Quando si tratta della salute del pianeta, l'agricoltura e la produzione alimentare svolgono un ruolo enorme. Secondo l'Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura, circa il 37% della terra nel mondo è utilizzato per l'agricoltura e la produzione alimentare, e l'11 percento della superficie terrestre della Terra è utilizzato specificamente per la produzione agricola. Trovare modi per rendere l'agricoltura più sostenibile ed efficiente è fondamentale non solo per l'ambiente, ma anche per l'approvvigionamento alimentare globale.

Julia Sokol è cresciuta lontano da qualsiasi fattoria. Nato in Russia, Sokol e la sua famiglia si trasferirono quando aveva 10 anni a New York City, dove suo padre lavorava per le Nazioni Unite. In questi giorni, però, Sokol, un dottorato di ricerca studente di ingegneria meccanica, passa molto del suo tempo a pensare all'agricoltura. Negli ultimi due anni, Sokol ha lavorato a un progetto di irrigazione a goccia presso il Global Engineering and Research (GEAR) Lab del MIT.

Dopo aver conseguito la laurea in ingegneria meccanica all'Università di Harvard, Sokol ha trascorso un po' di tempo nell'industria, prima come assistente di ricerca presso Schlumberger, poi lavorare in una piccola società di consulenza sulla sostenibilità. Volendo una base tecnica più forte, ha fatto domanda al MIT per la scuola di specializzazione.

Durante il suo programma di master, Sokol ha seguito il corso 2.76 (Global Engineering), che è stato insegnato dal professore associato e ricercatore principale del GEAR Lab, Amo inverno. Avendo sviluppato un interesse per le questioni legate all'acqua, Sokol ha colto al volo l'opportunità di lavorare con Winter al progetto di irrigazione a goccia ad alta efficienza energetica di GEAR Lab.

"Ero davvero entusiasta di unirmi al progetto, " afferma Sokol. "Coniuga perfettamente la mia passione per la sostenibilità con il mio interesse per la ricerca fondamentale nella meccanica dei fluidi e nella progettazione di sistemi".

Piuttosto che l'irrigazione a inondazione, in cui l'acqua viene pompata da una fonte per allagare un campo, l'irrigazione a goccia ha una pompa centrale che muove l'acqua attraverso una rete di tubi. Emettitori collegati ai tubi rilasciano l'acqua in modo uniforme in tutto il campo, con conseguente maggiore resa del raccolto e minor consumo di acqua rispetto all'irrigazione per inondazione.

"L'obiettivo dell'irrigazione a goccia è fornire acqua a una portata sufficientemente bassa da consentire alle radici di iniziare ad assorbirla immediatamente, invece di evaporare o percolare di nuovo in una falda acquifera, " spiega Sokol.

Gli emettitori utilizzati nell'irrigazione a goccia disperdono l'acqua in modo uniforme, a differenza dell'irrigazione a piena, che spesso causa il ristagno d'acqua delle colture. "Questi gocciolatori devono fornire una portata uniforme in tutto il campo in modo che tutte le colture ricevano la stessa quantità di acqua, "aggiunge Susan Amrose, un ricercatore presso il GEAR Lab.

Il team di ricerca si è inizialmente concentrato sulle caratteristiche geometriche di questi emettitori. Hanno sviluppato un modello matematico che descrive come le caratteristiche geometriche interagiscono con le membrane al loro interno. Sulla base di questo modello, hanno ottimizzato gli emettitori per ottenere la pressione più bassa possibile necessaria per garantire che l'acqua scorra alle colture alla giusta velocità.

Gli erogatori commerciali richiedono una pressione di attivazione minima di 1 bar per fornire una portata costante alle colture. Grazie alle modifiche apportate dal team all'interno dell'emettitore, hanno abbassato la pressione di attivazione a soli 0,15 bar. Questa riduzione della pressione necessaria per attivare i gocciolatori dimezza la potenza necessaria per azionare la pompa centrale.

"Riducendo la pressione si abbassa il costo complessivo dell'impianto, che è vantaggioso per l'agricoltore, e ovviamente aiuta anche a ridurre le emissioni di gas serra, "dice Sokol.

Per i sistemi di irrigazione a goccia off-grid che funzionano tramite energia solare, l'uso dei nuovi emettitori potrebbe ridurre i costi per l'agricoltore del 40 per cento. "Per gli agricoltori dei paesi in via di sviluppo, questo risparmio sui costi riduce la barriera a una tecnologia di conservazione dell'acqua e aumento della resa, "aggiunge Amrose.

Il team ha condotto una serie di prove sul campo in Marocco e Giordania, dove lavorano con partner di ONG e agricoltori privati ​​per testare gli emettitori di nuova concezione e il sistema di irrigazione ottimizzato.

"Il più grande risultato di queste prove sul campo è stato quanto il nostro sistema ha ridotto energia e costi fornendo un'elevata uniformità di portata alle colture, " spiega Sokol.

Secondo Amrose, Sokol è stato determinante nello sviluppo e nel test di questi emettitori. "Porta l'intero pacchetto:è una designer eccellente, può essere sul campo a riparare l'hardware, ed è anche incredibilmente brava in teoria, lavorare con modelli, "dice Amrose.

Sokol e il team di GEAR Lab continueranno ad apportare miglioramenti al design degli emettitori che riducono i costi, conservare le risorse, e migliorare la resa delle colture.

"La popolazione mondiale continua a crescere, quindi abbiamo bisogno di una maggiore produttività agricola, " Sokol aggiunge. "Questo è il nostro obiettivo:far sì che ciò accada, soprattutto nelle aree in via di sviluppo».

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.