Nanotechnologie kan de efficiëntie van de landbouw verbeteren zonder dat er nieuwe infrastructuur nodig is. Krediet: Shutterstock
Wetenschap gaat over grote ideeën die de wereld veranderen. Maar soms komen grote gevolgen van de kleinste objecten.
Nanotechnologie klinkt misschien als sciencefiction, maar het vertegenwoordigt technologieën die al decennia lang zijn ontwikkeld. Nanotechnologische benaderingen hebben praktische toepassingen gevonden op een breed scala van gebieden, van composietmaterialen in textiel naar landbouw.
Landbouw is een van de oudste menselijke uitvindingen, maar nanotechnologie biedt moderne innovaties die de efficiëntie van onze voedselvoorziening drastisch kunnen verbeteren en de milieu-impact van de productie ervan kunnen verminderen.
Landbouw brengt kosten met zich mee die boeren maar al te goed kennen: gewassen hebben aanzienlijke hoeveelheden water, land en brandstof nodig om te produceren. Meststoffen en pesticiden zijn nodig om de noodzakelijke hoge gewasopbrengsten te behalen, maar het gebruik ervan heeft neveneffecten voor het milieu, net als veel boeren verkennen hoe nieuwe technologie kunnen hun impact verminderen.
De kleinste objecten
Nanotechnologie is de wetenschap van objecten met een diameter van enkele nanometers – miljardsten van een meter. Bij deze grootte krijgen objecten unieke eigenschappen. Het oppervlak van een zwerm deeltjes op nanoschaal is bijvoorbeeld enorm in vergelijking met dezelfde massa die is verzameld in een enkele grootschalige klomp.
Door de grootte en andere eigenschappen van objecten op nanoschaal te variëren, hebben we een ongekend vermogen om precisieoppervlakken te creëren met sterk aangepaste eigenschappen.
Deeltjes gebruiken
Traditioneel houdt het aanbrengen van chemicaliën in dat eerst de actieve ingrediënten in water worden gemengd en vervolgens het mengsel op gewassen worden gespoten. Maar de ingrediënten niet gemakkelijk mengen, waardoor dit een inefficiënt proces is waarvoor grote hoeveelheden water nodig zijn.
Om de efficiëntie te verbeteren en de impact op het milieu te verminderen, hebben boeren hun meststoffen en pesticiden nodig om hun gewassen te bereiken en precies daar in de plant te worden opgenomen waar ze nodig zijn, bijvoorbeeld in de wortels of de bladeren. Idealiter zouden ze net genoeg van de chemische stof kunnen gebruiken om de opbrengst van het gewas te verhogen of het te beschermen tegen aantasting of infectie, waardoor het teveel zou worden verspild.
Op maat gemaakte systemen op nanoschaal kunnen precisiechemie gebruiken om een zeer efficiënte levering van meststoffen of pesticiden te bereiken. Deze actieve ingrediënten kunnen worden ingekapseld op een manier die vergelijkbaar is met wat er gebeurt bij gerichte medicijnafgifte. De inkapselingstechniek kan ook worden gebruikt om de hoeveelheid opgelost in water te vergroten, waardoor er minder grote hoeveelheden nodig zijn.
Huidige toepassingen
Starpharma, een farmaceutisch bedrijf, stapte een paar jaar geleden in dit spel, toen het een divisie oprichtte om zijn nanotechnologische innovaties toe te passen op de landbouwsector. Het bedrijf heeft sindsdien verkocht zijn agrochemische activiteiten.
Psigryph is een ander innovatief nanotechbedrijf in de landbouw. De technologie maakt gebruik van biologisch afbreekbare nanostructuren die zijn afgeleid van Extract van zure kersen uit Montmonercy om bioactieve moleculen af te leveren via celmembranen in planten, dieren en mensen.
Mijn lab heeft jaren in de nanowetenschap gewerkt en ik ben er trots op dat we fundamenteel inzicht hebben in manipuleren van polymeerinkapseling op nanoschaal zijn weg vinden naar toepassingen in de landbouw. Een voormalige student, Darren Anderson, is de CEO van Vive Crop Protection, uitgeroepen tot een van de beste groeiende bedrijven van Canada: ze nemen chemische en biologische pesticiden en hangen ze op in ‘nanopakjes’ – die fungeren als ongelooflijk kleine polymeershuttles – om ze gemakkelijk hun doel te laten bereiken. De ingrediënten kunnen worden gecontroleerd en nauwkeurig worden gericht wanneer ze op gewassen worden aangebracht.
Bestaande infrastructuur
Een bonus van deze nanotech-ontwikkelingen is dat ze eigenlijk helemaal geen nieuwe apparatuur nodig hebben, wat een enorm voordeel is in de financieel uitdagende landbouwsector. Boeren mengen deze producten eenvoudigweg met minder water en brandstof om de efficiëntie te vergroten.
Andere landbouwtoepassingen voor nanotechnologie zijn onder meer diergezondheidsproducten, voedsel verpakkingsmaterialen en nanobiosensoren voor het detecteren van pathogenen, toxines en zware metalen in de bodem. Het zou geen verrassing zijn om te zien dat deze nieuwe toepassingen in de nabije toekomst op grote schaal worden gebruikt.
Naarmate nanotechnologieën een vlucht nemen, zal dit soort productiviteitswinst van cruciaal belang zijn voor boeren en een groot probleem voor de rest van ons, aangezien de wereldbevolking blijft groeien en de effecten van klimaatverandering steeds duidelijker worden. Boeren zullen meer moeten doen met minder.
Gelukkig is een paar miljardsten van een meter de definitie van minder. Met behulp van piepkleine nanotechnologie staat de wereldwijde landbouw aan de vooravond van een aantal zeer grote dingen.
Geleverd door The Conversation
