es relativamente económico, eficiente y utiliza materiales sostenibles y fácilmente disponibles».
El nuevo lubricante se deriva de la celulosa, un material biodegradable de origen vegetal. Concretamente, está compuesto por millones de fibras diminutas de entre 0,2 y 2 milímetros de largo y entre 10 y 40 micras de ancho. La superficie de estas fibras está revestida con partículas hidrófobas que repelen el agua. A simple vista , el conjunto de fibras diseñadas se asemeja a un polvo.
Al mezclar este polvo con semillas, se reduce la fricción de dos maneras. Primero, la superficie de las fibras es más lisa que la de las semillas. Al deslizarse entre ellas, las fibras reducen la fricción mecánica que se produce cuando las semillas se frotan entre sí.
En segundo lugar, las partículas hidrófobas en la superficie de las fibras repelen el agua adsorbida en la superficie de las semillas, lo que las hace aún más resbaladizas. Esto permite que las semillas se desplacen por la maquinaria agrícola sin atascarse ni aglomerarse.
En pruebas de concepto y ensayos de campo con semillas de maíz y soja, el nuevo lubricante funcionó al menos cinco veces mejor que los mejores lubricantes de talco comerciales y 25 veces mejor que los lubricantes microplásticos.
«Y el nuevo lubricante supera incluso más a los lubricantes comerciales cuando se utilizan semillas más pequeñas, como mostaza y canola, o cuando hay alta humedad», afirma Udayashankara Jamadgni.
Y ese punto sobre la humedad es importante.
«En este momento, es difícil para los agricultores sembrar sus campos cuando hay mucha humedad o clima húmedo , porque esta humedad hace que las semillas se peguen y obstruyan la maquinaria», dice Thuo.
Hemos probado nuestro lubricante derivado de celulosa en condiciones húmedas (hasta un 80 % de humedad) y funciona de maravilla. Esto fue confirmado por agricultores que utilizaron nuestro nuevo lubricante en pruebas de campo a ciegas.
«Nuestro lubricante soporta muy bien las condiciones húmedas porque las partículas hidrófobas repelen el agua en la superficie de las semillas y permanecen resbaladizas», explica Thuo.
Además, el vapor de agua del aire puede filtrarse a través de los espacios entre las partículas hidrófobas de la superficie de las fibras y ser absorbido por la celulosa, lo que produce dos efectos: primero, reduce la cantidad de humedad disponible para que las semillas se adhieran entre sí; segundo, al absorber el vapor de agua , la celulosa hincha las fibras y las suaviza.
«Luego, a medida que las semillas y las fibras se agitan en la maquinaria agrícola, el agua se extrae de las fibras, donde entra en contacto con las partículas hidrófobas, volviéndolas aún más resbaladizas».
«También encontramos un beneficio adicional que no esperábamos en absoluto», dice Udayashankara Jamadgni.
Esto se debe a que la mayoría de las semillas utilizadas en la agricultura están recubiertas de una fina capa de nutrientes y pesticidas. Al sembrar con lubricantes convencionales, parte de esta capa se desprende. Los restos de la capa de la semilla se liberan en el sistema de escape de la maquinaria de siembra, creando una nube tóxica que representa un riesgo para los polinizadores, las aves y los agricultores.
«Nos sorprendió descubrir que nuestro lubricante derivado de celulosa reduce drásticamente este problema: se desprende muy poco del recubrimiento de la semilla», afirma Udayashankara Jamadgni. «De hecho, este es el tema de nuestro próximo artículo».
«Además, descubrimos que podemos filtrar las fibras derivadas de la celulosa en el lubricante del sistema de vacío utilizado en la maquinaria agrícola para plantar las semillas», dice Thuo.
Esto significa que se libera muy poco lubricante al medio ambiente, y que este puede reutilizarse o desecharse adecuadamente. Esto también se tratará en el próximo artículo.
Durante el desarrollo del nuevo lubricante, el equipo de investigación también desarrolló una herramienta que será útil para el desarrollo de nuevos lubricantes en el futuro. En concreto, Thuo y Udayashankara Jamadgni colaboraron con expertos en teoría de grafos de la Universidad de Michigan y la Universidad del Sur de California.
«En esencia, hemos podido definir un espacio de parámetros que proporciona un modelo analítico mediante técnicas matemáticas basadas en grafos para simplificar un sistema increíblemente complejo», afirma Thuo. «Y ese modelo puede ayudar a los investigadores a identificar rápidamente candidatos prometedores para aplicaciones de lubricantes sólidos».
Más información: Lubricante sólido bioderivado basado en la teoría de grafos, Matter (2025). DOI: 10.1016/j.matt.2025.102474 . www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(25)00517-X
