Nuevos agentes biodegradables como recubrimientos para la liberación controlada de fertilizantes

Abstract

El impulso a las prácticas sustentables en agricultura es una necesidad para abordar varios de los objetivos de desarrollo sostenible planteados en la agenda 2030 por la Organización de las Naciones Unidas. Entre ellas, la implementación de fertilizantes de liberación controlada ha adquirido un creciente interés, dado que permite aumentar la eficiencia de las aplicaciones, reduciendo los costos y especialmente el impacto ambiental. Esto último refiere directamente a las consecuencias sobre la calidad del agua y el suelo que puede derivar del uso de fertilizantes. El objetivo principal que persigue este proyecto es explorar la potencialidad de polímeros y composites biodegradables provenientes de fuentes renovables como materiales de recubrimiento de un fertilizante para la obtención de microcápsulas con capacidad de liberación controlada sin residuos. Se empleará urea como fertilizante modelo y polihidroxibutirato (PHB) como material de recubrimiento para la obtención de microcápsulas de urea. Se evaluarán también formulaciones conteniendo mezclas del polímero principal (PHB) con otros biomateriales, obtenidos a partir del cultivo de microalgas oleaginosas. El PHB se obtendrá a partir de cultivos de la bacteria ambiental Halomonas titanicae KHS3 (Ht KHS3), aislada del Mar Argentino. Se ajustarán condiciones de cultivo y extracción de polímero con el objetivo de reducir costos. En particular, se evaluarán materiales de desecho como fuente de carbono, se reducirán las condiciones de agitación/temperatura en las etapas que no lo requieran, y se optimizará la reutilización de los solventes utilizados durante la extracción. Se evaluarán distintas técnicas para obtener microcápsulas de PHB (puro o combinado) con urea encapsulada, se estudiarán las propiedades morfológicas y físico-químicas de las microcápsulas, y se analizará el efecto de la encapsulación en la cinética de liberación de la urea en soluciones acuosas o en sistemas de suelo. En estos últimos, se evaluará la participación de los microorganismos presentes en la movilización del polímero y la consecuente disponibilidad del fertilizante. En este proyecto se pretende obtener sistemas optimizados de urea microencapsulada en partículas de PHB sólo o combinado, con distintas cinéticas de liberación controladas. En etapas futuras, esto permitirá el desarrollo de distintos materiales que se apliquen a distintos tipos de cultivo según sus necesidades específicas.

Environmentally sustainable practices in agriculture are needed in order to reach the objectives that were proposed by the UN for the year 2030. Among them, the use of controlled-release fertilizers is important, since it increases the efficiency of applications, and thus reduces both cost and environmental damage. This latter mainly concerns the consequences of fertilizers excess on water quality and soil health. The main objective of this project is to use biodegradable polymers and composites from renewable sources as coating materials for a controlled-release fertilizer. Urea will be used as fertilizer and polyhydroxybutyrate (PHB), as well as blends with biomaterials derived from algal biomass, as coating material.PHB will be obtained from cultures of the environmental bacterium Halomonas titanicae KHS3, isolated from the Argentine Sea. Culture conditions and polymer extraction will be optimized in order to reduce cost. Waste materials will be tested as carbon source, warming and stirring conditions will be adjusted to minimal requirements, and solvents used during polymer extraction will be recycled. Different methods will be tried to get encapsulated urea, and microcapsules will be characterized. The kinetics of urea release will be followed in aqueous solutions as well as in soil samples. In the latter systems, the role of microorganisms in the release will be evaluated. The obtained results will pave the way for the design of different materials to be used to control the release of fertilizer at different rates, adapted to specific needs of crops/environments