I terreni agricoli in Germania spesso ricevono molto più fertilizzante di quanto sia effettivamente necessario. Credito:Roberto Schirdewahn
In Germania, i valori limite per l'inquinamento da nitrati sono stati ripetutamente superati, in parte a causa di fertilizzanti nel terreno. I biopolimeri potrebbero aiutare.
Gli ingegneri hanno ideato un metodo per un'applicazione più mirata di fertilizzanti ai terreni agricoli. In questo processo, il fertilizzante è incapsulato in una schiuma biopolimerica, da cui può essere continuamente liberato. Questa tecnica è stata delineata in un articolo pubblicato su Rubin, la rivista scientifica del RUB. Il progetto è stato realizzato dal gruppo di ricerca Virtualisation of Process Technology guidato dal professor Sulamith Frerich, e integrato in attività di ricerca incentrate sull'uso responsabile dei polimeri attraverso l'economia circolare condotta dal team del professor Eckhard Weidner, Cattedra di tecnologia di processo presso la Ruhr-Universität Bochum e capo del Fraunhofer Umsicht.
dottorato di ricerca la studentessa Diana Keddi ha testato due metodi che le hanno permesso di incorporare una sostanza azotata, in questi test l'urea, in una schiuma biopolimerica. "Per controllare il modello di rilascio, dobbiamo costruire appositamente una matrice portante per il fertilizzante, " spiega. "Poiché vogliamo prevenire una contaminazione del suolo con il materiale della capsula, il materiale dovrebbe idealmente essere biodegradabile." Pertanto, usa una schiuma biopolimerica a base di acido polilattico, PLA in breve, che si può estrarre dal mais o dalla canna da zucchero. Il fertilizzante incapsulato era infine presente sotto forma di trucioli, simile ai chip di imballaggio che hanno sostituito il polistirolo in molti cartoni di spedizione oggi.
Garantire la bassa temperatura
"La sfida più grande nella produzione di un composito poroso di PLA e urea è:dobbiamo elaborare il biopolimero senza decomporre termicamente l'urea, " delinea Diana Keddi. L'urea si scioglie a circa 130 gradi Celsius, considerando che l'acido polilattico fonde a una temperatura compresa tra 140 e 170 gradi Celsius a pressione normale, a seconda del tipo. Però, se la pressione del gas aumenta, la temperatura di fusione diminuisce.
Gli esperimenti di Diana Keddi hanno dimostrato che, a seconda del tipo di PLA, una pressione compresa tra 200 e 350 bar in una CO 2 atmosfera è necessaria per elaborare il biopolimero. L'acido polilattico poi fonde sotto i 130 gradi Celsius e, di conseguenza, al di sotto della temperatura di fusione dell'urea. Inoltre, il ricercatore ha utilizzato un secondo metodo, il cosiddetto processo antisolvente a gas, dove la temperatura richiesta era di soli 40 gradi Celsius e la pressione era compresa tra 100 e 180 bar.
L'urea viene rilasciata gradualmente
Combinando entrambi i processi, Diana Keddi ha prodotto compositi di PLA e urea. Ha poi mostrato che la sostanza azotata viene rilasciata dalla schiuma PLA entro due ore quando viene continuamente risciacquata. "Senza incapsulamento, l'intera urea in questa configurazione di prova verrebbe rilasciata entro due minuti, ", spiega il ricercatore. "Possiamo quindi estendere notevolmente il tempo di rilascio con l'incapsulamento".
