Investigadores crean una bolsita biodegradable para una fertilización eficiente.

Una innovación que está desarrollando el Laboratorio Nacional de Nanotecnología para Agronegocios (LNNA) de Embrapa Instrumentación, en São Carlos, en colaboración con la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), tiene un gran potencial para reemplazar los polímeros utilizados en fertilizantes de suelo. Se trata de 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 variada de nutrientes esenciales para los cultivos.

Existen nutrientes esenciales e irremplazables para la planta, como el trío de nitrógeno, fósforo y potasio [NPK], que generalmente se aplican al suelo en forma de un compuesto altamente soluble, la sal de cloruro de potasio. 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.

Bajo la supervisión de la investigadora de Instrumentación de Embrapa Elaine Cristina Paris, Malafatti es el primer autor de un artículo publicado en Revista de polímeros y materiales inorgánicos y organometálicos Respecto a su trabajo, 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 conocido por su alta capacidad para adsorber iones en general, como el cobre.

El almidón es un material susceptible a la degradación. 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 contra hongos como contra bacterias, controlando el crecimiento de microorganismos, y, además, son fuente de micronutrientes minerales, posteriormente absorbidos por las raíces. En el estudio, la presencia de cobre controló el crecimiento del hongo Alternaria alternata, ejemplifica Malafatti. «Lo que buscamos es un equilibrio entre la conservación de los sobres en la aplicación final en el suelo y la posterior disponibilidad de su contenido al ambiente externo».

Fuerza y ​​estabilidad

Según él, los polímeros biodegradables, matrices de almidón, aún deben superar ciertos desafíos en comparación con productos similares derivados del petróleo, principalmente 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 alcanzó un valor máximo del 3 % en relación con el almidón, obteniendo una mejora significativa en la resistencia mecánica. Por encima de este límite, las partículas tienden a aglutinarse, debilitando 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 hidrófila, es decir, a su alta afinidad por las moléculas de agua», explica Paris. El investigador compara el sobre con una bolsita de té a la que se añade fertilizante granulado.

Este trabajo fue apoyado por la FAPESP a través de becas de investigación de pregrado y posdoctorado en Brasil y en el exterior.

Versatilidad

Según los científicos, los sobres son un sistema versátil, ya que pueden contribuir a aumentar la solubilidad de los fertilizantes almacenados internamente y ayudar a controlar la liberación de fuentes altamente solubles, con el objetivo de reducir la pérdida de fertilizantes por dispersión aérea y lixiviación de la lluvia.

En un trabajo previo, también supervisado por París, la estudiante de doctorado de la UFSCar, Camila Rodrigues Sciena, utilizó un fertilizante potencial, la hidroxiapatita, fuente de fósforo, con el objetivo de aumentar su solubilidad. Los científicos encontraron una solución: acidificar el medio mediante el uso de pectina en la composición de los sobres de almidón, que, combinada con hidroxiapatita nanoparticulada, promovió una mayor solubilidad.

Con el agua, el almidón se vuelve gelatinoso y retiene el fertilizante en el suelo, poniéndolo a disposición de la planta, minimizando así futuras pérdidas 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 la dispersión del fertilizante particulado dentro del sobre”, explica Sciena.

En el trabajo de Malafatti, el grupo trabaja con un fertilizante altamente soluble que, al entrar en contacto con el agua, se solubiliza rápidamente. «En este caso, la intención es que el fertilizante se libere gradualmente, evitando pérdidas por lixiviación o dispersión aérea. Se trata de 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. Los resultados del experimento demostraron una 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, lo que facilitó la permeación del agua y la liberación de cloruro de potasio. «Los sobres resultantes podrían minimizar las pérdidas en la aplicación de fertilizantes, así como controlar la cantidad de nutrientes que entrarían en contacto con el suelo», afirman los autores.

También se realizaron pruebas de solubilidad y citotoxicidad de la zeolita de cobre para determinar sus propiedades y su posible interacción con el medio ambiente tras la liberación de los sobres. Los resultados de las pruebas de citotoxicidad, realizadas en el crecimiento radicular del berro, sugieren una viabilidad germinativa del 92 % en el desarrollo de la planta tras una hora de exposición a la zeolita, lo que indica su potencial para su uso agrícola. Para verificar la disponibilidad del cobre, se realizaron pruebas de solubilidad en agua (pH neutro) y ácido cítrico. La eficiencia de desorción (el proceso mediante el cual una sustancia se libera de la masa o superficie de otra) del cobre aumenta en un medio ácido, con un incremento del 5 % al 45 % del total esperado.

Costos y personalización

Según Paris, la investigación actual se centra en encontrar maneras de reducir el costo de los procesos y materiales para la liberación sostenida de fertilizantes. «El almidón es una materia prima prometedora, aunque la adición de componentes adicionales puede influir en el costo final. En el trabajo de Malafatti, no utilizamos almidón de otras fuentes, como residuos, por ejemplo. Es un almidón comercial», afirma el investigador. «Pero para la fertilización del suelo, no necesita ser un almidón de alta pureza, como el que se utiliza en la industria alimentaria. Por lo tanto, el objetivo es intentar reducir el costo al máximo para que la agroindustria pueda incorporarlo. De esta manera, los sobres tienen un mayor potencial de introducción efectiva en el mercado, contribuyendo al avance de las tecnologías en la agricultura».

Otra ventaja es que el fertilizante añadido no afecta el procesamiento del sobre, ni su formulación ni su forma. «Cualquier fertilizante granulado o particulado se puede introducir en el sobre, lo cual es otro punto positivo para la industria», enfatiza Malafatti. Además, el sobre evita la manipulación directa de fertilizantes particulados por parte de los trabajadores agrícolas.

Según Paris, la tecnología aún se encuentra en fase de laboratorio. Sus aplicaciones inmediatas serían en paisajismo, jardinería, hidroponía o invernaderos. Para la producción agrícola a gran escala, se requieren optimizaciones de escalabilidad y evaluaciones de viabilidad económica, que son los próximos pasos planificados por el grupo.

Sciena señala que el envase puede utilizarse para diferentes cultivos. «Las uvas tienen necesidades diferentes a las de los tomates, por ejemplo. Es una especie de fertilización personalizada, donde se puede ajustar la mezcla de nutrientes deseables y también el tipo de sobre: ​​uno más ácido, para mejorar la solubilización del fertilizante poco soluble, y otro menos ácido, para solubilizar lentamente el fertilizante ya soluble», resume.

Más información en doi.org/10.1007/s10904-025-03655-1