El desarrollo de fertilizantes con eficiencia mejorada es fundamental para lograr una agricultura sostenible. En un estudio publicado en Polímeros de carbohidratosSe examinaron las fibras de nanocelulosa distribuidas en andamios de polímeros biodegradables para determinar la liberación de nutrientes.
Estudio: Nanofibrillas de celulosa cargadas como transportadores de nutrientes en polímeros biodegradables para fertilizantes con mayor eficiencia. Crédito: Miha Creative/Shutterstock.com
La importancia de los fertilizantes con mayor eficiencia
Se están realizando esfuerzos en todo el mundo para mejorar las tecnologías de fertilización, reducir el daño ambiental y mejorar el suministro de nutrientes a través de procesos agrícolas sostenibles.
El desarrollo de Fertilizantes de Eficiencia Mejorada (EEF) fue un gran avance en este sentido.
Los EEF son materiales fertilizantes que tienen el potencial de minimizar las pérdidas de nutrientes en el medio ambiente al tiempo que mejoran la entrega de nutrientes al cultivo. Los EEF pueden retrasar la liberación de nutrientes para su absorción o asegurar la conversión de nutrientes a estados menos sensibles mientras limitan los impactos ambientales.
Por lo tanto, los andamios EEF deben poder descomponerse en el medio ambiente sin liberar productos químicos nocivos en el ecosistema.
Nanocelulosa en fertilizantes con eficiencia mejorada
La nanocelulosa es un polímero biodegradable que muestra buenas perspectivas de uso como matriz EEF y es deseable porque reduce la contaminación ambiental asociada con otros polímeros no degradables.
Si bien los productos fibrosos de nanocelulosa son costosos, el aumento de los usos industriales y las propiedades de la nanocelulosa ofrecen varias oportunidades nuevas para las nanociencias que podrían ayudar a revolucionar la industria agrícola.
Funcionalización química de nanocelulosa
Se ha estudiado la funcionalización química de las superficies de nanofibras celulósicas para mejorar las interacciones entre los nutrientes y las nanofibras celulósicas y su compatibilidad con andamios poliméricos.
Estas conexiones mejoradas reducen el número de vacíos, limitan efectivamente la difusión de agua y aumentan la sostenibilidad del suministro de nutrientes.
Se han investigado diferentes métodos para funcionalizar partículas de nanocelulosa. En este estudio, el equipo centró sus esfuerzos en enfoques de funcionalización química que podrían realizarse en disolventes acuosos y respetuosos con el medio ambiente.
La funcionalización de superficies de nanofibras celulósicas mediante oxidación moderada por TEMPO y compuestos cuaternarios fueron las técnicas de modificación química empleadas para aumentar las cargas negativas y positivas de las nanofibras celulósicas, respectivamente.
El foco de la investigación
El equipo de investigación creía que las cargas negativas y positivas en la superficie de la nanocelulosa fortalecerían los contactos electrostáticos entre la nanocelulosa y los nutrientes de nitrato y potasio, lo que ralentizaría la liberación de nutrientes.
La investigación se centró en comprender cómo las fibras de nanocelulosa con superficie funcionalizada aumentan la compatibilidad con el andamio biodegradable de PHB/almidón y cómo afecta el proceso de liberación de nutrientes y el mecanismo de degradación.
Este enfoque abre nuevas oportunidades para establecer prácticas agrícolas sostenibles y desarrollar fertilizantes efectivos para mantener un suministro de alimentos seguro.
Hallazgos importantes
Las interacciones de las fibras de nanocelulosa con los iones de nutrientes y la columna vertebral del polímero se han mejorado mediante la funcionalización de las superficies de las fibras para mejorar sus cargas positivas y negativas.
En comparación con la administración directa de nitrato de potasio puro, que es completamente soluble en agua, las composiciones desarrolladas mostraron una reducción significativa en la liberación de nutrientes. Los compuestos mostraron una disponibilidad retrasada de nutrientes incluso a altas concentraciones de sal.
El equipo vinculó los iones de nutrientes y los puntos cargados en la superficie de la fibra de nanocelulosa. Sin embargo, debido al aumento del contenido de sal, apenas se percibía en las diferentes técnicas de análisis.
El almidón termoplástico (TPS) afectó la homogeneidad de los andamios. Los resultados indicaron que la absorción de agua en los compuestos a través de poros y huecos puede ser más rápida. La degradación del material compuesto polimérico facilitó la liberación de nutrientes adicionales desde las partes interiores de los andamios poliméricos.
Los iones positivos de las fibras de nanocelulosa mejoraron la biodegradabilidad de la estructura de PHB/TPS más que los iones negativos. Sin embargo, la columna vertebral de PHB/TPS mostró una degradación significativa bajo la influencia de fibras de nanocelulosa tanto catiónicas como aniónicas.
Los investigadores también examinaron los beneficios de los fertilizantes con mayor eficiencia en la gestión agrícola. El uso de EDF hizo posible separar cantidades estándar de fertilizante en varias fases para minimizar el desperdicio de fertilizante. Sin embargo, esta instalación resultó en un aumento en la mano de obra y gastos relacionados.
Debido a que los EEF hacen que los nutrientes estén disponibles por más tiempo, otro enfoque sería dar todos los nutrientes que necesita a la vez. También es relevante considerar los beneficios ambientales de minimizar los procesos de lixiviación y volatilización.
La toxicidad de los compuestos para los microorganismos del suelo y las plantas es objeto de futuras investigaciones.
Relación
França, D., Siqueira, G., Nyström, G., Clemens, F., Souza, CF y Faez, R. (2022). Nanofibrillas de celulosa cargadas como transportadores de nutrientes en polímeros biodegradables para fertilizantes con mayor eficiencia. Polímeros de carbohidratos. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861722008396?via%3Dihub
