Svake godine farmeri iz Misurija gube milione dolara vrednih hranljivih materija koje se ispiru u reke i jezera. Ovi hranljivi sastojci — nitrati i fosfati koji se nalaze u đubrivima — ključni su za rast biljaka, ali izazivaju pustoš u vodenom životu kada završe u vodenim tokovima.
Istraživač Univerziteta u Misuriju Matijas Jang veruje da je pronašao način da zadrži hranljive materije na zemlji gde im je mesto. On razvija tehniku koja bi mogla da dovede do novih tipova senzora koji bi pomogli farmerima da bolje mere nitrate i fosfate u zemljištu, omogućavajući im da efikasnije koriste đubriva.
„Nitrati i fosfati koji se ispuštaju u vodene tokove izazivaju cvetanje algi koje ubijaju ribu i štete turizmu u zajednicama na obali“, rekao je Jang, docent hemijskog inženjerstva sa zajedničkim imenovanjem na hemiji na Mizzou College of Arts and Science. „Ne samo to, poljoprivrednici ne žele da nitrati i fosfati ispiru njihova polja. Na osnovu podataka Agencije za zaštitu životne sredine i Ministarstva poljoprivrede Sjedinjenih Država, procenjuje se da se svake godine samo u Misuriju potroši oko 100 miliona dolara đubriva. Ovo rad pomaže ribi, divljim životinjama, turizmu i farmerima“.
Dok njegov tim još uvek radi na nekim nedostacima, Jangovo istraživanje pokazuje obećanje za brži, pouzdaniji i isplativiji način merenja jona kao što su nitrati u zemljištu.
To je važno jer ako je nivo nitrata nizak, biljke neće dobiti hranljive materije koje su im potrebne za rast. Ali ako su previsoke, dodavanje više đubriva je rasipno jer će višak nitrata oticati u vodene tokove.
Postojeći uređaji, poznati kao jonsko-selektivne elektrode, mogu meriti nitrate i fosfate, ali su skupi i neprecizni. Jedna trenutna metoda zahteva od farmera da sakupe uzorke zemljišta i pošalju ih u laboratoriju na analizu, što je sporo i predstavlja samo mali deo zemlje. Laboratorije imaju pristup sofisticiranijim senzorima koji se oslanjaju na posebne molekule za vezivanje i merenje jona, ali ovi molekuli mogu da koštaju oko 10.000 dolara po gramu.
„Poljoprivrednici odlučuju koliko će đubriva isporučiti, ali donose odluke na osnovu ograničenih informacija“, rekao je Jang. „Čak i skupi senzori moraju često da se kalibriraju, što znači da se ne mogu ostaviti na terenu.“
Jangov novi dizajn menja način na koji se informacije prikupljaju.
On i njegov tim osmišljavaju senzor koji meri koliko brzo se joni kreću kroz membranu, a ne koliko se snažno vezuju za nju. Koristeći impulsnu električnu struju, ovi uređaji su osetljiviji i pouzdaniji.
Jang se konsultuje sa farmerima iz Misurija dok napreduje u nadi da će komercijalizovati senzore koji su jeftini i praktični.
„Razvijamo ručne senzore za prikupljanje merenja u realnom vremenu, kao i senzore koji se mogu instalirati na terenu“, rekao je Jang. „Još nisu spremni za raspoređivanje, jer još uvek imamo neke izazove, ali to nudi novi put napred.“
Tim je nedavno izneo svoja otkrića u časopisu ACS Omega. Koautori su bili Rajan Getler, Šima Mehregan, Henri Koing i Endi Kes.
