Material libera fertilizante para plantas de forma controlada y se degrada después de 90 días

Película a base de algas y nanocelulosa creada en la Universidad Federal de São Carlos es segura para el medio ambiente, reduce la pérdida de nutrientes y puede sustituir el uso de microplásticos en la agricultura

Por Karina Ninni  |  Agência FAPESP – Investigadores de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en el estado de São Paulo, Brasil, desarrollaron, en colaboración con un productor de anturios de Holambra (Anthurium andreanum, también en São Paulo), una película a base de algas y nanocelulosa que reemplaza, con ventajas, el material importado utilizado por el agricultor como recipiente para reproducir la planta. Esto se debe a que la película creada por los brasileños es capaz de liberar fertilizante lentamente en el sustrato. Con algunas adaptaciones, podrá utilizarse en la reproducción de diversos cultivos, además del ornamental anturio.

“En el caso del anturio, nuestro socio utiliza un recipiente fabricado por una empresa extranjera para reproducir el tejido vegetal en laboratorio. Esa empresa produce un papel y una máquina. Otros empresarios compran el papel y la máquina y proveen esas macetitas que, según él, son muy costosas”, explica a la Agência FAPESP Claudinei Fonseca Souza, del Grupo de Investigación en Ingeniería del Agua, Suelo y Medio Ambiente de UFSCar, campus Araras.

En busca de un diferencial frente al producto importado, el equipo de UFSCar tuvo la idea de usar carragenina (sustancia extraída de algas rojas) y alginato (obtenido de algas marinas pardas) como medio para almacenar un fertilizante, el MAP (fosfato monoamónico, compuesto químico de fórmula NH₄H₂PO₄), ampliamente empleado en distintos cultivos.

“El desafío de usar polímeros como la carragenina y el alginato es obtener materiales resistentes, ya que tienden a disolverse rápidamente al contacto con el agua. Por eso, añadimos nanofibras de celulosa al material, en diferentes concentraciones, con la expectativa de mejorar sus propiedades mecánicas, físicas, químicas y térmicas”, comenta el investigador.

Así, el equipo obtuvo una película con la que moldearon macetitas (de 4 cm de altura por 3.5 cm de diámetro) que pueden sustituir las tradicionalmente usadas en la reproducción de la planta.

“Esta película debe mantener la estructura de la planta, pero no debe ofrecer resistencia al sistema radicular. Es decir, debe ser resistente, pero no demasiado. Por eso hicimos pruebas agregando entre 1 % y 5 % de nanocelulosa al material. Obtuvimos el mejor resultado con 4 %. Nuestra intención ahora es patentar el material y comenzar pruebas con otros cultivos”, adelanta Souza.

Él destaca que la raíz tiene una doble importancia para la planta: primero como soporte, y segundo en la absorción de agua y nutrientes. “Al diseñar el material no podemos olvidarnos de ninguna de estas funciones. A partir de esta película con 4 % de nanocelulosa pasamos a la prueba de campo, que aún no ha sido publicada. Usamos una técnica que permite estimar la cantidad de material liberado a través de la conductividad eléctrica del suelo. También realizamos una prueba de degradación. Cada 30 días íbamos a Holambra, recolectábamos las plantas y hacíamos una evaluación. Observamos que el material desaparece después de 90 días.”

Según Souza, la liberación de nutrientes ocurre por la diferencia de potencial entre el material enriquecido con fertilizante y el sustrato de la planta, que no contiene la sustancia.

“Estamos probando en condiciones reales, en el campo, tal como lo haría el agricultor. Con respaldo, por tanto, de la agronomía. Existen técnicas que permiten monitorear la liberación del material casi en tiempo real.”

El trabajo, publicado en la revista Cellulose, contó con el apoyo de la FAPESP a través de un Auxilio Regular a la Investigación concedido a la profesora Roselena Faez, segunda autora del artículo.

Ventajas

En laboratorio, los científicos fabricaron placas de 10 x 20 centímetros del material utilizando una impresora 3D con filamento de ABS (resina termoplástica derivada del petróleo, obtenida a partir de la combinación de tres monómeros: acrilonitrilo, butadieno y estireno). Luego, enrollaron la película sobre un molde de acero redondo y la pegaron para formar las macetitas.

“En esas placas logramos hacer unas ranuras que facilitan la salida de las raíces. Y la propia raíz, a medida que crece, hace una especie de refuerzo en el material”, comenta Souza.

Para él, es perfectamente viable producir la película a gran escala, ya que Brasil tiene fácil acceso a algas y es el mayor productor de celulosa del mundo. “Pero para llegar a escala necesitamos desarrollar esta parte final, analizar los resultados del trabajo de campo y patentar el material. Estamos buscando materias primas que existan en abundancia y tengan buen precio, porque no sirve de nada desarrollar una película excelente pero demasiado cara, que no llegue al agricultor.”

Souza destaca que la película a base de algas y nanocelulosa tiene varias ventajas: promueve el ahorro de fertilizantes, ya que hay menos pérdida por lixiviación (el alga retiene los compuestos, que no se pierden con la lluvia o el riego) y puede evitar el uso de plástico, ya que también puede sustituir las esferas de microplástico que se usan en la agricultura a gran escala para la liberación de fertilizantes. “Se utiliza la misma técnica de inserción de fertilizante en las bolitas de plástico, pero nuestro material es biodegradable. Después de 90 días, prácticamente desaparece.”

El artículo Enhancing marine algae composites with cellulose nanofibrils for sustainable nutrient management pode ser acessado em: link.springer.com/article/10.1007/s10570-024-05947-0.