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Um novo sistema agrícola desenvolvido por pesquisadores da Universidade do Texas em Austin visa resolver um dos maiores problemas da agricultura moderna: o uso excessivo de fertilizantes para melhorar o rendimento das colheitas e o escoamento químico resultante que polui o ar e a água do mundo.
O sistema de agricultura inteligente usa um hidrogel à base de cobre que captura o excesso de resíduos de nitrato do escoamento de fertilizantes e o transforma em amônia – um elemento crítico em fertilizantes – que pode ser reutilizado. Em testes, o sistema teve a capacidade de igualar ou aumentar o rendimento das culturas em relação aos métodos tradicionais, ao mesmo tempo em que minimizava os impactos ambientais.
“Nós projetamos este sistema e mostramos que ele pode cultivar o mesmo ou mais cultivos sem o uso excessivo de nitrogênio, que pode contaminar os lençóis freáticos e levar à emissão de gases nocivos do efeito estufa”, disse Guihua Yu, professor de ciência de materiais no Departamento de Walker da Escola de Engenharia Cockrell. Engenharia Mecânica e Instituto de Materiais do Texas.
O sistema de agricultura inteligente (SSFS) produziu plantas de trigo e arroz que cresceram mais altas com folhas maiores, em comparação com outros métodos, com menos escoamento de nitrogênio.
O estudo, publicado no Anais da Academia Nacional de Ciências, mostra que o filme de gel à base de cobre não apenas produz amônia a partir de resíduos de nitrato, mas também detecta os níveis de nitrogênio no solo. Essa capacidade de detecção ajuda a determinar o momento ideal para drenar o nitrato, um composto de nitrogênio que é importante para o crescimento das plantas, mas pode ser um poluente, do solo para converter em amônia, evitando que escape e contamine o ambiente ao redor.
Como parte do projeto, os pesquisadores trabalharam com especialistas em agricultura para comparar seu trabalho com métodos agrícolas tradicionais. O sistema de cultivo inteligente produziu plantas de trigo e arroz que cresceram mais altas com folhas maiores, em comparação com outros métodos, com menos escoamento de nitrogênio.
Além dos impactos ambientais, o uso excessivo de fertilizantes nitrogenados também pode atrapalhar o crescimento das lavouras, prejudicando seu objetivo de melhorar a produção. Ao produzir simultaneamente amônia e monitorar os níveis de nitrogênio, essa nova tecnologia melhora o crescimento das culturas, ajudando as plantas a absorver e usar o nitrogênio com mais eficiência.
A chamada agricultura inteligente é uma área de pesquisa crescente. Os líderes mundiais estão lutando para produzir alimentos suficientes para a população global que deve aumentar em mais de 2 bilhões de pessoas até 2050, com pouca disponibilidade de terra e a necessidade de minimizar as emissões nocivas.
A agricultura não é a única indústria que cria uma poluição significativa de nitrogênio. As águas residuais industriais e municipais geralmente apresentam altos níveis de nitrato devido à produção de eletrônicos, processamento de alimentos, fabricação de têxteis e muito mais.
“Precisamos alimentar nossa crescente população, mas também precisamos proteger nossa água e ar”, disse Yu. “Encontrar maneiras de capturar e reciclar águas residuais com alto teor de nitrato pode trazer enormes benefícios em todos os setores”.
A pesquisa se baseia em descobertas agrícolas anteriores de Yu e sua equipe, incluindo a criação de solo auto-irrigável e uma forma inovadora de produzir ureia, outro elemento-chave em fertilizantes. O próximo passo dos pesquisadores será infundir inteligência artificial nessa plataforma agrícola. Ao fazer isso, eles pretendem expandir a gama de culturas em que podem trabalhar e ampliar ainda mais as operações de fertilização.
Este projeto é apoiado pelo Departamento de Ciências da Energia Básica do Departamento de Energia dos Estados Unidos, pelo Prêmio Norman Hackerman em Pesquisa Química da Fundação Welch e pelo Prêmio Camille Dreyfus Teacher-Scholar. A equipe do projeto inclui do programa de Ciência e Engenharia de Materiais da UT Austin, Zhiwei Fang e Panpan Li (que também faz parte da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Sichuan, na China); Ling Liao e Gehong Su da Faculdade de Horticultura e Ciências da Universidade Agrícola de Sichuan; e Zhaoyu Jin da Universidade de Ciência e Tecnologia Eletrônica da China.
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