Investigadores construyen un sistema de fertilizantes ecológicos para reutilizar desechos y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero • Servicio de noticias • Universidad Estatal de Iowa

Publicado el 7 de agosto de 2023 a las 10:20 a.m.

Vignesh Kumar Thoomatti Haridass, investigador postdoctoral asociado que trabaja con Liang Dong del estado de Iowa, instala sensores de nitrato de suelo y tallo dentro de un campo de maíz. Foto más grande. Foto de Liang Dong.

AMES, Iowa – Los investigadores del Medio Oeste quieren eliminar algunas de las emisiones de gases de efecto invernadero provenientes de los fertilizantes para cultivos.

Equipos de investigación de la Universidad Estatal de Iowa y la Universidad Estatal de Wichita en Kansas se están asociando para desarrollar un sistema que capture los residuos de nitrógeno y dióxido de carbono para producir un fertilizante verde que reduzca las emisiones de óxido nitroso, un gas de efecto invernadero 300 veces más potente que el dióxido de carbono.

El gran objetivo del sistema, según un resumen de la investigación, “es promover fertilizantes nitrogenados libres de N2O (óxido nitroso) y CO2 (dióxido de carbono) con resiliencia económica y conciencia ambiental como una forma innovadora de mitigar los desafíos que plantea el cambio climático. amenazaba a las comunidades agrícolas y ganaderas del Medio Oeste”.

La Fundación Nacional de Ciencias apoya el proyecto con una subvención de cuatro años y 4 millones de dólares, la mitad de la cual se destinará al estado de Iowa y la otra mitad al estado de Wichita. La financiación proviene del Programa Establecido de la agencia para Estimular la Investigación Competitiva (conocido como EPSCoR).

Las subvenciones EPSCoR están diseñadas para construir infraestructura y capacidades científicas en todo el país. Esta subvención proviene del programa “Track 2” de EPSCoR que promueve colaboraciones de investigación entre estados o territorios. El enfoque actual del programa es "promover la investigación sobre el cambio climático y la capacidad de resiliencia".

Wenzhen Li , profesor de ingeniería química y biológica y miembro de la facultad Herbert L. Stiles, dirigirá el trabajo del estado de Iowa en el proyecto. Otros miembros del equipo incluyenmiguel castellano, el profesor William T. Frankenberger de Ciencias del Suelo;lin dong , el profesor Vikram L. Dalal de Ingeniería Eléctrica e Informática; yFallys Masambuka-Kanchewa, profesor asistente de educación y estudios agrícolas.

Las tareas del equipo incluirán diseñar materiales, procesos y reactores para la captura electroquímica y la conversión de nitrógeno y dióxido de carbono residuales para un fertilizante conocido como "urea verde", modelar el ciclo del nitrógeno en los cultivos, desarrollar y probar sensores de nitrógeno para cultivos y educar a los agricultores. y ganaderos sobre el nuevo fertilizante.

(La urea es un ingrediente común en fertilizantes y productos químicos. Los mamíferos la usan para excretar nitrógeno en la orina; debe purificarse antes de poder usarse como fertilizante. La urea de alta pureza también se puede sintetizar a partir de materiales inorgánicos).

Los investigadores también quieren aumentar la sostenibilidad del proyecto utilizando energía eólica y solar para impulsar la síntesis electroquímica de su fertilizante verde. "Queremos aprovechar la abundante energía renovable que Iowa y Kansas generan y utilizan actualmente", dijo Li.

Gu Shuang , profesor asociado de ingeniería mecánica en Wichita State, dirigirá el proyecto en Kansas. Él trabajará conCinturón Mark Snow, profesor de ciencias biológicas;Janet Twomey , decano asociado de estudios de posgrado, investigación y éxito docente de la Facultad de Ingeniería y profesor de ingeniería industrial, de sistemas y de fabricación; yRuowen Shen, profesor asistente en la Escuela de Asuntos Públicos Hugo Wall.

Las tareas del equipo de Kansas incluirán capturar y concentrar nitrato, separar urea, estudiar las comunidades microbianas del suelo, realizar evaluaciones del ciclo de vida de los fertilizantes verdes y determinar los impactos sociales de los fertilizantes verdes.

Los investigadores del estado de Iowa y del estado de Wichita han trabajado juntos en otros proyectos, por lo que tenía sentido continuar con esta nueva colaboración.

"Existe una sinergia perfecta entre ISU en Iowa y WSU en Kansas en términos de problemas comunes compartidos, interés unido en la agricultura y ganadería del Medio Oeste y complementación de la experiencia en investigación y la solidez de la educación", dijo Gu.

Li dijo que el proyecto hará más que crear un nuevo producto fertilizante ecológico. Creará todo un sistema de tecnologías y conocimientos que podrían reducir las emisiones de óxido nitroso de los fertilizantes.

Los investigadores descubrirán cómo capturar el nitrógeno y el dióxido de carbono residuales de la escorrentía agrícola. También desarrollarán tecnología para sintetizar urea verde a partir del nitrógeno y el dióxido de carbono recolectados.

Los investigadores también realizarán análisis económicos y del ciclo de vida del uso de fertilizantes verdes, desarrollarán sensores avanzados para medir en el campo el uso de nitrógeno por las plantas, estudiarán el metabolismo del óxido nitroso en las plantas, observarán los impactos de los cambios de políticas y trabajarán para fomentar el uso. de fertilizantes verdes.

“Al vivir en el Medio Oeste, el corazón de la agricultura”, escribieron Gu y Li, “nos sentimos obligados a hacer algo para aliviar este problema nacional de emisiones de gases de efecto invernadero y óxido nitroso. El fertilizante nitrogenado sin óxido nitroso podría fortalecer el éxito y la prosperidad a largo plazo de la agricultura del Medio Oeste, al tiempo que mitiga los problemas del cambio climático”.

Wenzhen Li, Universidad Estatal de Iowa, Ingeniería Química y Biológica, 515-294-4582, [email protected]

Shuang Gu, Universidad Estatal de Wichita, Ingeniería Mecánica, 316-978-6213, [email protected]

Mike Krapfl, Universidad Estatal de Iowa, Servicio de Noticias, 515-294-4917, [email protected]

Investigadores de la Universidad Estatal de Iowa y la Universidad Estatal de Wichita están trabajando juntos para desarrollar y promover un nuevo fertilizante verde que reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero. El proyecto de $4 millones cuenta con el respaldo de un programa de la Fundación Nacional de Ciencias diseñado para construir infraestructura y capacidades científicas en todo el país.

“Al vivir en el Medio Oeste, el corazón de la agricultura, nos sentimos obligados a hacer algo para aliviar este problema nacional de emisión de gases de efecto invernadero y óxido nitroso. El fertilizante nitrogenado sin óxido nitroso podría fortalecer el éxito y la prosperidad a largo plazo de la agricultura del Medio Oeste, al tiempo que mitiga los problemas del cambio climático”.

Wenzhen Li, Universidad Estatal de Iowa

Shuang Gu, Universidad Estatal de Wichita

Los investigadores del estado de Iowa son parte de otro proyecto que recientemente obtuvo el apoyo del programa EPSCoR de la Fundación Nacional de Ciencias. Se llama Chemurgy 2.0 y es un programa de cinco años, cinco escuelas y 20 millones de dólares para apoyar a los investigadores de Iowa que trabajan para convertir al estado en líder en biofabricación avanzada.