Assorbire i fertilizzanti fosfatici dalle acque reflue agricole
Sebbene i fertilizzanti chimici siano un elemento fondamentale dell’agricoltura moderna, sono tutt’altro che perfetti. «I fertilizzanti tradizionali non sono solo altamente inefficienti, ma molti disperdono fosforo nel suolo con effetti negativi sull’ambiente e sulla salute umana», afferma Jorge Rodríguez Navarro, professore presso l’Università di Granada. Grazie al sostegno del progetto PSust-MOF (Metal-Organic Frameworks as multifunctional materials toward P-sustainability), finanziato dall’UE, Rodríguez Navarro e il ricercatore Francisco Carmona, suo collega, si sono adoperati per creare un’economia circolare del fosforo. «L’obiettivo principale del progetto era lo sviluppo di un adsorbente innovativo in grado di disintossicare le acque reflue agricole recuperando e riutilizzando i fertilizzanti a base di fosfato», chiarisce Carmona.
Strutture metallorganiche all’insegna della sostenibilità
Per raggiungere questo traguardo, il progetto, sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si è concentrato su una classe emergente di materiali porosi denominati strutture metallorganiche a base di zirconio, o Zr-MOF, che hanno una forte affinità per i gruppi di fosfato. Eppure, i ricercatori non intendevano unicamente creare le strutture Zr-MOF, ma volevano farlo in modo sostenibile. «Le proprietà straordinarie delle strutture metallorganiche le rendono materiali promettenti per una miriade di applicazioni», sottolinea Rodríguez Navarro. «Purtroppo, di solito si preparano utilizzando solventi tossici e in condizioni difficili.» I ricercatori hanno invece dimostrato la fattibilità di sintetizzare le strutture metallorganiche a base di zirconio mediante un approccio assistito da microonde. Questo processo innovativo impiega l’acqua come solvente e può modulare in modo semplice e preciso la dimensione delle particelle dei materiali risultanti. «Questo processo rende la produzione industriale più semplice, più economica e più sostenibile, agevolando così l’uso di questi materiali in contesti reali», aggiunge Carmona.
La capacità di assorbire ioni fosfato
Oltre a sviluppare il processo sostenibile per realizzare i materiali metallorganici a base di zirconio, il progetto ne ha inoltre comprovato la capacità di assorbimento efficiente di ioni fosfato a concentrazioni rilevanti. Quando questi ioni vengono catturati, è poi possibile riutilizzarli per creare nuovi fertilizzanti in grado di adsorbire il fosfato. «Abbiamo dimostrato che le strutture metallorganiche a base di zirconio adsorbono gli ioni fosfato in maniera reversibile, degradando al contempo i pesticidi organofosforici tossici in composti innocui», afferma Rodríguez Navarro. «Tale capacità spalanca la porta alla capacità di disintossicazione delle acque reflue derivanti dalle attività agricole.»
Fare i conti con i problemi relativi a scarsità e inefficienza
La scarsità di fosforo e l’inefficienza dei fertilizzanti rappresentano due grandi ostacoli all’affermarsi di un settore agricolo a produzione sostenibile. Il progetto PSust-MOF ha contribuito a superarli entrambi. «Il recupero del fosforo dalle acque reflue agricole e il suo successivo utilizzo nella produzione di nuovi fertilizzanti efficaci dimostrano il potenziale delle strutture metallorganiche di intervenire al tempo stesso sui problemi legati alla scarsità e all’inefficienza. Così facendo, danno origine all’economia circolare del fosfato», osserva Carmona. «Questo progetto ha saputo sensibilizzare in modo efficace sulla sostenibilità del fosforo, mettendo in luce il ruolo fondamentale della ricerca nel trovare strategie e soluzioni per vincere sfide importanti», aggiunge Rodríguez Navarro. I ricercatori sono attualmente impegnati a migliorare la lavorabilità dei materiali metallorganici avvalendosi di compositi o di matrici a membrana mista: questo passo avanti ne permetterebbe la produzione su scala industriale.
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