Desarrollo y optimización de geles biodegradables para el control de humedad en suelos agrícolas

Abstract

Actualmente nos enfrentamos a las consecuencias del uso desmedido de los recursos naturales por parte del hombre. El cambio climático es un problema que no puede seguir ignorándose y con el paso del tiempo conceptos como “ecológico”, “sustentable” y “sostenible” se afianzan en la ciencia para revertir el daño causado por el hombre. A lo largo de los años, el crecimiento de la población mundial ha impulsado la producción de alimentos. La agroindustria es uno de los principales sectores donde prácticas que atentan contra el medio ambiente y la salud de la población se llevan a cabo. En este contexto, surge como desafío crear e implementar alternativas sustentables que hagan un uso más racional de los recursos y velen por la salud de la población. Siendo el agua uno de los recursos más esenciales y valiosos, cuyo consumo actual supone un riesgo para la supervivencia de ecosistemas y la salud del hombre, resulta primordial administrarlo de manera responsable. En el presente trabajo se propuso la obtención de hidrogeles a base de quitosano para utilizarlos como acondicionadores de suelo, específicamente para control de humedad, con el fin de reducir el consumo del agua utilizada para riego de cultivos en el sector agrícola. El quitosano es un polímero catiónico natural biodegradable proveniente de los exoesqueletos de crustáceos. En Argentina estos exoesqueletos son un residuo desaprovechado de la industria pesquera que actualmente se almacena a predios abiertos y cuya utilización mitigaría la contaminación que producen, además de permitir el aprovechamiento de un recurso de origen natural. El quitosano tiene la capacidad de activar mecanismos de defensas en las plantas, generando barreras químicas y físicas contra agentes patógenos que, de esta manera, su uso en suelos podría no sólo mejorar el control de humedad sino también incrementar el crecimiento de las plantas. Por estos motivos se seleccionó este biopolímero para conformar los hidrogeles. Primero se caracterizó el quitosano mediante la determinación de su peso molecular por el método viscosimétrico, y de su grado de desacetilación por espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier. Para la obtención de hidrogeles se utilizó el método de separación de fases, para lo cual se gotearon diferentes soluciones de quitosano y ácido acético en una solución alcalina de hidróxido de sodio. De esta manera, se obtuvieron cinco hidrogeles con capacidades de hinchamiento en el rango de 95-100 %. Dado que estos valores se encontraban por debajo del grado de hinchamiento objetivo, se incorporó alginato de sodio en la formulación, otro polímero de origen natural, con el fin de mejorar las propiedades de absorción de agua. Aprovechando la naturaleza aniónica de este polímero se buscó formar un complejo polielectrolito con el quitosano, incorporando además cloruro de calcio como agente entrecruzante del alginato agregado. Se utilizaron dos métodos de obtención, obteniendo un grado de hinchamiento máximo de aproximadamente 2900 %. Para optimizar la formulación en base a las propiedades de hinchamiento y la fracción gel se utilizó el Método Taguchi. Si bien no pudo corroborarse el modelo de predicción de Taguchi, el estudio sistemático permitió hallar la formulación apropiada para preparar hidrogeles con capacidad de hinchamiento de aproximadamente 7000 %. En comparación a otros hidrogeles con formulaciones similares, y teniendo en cuenta que el material desarrollado es 100 % biodegradable, los valores de hinchamiento reportados fueron prometedores. Se seleccionaron dos formulaciones con diferentes fracciones gel y se caracterizó su morfología, composición, propiedades térmicas, comportamiento de hinchamiento y se realizaron ensayos en plantas de lechuga para evaluar su comportamiento en suelos simulando sequía. Estos últimos determinaron que los hidrogeles pudieron controlar el contenido de humedad en los sustratos sometidos a estrés hídrico comparado con aquellos sin adición de hidrogeles (control). Sin embargo, cuando el régimen de riego fue constante, el contenido de quitosano presente en los hidrogeles inhibió el crecimiento de las plantas comparado con las plantas control. Finalmente se realizó un análisis de factibilidad para la obtención de hidrogeles a escala industrial. Se obtuvo una Tasa Interna de Retorno (TIR) del 53 % y un tiempo de repago de 2 años. Teniendo en cuenta que la TIR es mayor a la tasa de retorno mínima aceptable (43,4 %) y que el tiempo de repago es menor a la mitad de la vida útil (5 años), el proyecto resulta rentable. Mail del autor Marina Pascual <marinaapascual@gmail.com>