Quando se trata da saúde do planeta, a agricultura e a produção de alimentos desempenham um papel enorme. De acordo com a Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, cerca de 37 por cento das terras em todo o mundo são usadas para agricultura e produção de alimentos, e 11 por cento da superfície terrestre da Terra é usada especificamente para a produção agrícola. Encontrar maneiras de tornar a agricultura mais sustentável e eficiente é crucial não só para o meio ambiente, mas também para o abastecimento global de alimentos.

Julia Sokol cresceu longe de qualquer fazenda. Nasceu na Rússia, Sokol e sua família se mudaram quando ela tinha 10 anos para a cidade de Nova York, onde seu pai trabalhava para as Nações Unidas. Nos dias de hoje, Contudo, Sokol, um Ph.D. estudante de engenharia mecânica, passa muito tempo pensando em agricultura. Nos últimos dois anos, Sokol tem trabalhado em um projeto de irrigação por gotejamento no Laboratório Global de Engenharia e Pesquisa (GEAR) do MIT.

Depois de receber seu bacharelado em engenharia mecânica na Universidade de Harvard, Sokol passou algum tempo na indústria, primeiro como assistente de pesquisa na Schlumberger, então trabalhando em uma pequena empresa de consultoria de sustentabilidade. Querendo uma base técnica mais forte, ela se inscreveu no MIT para fazer pós-graduação.

Durante seu programa de mestrado, Sokol fez o curso 2.76 (Engenharia Global), que foi ministrado pelo professor associado e investigador principal do GEAR Lab, Amos Winter. Tendo desenvolvido interesse em questões relacionadas à água, Sokol agarrou a oportunidade de trabalhar com Winter no projeto de irrigação por gotejamento com eficiência energética do GEAR Lab.

"Eu estava muito animado para me juntar ao projeto, "diz Sokol." Combina perfeitamente minha paixão por sustentabilidade com meu interesse em pesquisa fundamental em mecânica de fluidos e design de sistemas. "

Em vez da irrigação por inundação - na qual a água é bombeada de uma fonte para inundar um campo - a irrigação por gotejamento tem uma bomba central que move a água através de uma rede de canos. Emissores ligados aos tubos liberam água uniformemente em todo o campo, resultando em maior produtividade da safra e menor consumo de água quando comparado à irrigação por inundação.

"O objetivo da irrigação por gotejamento é fornecer água a uma taxa de fluxo baixa o suficiente para que as raízes comecem a absorvê-la imediatamente, em vez de evaporar ou percolar de volta para um aquífero, "explica Sokol.

Os emissores usados ​​na irrigação por gotejamento dispersam a água uniformemente, em oposição à irrigação por inundação, o que muitas vezes faz com que as safras se alaguem. "Esses emissores de gotejamento precisam fornecer uma taxa de fluxo uniforme em todo o campo para que todas as culturas recebam a mesma quantidade de água, "acrescenta Susan Amrose, um cientista de pesquisa no Laboratório GEAR.

A equipe de pesquisa primeiro se concentrou nas características geométricas desses emissores. Eles desenvolveram um modelo matemático que descreve como as características geométricas interagem com as membranas dentro delas. Com base neste modelo, eles otimizaram os emissores para obter a pressão mais baixa possível necessária para garantir que a água flua para as plantações na taxa correta.

Emissores comerciais requerem pressão de ativação mínima de 1 bar para fornecer uma taxa de fluxo constante para as culturas. Graças às mudanças que a equipe fez dentro do emissor, eles reduziram a pressão de ativação para apenas 0,15 bar. Essa redução na pressão necessária para ativar os gotejadores cortou a energia necessária para operar a bomba central pela metade.

"Reduzir a pressão diminui o custo geral do sistema, o que é benéfico para o fazendeiro, e, claro, também ajuda a reduzir as emissões de gases de efeito estufa, "diz Sokol.

Para sistemas de irrigação por gotejamento fora da rede que operam por meio de energia solar, o uso de novos emissores poderia reduzir os custos para o agricultor em 40 por cento. "Para agricultores em países em desenvolvimento, essa economia de custos reduz a barreira para uma tecnologia de economia de água e aumento de rendimento, "acrescenta Amrose.

A equipe conduziu uma série de testes de campo no Marrocos e na Jordânia, onde trabalham com ONGs parceiras e fazendeiros privados para testar os novos emissores projetados e o sistema de irrigação otimizado.

"A maior conclusão desses testes de campo foi o quanto nosso sistema reduziu energia e custo, ao mesmo tempo que fornecia alta uniformidade de taxa de fluxo para as plantações, "explica Sokol.

De acordo com Amrose, A Sokol foi fundamental no desenvolvimento e teste desses emissores. "Ela traz o pacote completo - ela é uma excelente designer, ela pode estar no campo consertando ferragens, e ela também é incrivelmente boa teoricamente, trabalhando com modelos, "Amrose diz.

Sokol e a equipe do GEAR Lab continuarão a fazer melhorias no projeto dos emissores que reduzem custos, conservar recursos, e melhorar o rendimento da colheita.

"A população global continua crescendo, então precisamos de maior produtividade agrícola, "Sokol acrescenta." Esse é o nosso foco - fazer isso acontecer, especialmente em áreas em desenvolvimento. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.