NANOTECNOLOGIA EM FERTILIZANTES

UMA NOVA ERA PARA OS AVANÇOS DA AGRICULTURA GLOBAL

O que é nanotecnologia?
A nanotecnologia é uma tecnologia transformadora. Ela situa-se na interface entre as ciências básicas e a engenharia e tem potencial para impactar uma ampla gama de disciplinas. A nanotecnologia envolve o estudo de nanomateriais.

De acordo com a definição da ISO, nanomaterial é definido como:

De acordo com certos órgãos reguladores (FDA dos EUA, Health Canada, Comissão Europeia para a Alimentação, Diretrizes Regulatórias do DBT para o uso de insumos agrícolas nanoestruturados e produtos alimentícios, Índia etc.), esse tamanho pode ser estendido para 1000 nm se o material apresentar propriedades ou fenômenos característicos de nanomateriais, especialmente para produtos alimentícios.

Com base na sua origem, as nanopartículas podem ser de dois tipos:
a) Nanopartículas naturais: São partículas provenientes de fumaça, argila, proteínas/lipídios, névoa oceânica, etc.
b) Nanopartículas projetadas: Nanopartículas artificiais que permitem um controle mais preciso sobre a
propriedades (direcionadas para diferentes aplicações).

A indústria de chips de silício foi a principal influência para os estudos em nanotecnologia, onde, de acordo com a famosa Lei de Moore, o número de transistores em microchips semicondutores dobraria a cada dois anos. Para superar as limitações físicas, a nanotecnologia precisava evoluir para produzir computadores menores e mais rápidos.

Aplicações da Nanotecnologia:
Tradicionalmente, o termo "nano" se restringia a metais, óxidos e semicondutores. Isso porque as nanopartículas desses materiais apresentam propriedades optoeletrônicas e físico-químicas totalmente diferentes das de seus equivalentes em escala macroscópica.

Por exemplo, nanopartículas de ouro são vermelhas/azuis; nanopartículas de prata são amarelas/laranja; nanopartículas de seleneto de cádmio apresentam fluorescência, etc. Todas essas propriedades não são naturais. existentes em seus equivalentes em massa. Essas propriedades as tornam adequadas para diferentes aplicações, como sensoriamento, catálise, imagem etc. Portanto, as nanopartículas são atraentes.

Com o passar dos anos, o foco mudou para outros aspectos da nanotecnologia: o tamanho e a área superficial das partículas, e não as propriedades optoeletrônicas tradicionais. Aqui, o propósito da nanotecnologia é diferente; é o pequeno tamanho das partículas que as torna atrativas para entrar nas células biológicas. Isso levou a estudos sobre a penetração de nanopartículas inorgânicas (ouro, prata, óxido de ferro etc.) em células biológicas, sistemas animais e humanos e, mais recentemente, em sistemas vegetais.

Esses estudos levaram ao uso de nanomateriais na indústria farmacêutica. Além de agentes de contraste para exames de imagem e terapias fototérmicas, a aplicabilidade de nanopartículas inorgânicas na indústria farmacêutica era limitada. Portanto, o foco na indústria farmacêutica se deslocou para “nanopartículas macias”.”

Nanopartículas macias:
Nanopartículas flexíveis podem ser projetadas para encapsular fármacos e liberá-los em locais específicos, reduzindo a toxicidade sistêmica e melhorando os perfis farmacocinéticos. Nesse caso, as moléculas do fármaco estão em sua forma original, e não em nanoescala.

Nanofertilizantes:
O nanofertilizante é uma das soluções mais eficazes da agricultura de precisão para a intensificação sustentável da produção agrícola global.

Uma descoberta importante foi a observação de que as nanopartículas podem ser absorvidas pelas plantas através das raízes ou estômatos. Isso incentiva o uso de nanopartículas como veículos de entrega de ingredientes ativos para as culturas. Quando o ingrediente ativo é um pesticida, o sistema é classificado como nanopesticidas, enquanto que, se o ingrediente ativo for um nutriente, o produto se enquadra na categoria de nanofertilizantes. Globalmente, diversos estudos têm descrito diferentes abordagens para a preparação de nanofertilizantes e investigado sua utilidade como uma opção superior aos fertilizantes convencionais.

No caso da nutrição de culturas, as plantas têm requisitos muito específicos: o nutriente precisa estar em uma forma assimilável pela planta. As plantas absorvem nutrientes como íons (catiônicos – NH4+, Zn2+, Fe2+ etc., ou aniônicos – NO3-, H2PO4– ou HPO4 2–, etc.). Portanto, para fornecer a forma adequada de nutriente às plantas, geralmente são utilizados nanocarreadores (nanoemulsões, lipídios, carreadores inorgânicos como sílica etc.) como veículos para as formas de nutrientes assimiláveis pelas plantas. Mais especificamente, no caso do Gromor Nano DAP e da Gromor nano ureia da Coromandel, moléculas de fosfato diamônico ou ureia são encapsuladas em nanocarreadores (polímeros naturais). Estes podem ser absorvidos diretamente pelas raízes ou pelos estômatos das folhas.

Precisa de fertilizantes nanotecnológicos?

Aproximadamente 200 milhões de toneladas métricas de fertilizantes químicos convencionais (N + P2O5 + K2O) são consumidas anualmente com uma eficiência de uso significativamente menor, deixando o restante no meio ambiente, o que levará à poluição das águas subterrâneas, aquíferos e emissões de gases de efeito estufa (GEE).

Mecanismos: Para os nanofertilizantes, alguns mecanismos foram propostos na literatura científica, incluindo:
1) Absorção e assimilação mais rápidas
Devido ao seu pequeno tamanho e grande área superficial, os nanofertilizantes são absorvidos pelos estômatos e poros das folhas em até 2 horas após a pulverização. No caso de outros fertilizantes líquidos e hidrossolúveis, os nutrientes entram no sistema da planta entre 10 e 48 horas após a pulverização. Os estômatos estão localizados tanto na face adaxial (superior) quanto na abaxial (inferior) das folhas, independentemente da cultura. A parte central do estômato é denominada poro, cuja dimensão varia de 0,17 a 0,93 μm (170 a 930 nm) para a maioria das culturas. A densidade estomática é bastante variável, de 40 a 400 estômatos por mm².

2) Modo único de penetração na célula vegetal - Endocitose.
Os nanofertilizantes penetram na célula por meio de um mecanismo único chamado endocitose, no qual, após entrarem no sistema da planta pelos estômatos, os nanofertilizantes encapsulados em polímero alcançam a membrana externa da célula. A membrana celular se dobra e engloba os nanofertilizantes encapsulados em polímero, levando-os para o seu interior. Após a endocitose, a membrana retorna à sua forma original. Em seguida, o nanofertilizante encapsulado em polímero é transportado para o interior da célula e armazenado no compartimento intracelular. Ali, o polímero se decompõe e libera os nutrientes, que são transportados para outras células por vias simplásticas. Como os nanofertilizantes encapsulados em polímero contêm uma quantidade significativamente maior de ingredientes ativos, toda a carga é liberada dentro das células de uma só vez.

No caso de outros fertilizantes líquidos e hidrossolúveis, a absorção pelas células ocorre por um mecanismo diferente, não sendo possível a endocitose. Eles entram nas células por difusão, um mecanismo muito mais lento.

3) Administração direcionada e liberação controlada:
Os nanofertilizantes são metabolizados lentamente dentro do citoplasma celular, liberando nutrientes disponíveis para as plantas. Essa liberação gradual ao longo do tempo supre a necessidade de nutrientes da planta.

4) Acionando a atividade
Os nanofertilizantes também podem desencadear a regulação positiva ou negativa dos genes das plantas, permitindo que elas absorvam mais nutrientes do solo. A planta libera mais ácidos orgânicos e biomoléculas no solo, o que pode resultar na liberação de fósforo fixado ou outros nutrientes.

Fertilizantes Nano Gromor da Coromandel:
Jornada de desenvolvimento do produto: A jornada começou em 2018, quando a Coromandel estabeleceu um centro de P&D de última geração na Academia Monash do IIT Bombay, em Mumbai. O centro abriga 7 cientistas com expertise altamente interdisciplinar. O laboratório está equipado com infraestrutura avançada e instalações analíticas. A necessidade de desenvolver o produto surgiu do negócio. O processo detalhado envolveu as seguintes etapas simples.

Os dados de produtividade de uma ampla gama de culturas, incluindo cereais, leguminosas, oleaginosas e hortaliças, de diversas zonas agroclimáticas, indicaram claramente que a aplicação foliar de duas doses de Gromor Nano DAP, em combinação com a dose recomendada de fertilizante (RDF) de 75%, aumentou consistentemente a produtividade em 5 a 17%, com exceção da abóbora-d'água (cabaçadeira), que apresentou produtividade 28% superior à sua respectiva RDF. Mesmo com a RDF de 100% e a aplicação foliar adicional de Nano DAP, observou-se um aumento de produtividade na ordem de 2 a 22%, o que demonstra a importância da aplicação foliar.
Mais de 2.500 ensaios com agricultores foram conduzidos em toda a Índia. Para uma maior eficiência no uso de fósforo, a aplicação combinada de DAP no solo e via foliar (Nano DAP) é ideal.

Lançado recentemente em 2024, os dados de rendimento de uma ampla gama de culturas, incluindo cereais, leguminosas, oleaginosas e hortaliças, de diversas zonas agroclimáticas, indicaram claramente que a pulverização foliar de duas aplicações de Gromor Nano Urea em combinação com a dose recomendada de fertilizante (RDF) de 75% aumentou consistentemente o rendimento em 4% a 6%.

Mais de 700 ensaios com agricultores foram conduzidos em toda a Índia. Para uma maior eficiência no uso de nitrogênio, a aplicação combinada de ureia no solo e nas folhas (nanoureia) é ideal.

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