Idrogel in agricoltura, che cos'è e come si usa

Chiunque abbia mai cambiato un pannolino ha potuto constatare con meraviglia le potenzialità dell'idrogel. All'interno di questi oggetti infatti si trova un materiale altamente idrofilo, in grado di assorbire e trattenere elevate quantità di acqua, di molto superiori al proprio peso.

L'idrogel non è altro che una catena polimerica idrofila capace di assorbire e trattenere acqua nella propria struttura reticolare, trasformandosi in una massa gelatinosa. Questi materiali possono essere sintetici o naturali. Gli idrogel sintetici sono generalmente a base di poliacrilato di sodio o potassio, poliacrilammide o copolimeri acrilici. Queste molecole di sintesi offrono un'elevata capacità di assorbimento e una buona stabilità nel tempo.

Gli idrogel naturali, invece, sono costituiti da biopolimeri come cellulosa modificata, alginati, amidi o proteine. La loro biodegradabilità li rende più sostenibili dal punto di vista ambientale, ma anche meno duraturi nel suolo, poiché vengono rapidamente degradati dai microrganismi.

Gli idrogel possono trattenere da trenta fino a oltre trecento volte il loro peso in acqua, a seconda della composizione chimica. Quelli più comunemente usati, tuttavia, hanno un rapporto di cinquanta-ottanta volte. La capacità di assorbimento varia anche in funzione del pH, della salinità e della temperatura del suolo, fattori che possono influenzare significativamente l'efficacia del prodotto.

Origine e applicazioni non agricole

L'interesse per gli idrogel ha origine dallo studio di minerali presenti nei suoli vulcanici, come allofane e imogolite, noti per la loro capacità di trattenere acqua grazie a una struttura porosa e altamente reattiva. A partire da queste osservazioni, negli Anni Settanta sono stati sviluppati i primi idrogel artificiali, con l'obiettivo di replicare e superare l'efficienza dei sistemi naturali.

Fuori dal contesto agricolo, gli idrogel hanno trovato numerose applicazioni grazie alle loro proprietà fisico-chimiche. In ambito sanitario sono ampiamente impiegati per la realizzazione di pannolini, assorbenti, medicazioni avanzate per ferite (che mantengono l'ambiente umido favorendo la guarigione) e lenti a contatto morbide. In campo cosmetico sono utilizzati in maschere viso, prodotti idratanti e patch cutanei per la loro capacità di rilasciare gradualmente principi attivi.

Anche il settore dell'elettronica e della robotica sta esplorando le potenzialità degli idrogel. Alcuni dispositivi soft, come i sensori flessibili o gli attuatori idraulici, sfruttano le proprietà meccaniche e idrofiliche di questi materiali. Infine, nel giardinaggio e nel florovivaismo domestico, l'idrogel viene spesso impiegato per ridurre la frequenza di irrigazione, mantenendo l'umidità del substrato più a lungo, specialmente in vaso.

Usi potenziali in agricoltura

Negli ultimi anni si è ipotizzato un utilizzo dell'idrogel anche in campo agricolo, specialmente in contesti siccitosi o dove l'irrigazione è difficile. L'idea è quella di incorporare al suolo questi prodotti in modo che assorbano l'acqua piovana, evitandone la dispersione nel suolo, e la rilascino durante i periodi maggiormente siccitosi.

Le colture annuali ad alto valore aggiunto, come le orticole, sono le prime candidate: diversi studi hanno dimostrato che una maggiore ritenzione idrica del suolo arricchito da idrogel diminuisce il rischio di stress idrico. Anche la viticoltura, in particolare quella di pregio, dove il vino ha un elevato valore commerciale, potrebbe beneficiare dell'uso di idrogel, soprattutto in impianti sprovvisti di irrigazione. Tuttavia, l'utilità concreta di questi materiali dipende dalla capacità di assorbimento, dalla durata nel suolo e, soprattutto, dai costi.

Il profilo del suolo di un vigneto. Il terreno è ricco di sassi e ha una ritenzione idrica ridotta. Ma si nota anche una grande diffusione delle radici, fino a 50 centimetri di profondità. Per fornire una riserva idrica adeguata alla pianta, a seconda della tipologia di idrogel scelto, sarebbero necessari anche 300-400 grammi a pianta, con dei costi, ad ettaro, di diverse migliaia di euro, per il solo acquisto del prodotto

(Fonte foto: Giuseppe Corti, direttore del Centro Crea Agricoltura e Ambiente)

I limiti dell'idrogel: costi e degradazione

"L'applicazione degli idrogel in agricoltura non è priva di interesse, ma occorre fare un'attenta valutazione economica", ci spiega Giuseppe Corti, direttore del Centro Crea Agricoltura e Ambiente. "Anche ipotizzando un acquisto all'ingrosso di pochi euro al chilo, l'investimento necessario per ettaro risulta spesso insostenibile per molte colture".

Una vite adulta, ad esempio, può arrivare a traspirare anche 5 litri di acqua al giorno. A seconda dell'idrogel utilizzato e del periodo siccitoso che la pianta deve affrontare, serviranno quantità elevate di prodotto che, ai costi attuali, difficilmente sono economicamente sostenibili.

Un ulteriore elemento critico riguarda la persistenza nel suolo. Gli idrogel organici, pur essendo più economici e "naturali", vengono rapidamente degradati dai microrganismi del suolo e quindi devono essere reintegrati periodicamente, cosa che risulta impossibile nelle colture perenni, come quelle arboree. Al contrario, quelli minerali offrono una maggiore stabilità temporale e una maggiore ritenzione idrica, ma, al contempo, hanno un costo più elevato.

Infine, occorre fare una comparazione con le moderne tecniche di irrigazione. Dove l'acqua è disponibile, esistono oggi dei sistemi di aspersione estremamente efficienti nell'impiego della risorsa idrica e in grado di dare alle piante l'esatta quantità di acqua di cui necessitano per crescere. Allo stato attuale, dunque, sarebbero preferibili.

Suolo delle zone pre desertiche della Tunisia. In questi ambienti sarebbe necessario circa 1 chilogrammo di idrogel standard per metro quadrato, pari a 10 tonnellate di idrogel per ettaro, per un costo di diverse decine di migliaia di euro. L'intervento, tuttavia, porterebbe a stoccare al suolo una quantità di acqua che, in quel clima, può essere evapotraspirata in pochi giorni

(Fonte foto: Giuseppe Corti, direttore del Centro Crea Agricoltura e Ambiente)

Diverso è il caso delle aree in cui l'acqua non è disponibile e si intende utilizzare l'idrogel per catturare quella piovana nei mesi invernali o primaverili, per poi rilasciarla durante l'estate. In questo caso l'idrogel potrebbe avere un'applicazione, ma a patto che abbia un costo basso e una capacità di ritenzione idrica estremamente elevata e duratura nel tempo, tale da fornire acqua alla coltura a settimane, se non mesi, dall'ultima pioggia. Performance che, ad oggi, non sono raggiungibili.

"Attualmente, l'impiego degli idrogel è giustificabile solo in ambiti circoscritti, come il giardinaggio o le coltivazioni in vaso, dove la quantità di prodotto necessaria è contenuta e l'obiettivo primario è evitare la disidratazione delle piante durante brevi periodi", conclude Corti.

"Per un utilizzo diffuso in agricoltura estensiva è fondamentale intervenire su due fronti: riduzione dei costi di produzione e aumento della stabilità nel suolo. Solo attraverso questi miglioramenti gli idrogel potranno rappresentare una reale soluzione per mitigare gli effetti della siccità".