Uma equipe de pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) desenvolveu recentemente uma solução simples para abordar dois dos maiores problemas do mundo - escassez de água e falta de alimentos. Eles criaram um alimentado por energia solar, dispositivo totalmente automatizado chamado "SmartFarm" que é equipado com um material que atrai umidade para absorver a umidade do ar à noite, quando a umidade relativa é mais alta, e libera água quando exposta ao sol durante o dia para irrigação.

O SmartFarm tem outra vantagem - o processo de coleta de água e irrigação pode ser ajustado para se adequar a diferentes tipos de plantas e clima local para um cultivo ideal. O material higroscópico usado no SmartFarm foi testado anteriormente pela Hawai'i Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) para sua aplicação no controle de umidade para a agricultura baseada no espaço.

"A umidade atmosférica é uma grande fonte de água doce, mas permaneceu relativamente inexplorada. Neste trabalho, tentamos mitigar a escassez de alimentos e água simultaneamente. Criamos um material higroscópico à base de cobre e o usamos para extrair a umidade do ar. Em seguida, integramos este material em um dispositivo totalmente automatizado movido a energia solar que utiliza a água coletada para irrigar as plantas diariamente, sem intervenção manual, "explicou o líder do projeto, o professor assistente Tan Swee Ching, que é do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da NUS.

Este trabalho foi publicado na edição impressa de revista científica. Materiais avançados em outubro de 2020.

Novo hidrogel como tecnologia de âncora

O principal componente do dispositivo SmartFarm é um hidrogel à base de cobre especialmente projetado, que foi produzido usando um processo econômico e que economiza tempo. Este material é extremamente absorvente, e absorve umidade até três vezes o seu peso. Depois de adquirir umidade, o hidrogel muda de cor de marrom para verde escuro e finalmente para verde claro quando está saturado de umidade. Ele também libera água rapidamente sob a luz solar natural - um grama de hidrogel à base de cobre libera 2,24 gramas de água por hora.

A equipe da NUS também testou a qualidade da água que foi coletada usando o hidrogel à base de cobre, e descobriu que atende aos padrões da OMS para água potável. Portanto, a água captada pelo hidrogel à base de cobre é própria para consumo e uso agrícola.

Essas propriedades interessantes o tornam atraente para aplicação no dispositivo SmartFarm.

À noite, a tampa superior se abre para permitir que o hidrogel à base de cobre atraia a umidade atmosférica. No dia, em um tempo pré-definido, a tampa superior fecha para confinar o vapor de água, permitindo que ele seja condensado na superfície do gabinete, particularmente na tampa superior. Gotículas de água serão formadas gradualmente e quando a umidade armazenada no hidrogel à base de cobre for completamente liberada, a tampa superior abre automaticamente e as gotas de água que são enxugadas pelos limpadores paralelos caem no solo para irrigar as plantas. As gotas de água restantes nas paredes do dispositivo continuam a fornecer um ambiente úmido para o crescimento saudável das plantas.

Como prova de conceito, a equipe NUS cultivou com sucesso Ipomoea aquatica (comumente conhecido como kangkong, um vegetal popular no sudeste da Ásia) usando o dispositivo SmartFarm.

Asst Prof Tan disse, "O conceito SmartFarm reduz muito a demanda de água doce para irritação e é adequado para técnicas de agricultura urbana, como agricultura em grande escala em telhados. Este é um passo significativo para aliviar a escassez de água e alimentos em um futuro próximo."

"Também estabelecemos uma colaboração com a HI-SEAS para experimentar a aplicação de nosso hidrogel para controle de umidade em câmaras de crescimento de plantas extraterrestres. Também esperamos explorar outras aplicações espaciais em potencial, " ele adicionou.

Cultivando alimentos no espaço

HI-SEAS é uma instalação remota localizada nos campos de lava do vulcão Mauna Loa, no Havaí, projetada para simular missões de longa duração à Lua e Marte. Sr. Benjamin Greaves, que se juntou à missão lunar simulada Selene II em HI-SEAS, que ocorreu de novembro a dezembro de 2020, usou o hidrogel desenvolvido pela equipe do NUS para controlar a umidade em pequenas estufas experimentais para cultivar e sustentar plantações de micro-verdes comestíveis de girassol e agrião de terras altas para os astronautas da missão.

"Estes são perfeitos para exploração espacial, porque temos uma quantidade muito limitada de espaço para cultivar plantas lá, mas essas microgreens ainda estão cheias de nutrientes, vitaminas e minerais, "Disse o senhor Greaves. As plantas cultivadas com hidrogel forneceram um suplemento bem-vindo à comida liofilizada fornecida para a maior parte da missão.

Os experimentos HI-SEAS mostraram que os hidrogéis desenvolvidos na NUS oferecem um potencial baixo custo, solução de baixo peso e baixo consumo de energia para o cultivo em fazendas autossustentáveis.

Novas funcionalidades

A equipe da NUS prevê que o dispositivo SmartFarm possa ser aprimorado ainda mais com funcionalidades adicionais antes de passar para a produção comercial e em grande escala. Por exemplo, uma estrutura de várias camadas pode ser projetada para maximizar a utilidade dos espaços do telhado para aumentar a produção de alimentos, e um condensador resfriado a ar pode ser adicionado ao dispositivo se as plantas forem suscetíveis à temperatura.

Além disso, para se proteger contra dias nublados prolongados, um sistema de aquecimento pode ser embutido no recipiente de hidrogel à base de cobre para fornecer energia térmica suficiente para ativar o processo de liberação de água sem luz solar. Além disso, o dispositivo SmartFarm pode incorporar capacidade de rede sem fio para permitir que os usuários monitorem e controlem o processo de cultivo usando smartphones.