Na segunda metade do século 20, o uso em massa de fertilizantes foi parte de um boom agrícola chamado de "revolução verde", que foi amplamente creditado por evitar uma crise global de alimentos. Agora, o desafio de alimentar o mundo surge novamente à medida que a população continua a aumentar. Para ajudar a impulsionar a próxima revolução agrícola, pesquisadores inventaram uma folha "biônica" que usa bactérias, luz solar, água e ar para fazer fertilizante no próprio solo onde as plantações são cultivadas.

A equipe apresentará o trabalho hoje no 253º Encontro e Exposição Nacional da American Chemical Society (ACS).

"Quando você tem um grande processo centralizado e uma infraestrutura massiva, você pode facilmente fazer e entregar fertilizante, "Daniel Nocera, Ph.D., diz. "Mas se eu dissesse que agora você tem que fazer isso em um vilarejo na Índia com água suja - esqueça. Os países mais pobres do mundo emergente nem sempre têm os recursos para fazer isso. Devíamos estar pensando em um sistema distribuído porque é aí que é realmente necessário. "

A primeira "revolução verde" na década de 1960 viu o aumento do uso de fertilizantes em novas variedades de arroz e trigo, que ajudou a dobrar a produção agrícola. Embora a transformação tenha resultado em sérios danos ambientais, potencialmente salvou milhões de vidas, particularmente na Ásia, de acordo com a Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura. Mas a população mundial continua a crescer e deve aumentar em mais de 2 bilhões de pessoas até 2050, com grande parte desse crescimento ocorrendo em alguns dos países mais pobres, de acordo com a ONU, o fornecimento de alimentos para todos exigirá uma abordagem multifacetada, mas os especialistas geralmente concordam que uma das táticas terá de envolver o aumento da produtividade das lavouras para evitar o desmatamento de ainda mais terras para o cultivo.

Para contribuir para a próxima revolução verde, Nocera, que está na Universidade de Harvard, está desenvolvendo o trabalho pelo qual ele é mais famoso - a folha artificial - para fazer fertilizante. A folha artificial é um dispositivo que, quando exposto à luz solar, imita uma folha natural ao dividir a água em hidrogênio e oxigênio. Isso levou ao desenvolvimento de uma folha biônica que emparelha o catalisador de divisão da água com a bactéria Ralstonia eutropha , que consome hidrogênio e tira dióxido de carbono do ar para fazer combustível líquido. Último Junho, A equipe de Nocera relatou a troca do catalisador de níquel-molibdênio-zinco do dispositivo, que era venenoso para os micróbios, com uma liga de cobalto e fósforo amiga das bactérias. O novo sistema forneceu rendimentos de biomassa e combustível líquido que excederam em muito os da fotossíntese natural.

"Os combustíveis foram apenas o primeiro passo, "Nocera diz." Chegar a esse ponto mostrou que você pode ter uma plataforma de síntese química renovável. Agora estamos demonstrando a generalidade disso, fazendo com que outro tipo de bactéria retire o nitrogênio da atmosfera para fazer fertilizante. "

Para este aplicativo, A equipe de Nocera projetou um sistema no qual Xantobacter bactérias fixam hidrogênio da folha artificial e dióxido de carbono da atmosfera para fazer um bioplástico que as bactérias armazenam dentro de si mesmas como combustível.

“Posso então colocar o inseto no solo porque ele já aproveitou a luz do sol para fazer o bioplástico, "Nocera diz." Então, o inseto puxa o nitrogênio do ar e usa o bioplástico, que é basicamente hidrogênio armazenado, para conduzir o ciclo de fixação para produzir amônia para fertilizar as plantações. "

O laboratório de Nocera analisou a quantidade de amônia que o sistema produz. Mas a verdadeira prova está nos rabanetes. Os pesquisadores usaram sua abordagem para cultivar cinco ciclos de safra. Os vegetais que recebem o fertilizante derivado de folhas biônicas pesam 150 por cento mais do que as plantações de controle. O próximo passo, Nocera diz, é aumentar a taxa de transferência para que, um dia, agricultores na Índia ou na África Subsaariana podem produzir seu próprio fertilizante.