Un sistema completamente biodegradabile e biosostenibile, in idrogel, che è in grado di far crescere piante con pochissima acqua e in futuro punta a monitorarne in tempo reale lo stato di salute. Questa novità, che potrebbe in tempi rapidi rivoluzionare l’agricoltura è il risultato di una ricerca congiunta della Facoltà di Ingegneria della Libera Università di Bolzano e dell’Istituto Italiano di Tecnologia (Iit) di Genova.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Acs Agricultural Science & Technology, edita dall’American Chemical Society (Acs), nasce da un progetto multidisciplinare che ha visto coinvolti un team di ricercatori della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Bolzano: la ricercatrice di Iit e unibz Camilla Febo, i professori del Sensing Technologies Lab, Paolo Lugli e Luisa Petti, in collaborazione con i prof. Tanja Mimmo e Luigimaria Borruso della facoltà di Scienze Agrarie, Ambientali e Alimentari di unibz, nell’ambito della collaborazione del Centro di Competenza sulla Salute delle Piante, e Athanassia Athanassiou, ricercatrice responsabile dell’unità Smart Materials dell’Iit con Danila Merino, ricercatrice Iit.
In particolare, nei laboratori dell’Iit di Genova è stata realizzata un’impalcatura in idrogel biopolimerico con l’aggiunta di biostimolanti naturali che permette di coltivare piante in coltivazioni fuori suolo (idroponica) e dunque con pochissima acqua, con materiali biodegradabili che si disintegrano nel terreno senza residui.
Il biopolimero utilizzato è la carragenina, un polisaccaride estratto dalle alghe rosse che viene comunemente usato per le sue proprietà gelificanti, addensanti e stabilizzanti. In questo lavoro gli estratti di alga intera sono stati aggiunti nella carragenina come biostimolanti, ovvero prodotti che, applicati alle piante, stimolano i processi naturali per migliorare l’efficienza nutrizionale, la tolleranza allo stress e la qualità delle colture, indipendentemente dal contenuto di nutrienti.
Nei laboratori di Bolzano sono stati effettuati gli esperimenti relativi all’effettiva crescita delle piante.
Si tratta di una soluzione senza rifiuti e con zero impatto sull’ambiente per l’agricoltura, minacciata da cambiamenti climatici, siccità, inquinamento, perdita di biodiversità e la degradazione dei suoli.
Impalcatura in idrogel sostenibile e biodegradabile: come funziona
In agricoltura attualmente sono in commercio, e sempre più diffuse, le impalcature superassorbenti in polimeri, che però sono realizzate con materiali inquinanti. Contemporaneamente i biopolimeri in agricoltura vengono usati oggi come un’alternativa sostenibile ai materiali di plastica per i film per pacciamatura, vasi e legacci per piante. A Bolzano e Genova si stanno invece testando e creando delle impalcature superassorbenti in biopolimeri, che favoriscono la crescita delle piante trattenendo l’acqua (rigonfiandosi fino al 7000% in vari substrati) e favorendo l’apporto di nutrienti, ma che sono in più sostenibili e biodegradabili, garantendo una irrigazione con pochissima acqua e a impatto zero.
Gli scienziati altoatesini, inoltre, progettano in futuro di inserire in queste impalcature in idrogel dei sensori – anch’essi flessibili e biodegradabili – che consentano l’agricoltura di precisione monitorando in tempo reale la salute delle piante e le condizioni del terreno.
«Il nostro obiettivo – sottolinea Camilla Febo, ricercatrice di unibz/Iit – era sviluppare un materiale che non solo fosse biodegradabile e sostenibile, ma che potesse anche interagire attivamente con le piante, fornendo loro acqua e nutrienti in modo efficiente. L’idrogel che abbiamo creato è in grado di trattenere l’umidità e rilasciarla gradualmente, riducendo significativamente il consumo idrico. Questo approccio rappresenta un passo importante verso un’agricoltura più resiliente e rispettosa dell’ambiente».
«In un’epoca storica in cui le risorse idriche di acqua dolce diminuiscono drasticamente e le plastiche inquinano sempre più l’ambiente, in Iit ci stiamo concentrando sullo sviluppo di materiali intelligenti e sostenibili per contrastare questi effetti attraverso soluzioni concrete per settori chiave come l’agricoltura. – dichiara Athanassia Athanassiou, vicedirettrice scientifica di Iit e responsabile dell’unità Smart Materials – In questo lavoro abbiamo utilizzato esclusivamente risorse marine naturali per ingegnerizzare un idrogel che trattiene l’acqua e fornisce nutrienti alle piante. L’ingegneria dei materiali a partire da risorse naturali è uno degli ambiti fondanti dell’unità di ricerca che coordino, con applicazioni che spaziano dall’agricoltura di precisione al packaging, dalla depurazione delle acque all’elettronica verde e alla biodiversità marina».
«L’innovazione tecnologica deve andare di pari passo con la sostenibilità ambientale – commenta Luisa Petti, docente e responsabile del Sensing Technologies Lab di unibz – Nel nostro laboratorio, ci concentriamo sulla progettazione di dispositivi elettronici flessibili e biodegradabili che possano essere integrati in sistemi agricoli intelligenti. L’idrogel sviluppato in collaborazione con l’Iit di Genova è un esempio concreto di come la tecnologia possa supportare l’agricoltura, migliorando l’efficienza delle risorse e riducendo l’impatto ambientale. Questo progetto dimostra che è possibile coniugare innovazione e sostenibilità per affrontare le sfide globali legate alla sicurezza alimentare e ai cambiamenti climatici».
Per approfondimenti: “Harnessing Algal Biomass: Superabsorbent and Biostimulant Hydrogels for Seed Germination in Soilless Cultivation”
Authors: Camilla Febo*, Manuela Ciocca, Mauro Maver, Tanja Mimmo, Oussama Bouaicha, Luigimaria Borruso, Paolo Lugli, Luisa Petti, Athanassia Athanassiou* and Danila Merino*
