Olimerca.- Investigadores de la Universidad de Sevilla ha desarrollado un innovador hidrogel biodegradable capaz de absorber entre 40 y 60 veces su propio peso en agua, lo que lo convierte en una prometedora alternativa sostenible para mejorar la retención de humedad en los suelos agrícolas y afrontar los efectos de la sequía.
El estudio, publicado en la revista Journal of Environmental Chemical Engineering bajo el título Chitosan-alginate hybrid hydrogels: Prospects for sustainable horticulture, plantea una alternativa a los hidrogeles sintéticos utilizados actualmente en agricultura y jardinería, cuya fabricación depende en gran medida de derivados petroquímicos y cuya degradación en el medio natural resulta limitada.
Elaborado a partir de quitosano y alginato –dos biopolímeros naturales procedentes de las cáscaras de crustáceos y de las algas marinas, respectivamente–, el nuevo material reduce el impacto ambiental sin renunciar a unas elevadas prestaciones de absorción y estabilidad.
La investigación parte de uno de los principales problemas que afronta la agricultura moderna: la degradación de los suelos, la creciente escasez de agua y el uso intensivo de fertilizantes químicos.
Una estructura capaz de almacenar agua y liberar nutrientes
La principal innovación del trabajo reside en el proceso de fabricación desarrollado para combinar ambos biopolímeros sin necesidad de incorporar componentes sintéticos adicionales. Por una parte, el quitosano aporta resistencia mecánica a la estructura, mientras que el alginato proporciona una elevada capacidad de absorción de agua. A ello se suma la incorporación de calcio, que actúa como un "andamio molecular" reforzando la red interna del hidrogel y evitando que pierda estabilidad cuando se hidrata.
Carmen María Granados explica que esta combinación permite obtener un material que "no se deshace cuando está hidratado y, al mismo tiempo, conserva una elevada capacidad para retener agua"
La investigadora de la Universidad de Sevilla, Carmen María Granados Carrera, explica que esta combinación permite obtener un material que "no se deshace cuando está hidratado y, al mismo tiempo, conserva una elevada capacidad para retener agua". Además, señala que en futuras aplicaciones "podría cargarse con fertilizantes o micronutrientes para liberarlos de forma gradual en el suelo".
Y es que, el equipo buscaba un material que, además de almacenar grandes cantidades de agua, mantuviera su integridad física durante largos periodos de tiempo.
De una "esponja seca" a un gel de alta capacidad
Para fabricar el hidrogel, los investigadores prepararon tres formulaciones distintas: una únicamente con quitosano, otra exclusivamente con alginato y una tercera combinando ambos materiales en proporciones iguales.
Tras disolver los componentes en agua con ácido acético, la mezcla fue sometida a un proceso de ajuste del pH y posteriormente inmersa en una solución de cloruro cálcico, responsable de consolidar la estructura definitiva del material. Así, una vez obtenido el hidrogel, los científicos analizaron sus propiedades químicas, mecánicas y térmicas, así como su estructura interna y su capacidad de absorción tras someterlo a un proceso de liofilización.
Según explica Granados Carrera, "es como fabricar una red microscópica, una especie de esponja seca. Si la red es demasiado rígida, absorbe menos agua; si es demasiado débil, pierde su forma. Nuestro reto ha sido encontrar el equilibrio entre ambas características".
Resultados prometedores y próximos pasos
Los ensayos demostraron que la formulación compuesta por quitosano y alginato al 50% ofrecía el mejor comportamiento, alcanzando una capacidad de absorción de hasta 60 veces su peso y manteniendo su estabilidad estructural incluso a temperaturas de 40 ºC, superiores a las habituales en muchos suelos agrícolas.
Los ensayos demostraron que la formulación compuesta por quitosano y alginato al 50% ofrecía el mejor comportamiento, alcanzando una capacidad de absorción de hasta 60 veces su peso
Estas características convierten al material en un candidato especialmente interesante para mejorar la eficiencia del uso del agua en horticultura y otros cultivos sometidos a estrés hídrico.
El siguiente objetivo del equipo será incorporar al hidrogel fertilizantes y micronutrientes naturales para desarrollar sistemas de liberación controlada, capaces de suministrar agua y nutrientes de forma gradual según las necesidades del cultivo.
El proyecto ha sido financiado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía, con apoyo de fondos europeos, a través del proyecto Desarrollo de matrices proteicas para la liberación controlada de nutrientes y agua en horticultura, además de recibir financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y de la Agencia Estatal de Investigación.