I ciuffi di capelli scartati sul pavimento del salone potrebbero un giorno aiutare a far crescere la tua insalata all'ora di pranzo, grazie agli scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), che hanno creato il mezzo di crescita utilizzato nell'agricoltura urbana, noto come substrati idroponici, utilizzando cheratina estratta da capelli umani.

In idroponica, le colture vengono coltivate senza suolo, utilizzando un substrato che funge sia da struttura di supporto che da serbatoio per acqua e sostanze nutritive. I substrati a base di cheratina sviluppati dal team di ricerca NTU sono stati testati con colture come microgreens e verdure a foglia, tra cui il cavolo cinese cavolo cinese e le foglie di rucola, note anche come rucola.

Nel loro studio, i ricercatori della NTU hanno prima estratto la cheratina dai capelli umani raccolti dai parrucchieri. La soluzione di cheratina viene miscelata con fibre di cellulosa per rafforzarla, che viene poi essiccata in un substrato spugnoso.

Il substrato è sostenibile, biodegradabile ed ecologico poiché è costituito da materiale di scarto e diventa una fonte di nutrienti per le piante mentre si degrada. La resa di questo substrato a base di cheratina è paragonabile ai materiali attualmente disponibili sul mercato, secondo prove di laboratorio.

Il professor Ng Kee Woei, presidente associato della School of Materials Science and Engineering (MSE) della NTU, che ha guidato la ricerca, ha affermato:"Oltre ai capelli, l'allevamento produce grandi quantità di cheratina come rifiuti organici, poiché si trova in abbondanza nella lana, nelle corna, zoccoli e piume. Poiché la cheratina può essere estratta da molti tipi di rifiuti agricoli, lo sviluppo di substrati idroponici a base di cheratina potrebbe essere una strategia importante per il riciclaggio dei rifiuti agricoli nell'ambito dell'agricoltura sostenibile."

I ricercatori sperano che il loro substrato offra un'alternativa rinnovabile alle attuali offerte commerciali, come quelle realizzate con lana di roccia, poliuretano e schiume fenoliche che non sono sostenibili e non forniscono nutrimento alle piante.

I risultati di questo studio proof-of-concept sono stati pubblicati sulla rivista scientifica sottoposta a revisione paritaria ACS Sustainable Chemistry &Engineering . Lo studio ha la sua origine nella NTU-Harvard Initiative for Sustainable Nanotechnology, una collaborazione con l'Università di Harvard T.H. Chan School of Public Health negli Stati Uniti.

I capelli oggi, il raccolto domani

La cheratina è composta da aminoacidi che sono una fonte di nutrienti per la crescita delle piante. Questi amminoacidi possono anche legare altri tipi di nutrienti e rilasciarli in condizioni controllate. La cheratina ha quindi un grande potenziale come mezzo di crescita utilizzato nell'idroponica e nell'agricoltura urbana, dove è essenziale il rilascio tempestivo di nutrienti e acqua.

Tuttavia, la cheratina non è abbastanza forte da sola per formare un substrato. I ricercatori lo hanno mescolato con fibre di cellulosa per rafforzarne la struttura e migliorare le sue capacità di rigonfiamento dell'acqua. La cellulosa è stata estratta dalla polpa di legno tenero, il che significa che il prodotto finale è sostenibile.

Il risultante substrato di cheratina-cellulosa contiene una struttura dei pori altamente interconnessa, che consente una migliore azione capillare. Ciò consente al substrato di aspirare la soluzione nutritiva a base d'acqua per alimentare continuamente acqua e sostanze nutritive alle radici delle piante.

"I substrati idroponici risultanti hanno un'elevata porosità e una buona resilienza meccanica in condizioni acquose", ha affermato il primo autore del documento, il dott. Zhao Zhitong, ricercatore presso l'MSE di NTU. "Inoltre, questo substrato a base di cheratina può assorbire e trattenere grandi quantità di acqua, rendendolo un mezzo di crescita promettente per supportare la germinazione dei semi e la crescita delle colture in idroponica".

Una proprietà importante dei substrati idroponici è la loro capacità di trattenere acqua a sufficienza per sostenere la crescita delle colture, che può essere valutata dalla capacità di assorbimento dell'acqua. Il Prof Ng ha affermato:"Il nostro substrato a base di cheratina può trattenere l'acqua fino a 40 volte il suo peso originale, che è alla pari con i substrati commerciali attualmente disponibili".

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno coltivato la pianta modello Arabidopsis e verdure tra cui rucola e cavolo cinese. Un grammo di capelli umani può produrre circa tre blocchi di substrati di circa 1,5 cm per 1,5 cm per 3 cm, o le dimensioni di un piccolo cubetto di ghiaccio.

Sia le piantine di rucola che quelle di cavolo cinese si sono sviluppate bene in substrati a base di cheratina, con robusti sistemi di radici e germogli.

"Le piante in realtà hanno sviluppato sistemi radicali molto più lunghi nei substrati a base di cheratina rispetto alle schiume fenoliche disponibili in commercio, il che è un segno promettente che le radici vegetali possono penetrare meglio nei substrati a base di cheratina e assorbire più efficacemente i nutrienti rilasciati dai substrati", ha affermato il prof. Ng.

Personalizzazione dei substrati per la massima efficienza dei nutrienti

Per aumentare ulteriormente il contenuto di nutrienti dei substrati, il coautore, il professor Hu Xiao dell'MSE di NTU, ha incorporato nanonutrienti come il rame nei substrati.

Questi nutrienti aiutano a migliorare la germinazione dei semi, la resa delle colture e la salute generale delle piante sopprimendo vari tipi di malattie delle piante.

"Il substrato a base di cheratina non solo offre una piattaforma sostenibile per l'incorporazione di diversi tipi e forme di nutrienti vegetali, ma presenta anche molti altri vantaggi rispetto ai prodotti esistenti. Un vantaggio è quello di consentire una maggiore flessibilità per adattare il profilo di rilascio dei nutrienti alla crescita di coltura specifica. Questa tecnologia ha un grande potenziale per migliorare significativamente la produttività dell'agricoltura urbana per soddisfare le esigenze della società, in particolare nella Singapore povera di terra", ha affermato il professor Hu, che guida anche lo sforzo di chimica ambientale e materiali presso il Nanyang Environment and Water Research Institute della NTU .

Nella sua forma attuale, il substrato di cheratina sviluppato dal team di ricerca può durare da quattro a otto settimane, a seconda delle condizioni. Inoltre, non lascia rifiuti, a differenza dei substrati commerciali attualmente disponibili sul mercato che non si degradano e diventano rifiuti solidi dopo la raccolta.

La cheratina può essere estratta anche dalle piume di pollame, che contengono proteine ​​che si comportano in modo simile alle proteine ​​dei capelli umani.

Il team di ricerca è in trattative con i partner del settore, comprese le fattorie urbane locali, per eseguire test sul campo su larga scala. Uno di questi test mira a modificare la composizione del substrato per adattarsi a diversi tipi di colture orticole, comprese quelle con radici più spesse.

"Sustainable Nutrient Substrates for Enhanced Seedling Development in Hydroponics" è stato pubblicato in ACS Sustainable Chemistry &Engineering il 23 giugno 2022. + Esplora ulteriormente

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