Riassunto:
Di fronte alle sfide legate alla crescente desertificazione del territorio globale e alla continua riduzione dei terreni agricoli, un gruppo di ricerca proveniente dalla Svizzera e dagli Emirati Arabi Uniti ha proposto una soluzione creativa: rendere la sabbia "viva". La ricerca è stata condotta congiuntamente dal Laboratorio federale svizzero per la scienza e la tecnologia dei materiali (Empa) e dall’Università Khalifa di Abu Dhabi. I ricercatori sperano che, introducendo microrganismi specifici, la sabbia del deserto, originariamente sterile e sciolta e quasi inadatta alla produzione agricola, possa essere trasformata in una nuova matrice in grado di trattenere l’acqua, resistere all’erosione e sostenere la crescita delle piante. Il gruppo di ricerca chiama questa tecnologia “Living Sand”.
Oltre il 90% del territorio degli Emirati Arabi Uniti è coperto da deserto e il terreno disponibile per la produzione agricola rappresenta meno del 5% della superficie totale. Attualmente, il paese può produrre solo circa il 10-15% del suo fabbisogno alimentare, e il resto dipende fortemente dalle importazioni. I ricercatori sottolineano che questo problema non riguarda esclusivamente il Medio Oriente. Con il cambiamento climatico globale, il degrado delle foreste e l’uso eccessivo del territorio, sempre più regioni si trovano ad affrontare sfide simili legate al degrado del territorio e alla desertificazione.
I tradizionali terreni sabbiosi non sono adatti alla coltivazione agricola. È difficile per i granelli di sabbia formare una struttura stabile tra loro, rendendo il terreno suscettibile all’erosione del vento e dell’acqua. Allo stesso tempo, la sabbia è priva di nutrienti organici e non può sostenere a lungo la crescita microbica e vegetale. La cosa più grave è che l’acqua fuoriuscirà rapidamente dagli spazi tra i granelli di sabbia, rendendo l’efficienza dell’irrigazione estremamente bassa.
Per affrontare questi problemi, il team di ricerca ha introdotto batteri e funghi specifici nell'ambiente sabbioso. Questi microrganismi sono in grado di secernere molecole naturali a catena lunga chiamate biopolimeri e di formare inoltre grandi reti di microfibre. Queste fibre si intersecheranno tra i granelli di sabbia come una colla naturale, collegando i granelli di sabbia originariamente indipendenti per formare una struttura complessiva più stabile.
Il responsabile della ricerca ha affermato che dal punto di vista della scienza dei materiali, ciò equivale in realtà alla creazione di un materiale composito naturale composto da granelli di sabbia e fibre biologiche. Immagini microscopiche mostrano che reti di fibre prodotte microbicamente avvolgono e collegano i singoli granelli di sabbia, conferendo alla sabbia sciolta una resistenza strutturale senza precedenti.
Per verificarne l'effetto, i ricercatori hanno utilizzato campioni di sabbia di laboratorio e campioni di sabbia raccolti da vere dune di sabbia ad Abu Dhabi per i test. I risultati hanno mostrato che la resistenza meccanica dei campioni trattati con batteri era significativamente migliorata e la loro resistenza all’erosione era molto superiore a quella della sabbia ordinaria.
Ancora più importante, anche le prestazioni di ritenzione idrica sono state notevolmente migliorate. I dati sperimentali hanno mostrato che il tasso di penetrazione dell’acqua era ridotto di circa sei volte nella sabbia trattata con batteri. Ciò significa che l’acqua di irrigazione, che altrimenti defluirebbe rapidamente, può rimanere più a lungo nel substrato, creando le condizioni per la futura crescita delle piante.
Il team di ricerca ha sviluppato anche un secondo miglioramento. Hanno utilizzato batteri che producono nanocellulosa per creare strati ultrasottili di biofibre e hanno combinato questi materiali alternativamente con strati di sabbia per creare una struttura simile a un tessuto. Rispetto alla prima opzione, questa struttura a strati può migliorare ulteriormente la stabilità e la capacità di ritenzione idrica della sabbia.
I risultati dei test mostrano che dopo aver adottato la struttura a strati di nanocellulosa, il tasso di penetrazione dell'acqua diminuisce sorprendentemente di 28 volte. Rispetto alla sabbia ordinaria, la sua capacità di immagazzinamento dell'acqua è stata notevolmente migliorata. Tuttavia, i ricercatori hanno anche sottolineato che l’attuale ciclo di produzione di questo metodo è lungo e che c’è ancora spazio per ulteriori miglioramenti in termini di efficienza.
La stessa crescita microbica richiede una fonte di nutrienti. A questo proposito, il gruppo di ricerca ritiene che non esistano ostacoli difficili da risolvere. Perché le fonti di carbonio e gli zuccheri richiesti da batteri e funghi possono provenire direttamente da componenti disponibili nei rifiuti agricoli o nei rifiuti organici, formando così un modello di riciclaggio relativamente a basso costo.
I ricercatori sottolineano che la "sabbia viva" è ancora solo il primo passo nella trasformazione del deserto in terra coltivabile. L’obiettivo principale non è creare immediatamente un terreno agricolo completo, ma dotare innanzitutto la sabbia della capacità di trattenere l’umidità e favorire la crescita di più microrganismi. Una volta formato un ecosistema microbico stabile, è possibile introdurre ulteriormente piante e altra materia organica per migliorare gradualmente la qualità del suolo.
Poiché sempre più aree in tutto il mondo si trovano ad affrontare problemi di degrado del suolo, questa nuova tecnologia che utilizza microrganismi naturali per trasformare i deserti ha ricevuto un'attenzione diffusa. Sebbene ci sia ancora una certa strada da percorrere prima delle applicazioni agricole su larga scala, il gruppo di ricerca ritiene che iniettando “vita” nella sabbia, le aree desertiche potrebbero avere nuove possibilità di sviluppo agricolo in futuro.
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