Η μείωση των γεωργικών ψεκασμών από τους αγρότες (λιπασμάτων, φυτοφαρμάκων και ζιζανιοκτόνων) θα μπορούσε να ελαττώσει την ποσότητα της ρυπογόνου απορροής που καταλήγει στο περιβάλλον, μειώνοντας ταυτόχρονα το κόστος και ενισχύοντας ίσως την παραγωγικότητα των καλλιεργειών τους. Στις ΗΠΑ, για παράδειγμα, οι αγρότες ξοδεύουν 16 δισεκατομμύρια δολάρια το χρόνο μόνο σε φυτοφάρμακα.
Μια ομάδα ερευνητών στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) και μια spinoff εταιρεία που ίδρυσαν ανέπτυξαν ένα σύστημα για να κάνει ακριβώς αυτό. Η τεχνολογία τους καλύπτει με ένα λεπτό φιλμ λαδιού τα σταγονίδια του ψεκαστικού νέφους καθώς αυτό διασπείρεται σε ένα χωράφι, μειώνοντας σημαντικά την τάση τους να γλιστράνε από τα φύλλα των δέντρων και των φυτών και να καταλήγουν στο έδαφος.
Μελέτες συμφωνούν στο ότι εάν οι αγρότες δεν χρησιμοποιούν φυτοφάρμακα, θα χάσουν το 78% των φρούτων, το 54% των λαχανικών και το 32% της παραγωγής δημητριακών. Όμως, η ανεπάρκεια τεχνολογίας που παρακολουθεί και βελτιστοποιεί τους ψεκασμούς αναγκάζει τους αγρότες να βασίζονται στην προσωπική τους εμπειρία και να αποφασίζουν εκείνοι πώς να εφαρμόσουν στις καλλιέργειες αυτές τις χημικές ουσίες. Το αποτέλεσμα είναι ότι αυτές οι χημικές ουσίες χρησιμοποιούνται σε υπερβολικό βαθμό και καταλήγουν σε υδάτινες οδούς ή συσσωρεύονται στο έδαφος. Μια πρόσφατη μελέτη διαπίστωσε ότι το 31% των γεωργικών εδαφών σε όλο τον κόσμο διατρέχουν υψηλό κίνδυνο ρύπανσης από φυτοφάρμακα.
Βέβαια, η διάλυση χημικών ουσιών στο νερό και ο ψεκασμός τους στα φύλλα των φυτών, τα οποία είναι συχνά εγγενώς υδρόφοβα, δηλαδή απωθούν το νερό, είναι ένας από τους πιο προσιτούς τρόπους για να γίνει η παραγωγή τροφίμων πιο βιώσιμη και πιο οικονομική.
Σταγονίδια που κολλάνε στα φύλλα…
Η ερευνητική ομάδα στο ΜΙΤ με επικεφαλής τον καθηγητή Kripa Varanasi νωρίτερα είχε δείξει ότι λιγότερο από το 5% των ψεκαζόμενων υγρών κολλάνε πραγματικά στους στόχους τους. Από το 95% ή περισσότερο που χάνεται, περίπου το μισό παρασύρεται και δεν φτάνει ποτέ στα φυτά και το άλλο μισό αναπηδά μακριά.
Η ομάδα που έχει επικεντρωθεί στην ανεύρεση τρόπων βελτίωσης της εφαρμογής φυτοφαρμάκων, μελετώντας τις αλληλεπιδράσεις που εμφανίζονται στις επιφάνειες των φύλλων, επινόησε τώρα έναν τρόπο να κολλάνε τα σταγονίδια που εκτοξεύονται κατά τον ψεκασμό πάνω στα φύλλα των φυτών. Και αυτό το κάνει επικαλύπτοντας κάθε σταγονίδιο με ένα λεπτό στρώμα από ένα ελαιώδες υλικό που εξαφανίζεται και ψεκάζοντας το φυτοφάρμακο μέσω ειδικού ακροφυσίου με αισθητήρες.
Στη νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Soft Matter, οι ερευνητές περιγράφουν εργαστηριακά πειράματα με κάμερες υψηλής ταχύτητας. Για παράδειγμα, υποδεικνύουν πως σε έναν ψεκασμό ρουτίνας μιας υδρόφοβης επιφάνειας παρόμοιας με αυτή πολλών φύλλων φυτών, τα σταγονίδια αρχικά απλώνονται σε αυτήν και στη συνέχεια κάνοντας γκελ πέφτουν, αλλά όταν οι ερευνητές επικαλύπτουν την επιφάνεια των σταγονιδίων με μια μικροσκοπική ποσότητα λαδιού (λιγότερη από το 1% της σταγόνας) τα σταγονίδια απλώνονται, κολλάνε στην επιφάνεια και παραμένουν.
«Όταν τα σταγονίδια χτυπούν στην επιφάνεια, καθώς διαστέλλονται, σχηματίζουν έναν δακτύλιο λαδιού που ουσιαστικά ‘καρφώνει’ το σταγονίδιο πάνω σε αυτή», λένε οι ερευνητές, οι οποίοι πραγματοποίησαν εκατοντάδες πειράματα, με διαφορετικές ταχύτητες κρούσης, με διαφορετικά μεγέθη σταγονιδίων, υπό διαφορετικές γωνίες κλίσης, και με όλα τα στοιχεία που χαρακτηρίζουν πλήρως αυτό το φαινόμενο. Οι ίδιοι διαπίστωσαν τελικά, πως τα διαφορετικά έλαια είχαν διαφορετική αποτελεσματικότητα, αλλά ήταν όλα εξίσου αποτελεσματικά. Το σημαντικότερο όλων είναι ότι με αυτό τον τρόπο τα σταγονίδια έχουν 100 φορές μεγαλύτερη δυνατότητα να κολλήσουν στα φύλλα και να παραμείνουν.
Το φαινόμενο λειτουργεί και με εξαιρετικά μικρές ποσότητες λαδιού. Στις αρχικές τους δοκιμές οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ποσότητα λαδιού λιγότερη από το 1% της σταγόνας νερού, μετά δοκίμασαν 0,1% και έφτασαν μέχρι και το 0,01%. Τα σταγονίδια κολλούσαν στην επιφάνεια μέχρι και στο 0,1%, αλλά σε μικρότερη συγκέντρωση το λάδι άρχισε να διασπάται. «Βασικά, αυτό το φιλμ λαδιού λειτουργεί ως ένας τρόπος παγίδευσης του σταγονιδίου στην επιφάνεια των φυτών, επειδή το λάδι έλκεται πολύ από αυτήν και συγκρατεί το νερό στη θέση του», εξηγούν οι ερευνητές.
Στις αρχικές δοκιμές οι επιστήμονες, για την επικάλυψη χρησιμοποίησαν σογιέλαιο, θεωρώντας ότι αυτό θα ήταν ένα οικείο υλικό για τους αγρότες, αλλά σε περαιτέρω δοκιμές, διαπίστωσαν ότι αρκετές χημικές ουσίες τις οποίες οι αγρότες χρησιμοποιούν ήδη τακτικά στον ψεκασμό τους (επιφανειοδραστικά) θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν αντ’ αυτού. Μάλιστα, ορισμένες από αυτές τις ουσίες λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο συγκρατώντας τα σταγονίδια κολλημένα στα φύλλα.
Οι αγρότες που χρησιμοποιούν ήδη αυτά τα επιφανειοδραστικά και βοηθητικά χημικά για να ενισχύσουν τον ψεκασμό, τα αναμειγνύουν με ένα υδατικό διάλυμα. Για να έχει κάποιο αποτέλεσμα, πρέπει να χρησιμοποιήσουν μεγάλη ποσότητα από αυτά τα υλικά, με κίνδυνο να κάψουν τα φυτά. Το νέο σύστημα επίστρωσης των σταγονιδίων μειώνει την ποσότητα αυτών των υλικών που χρειάζονται, ενώ βελτιώνει την αποτελεσματικότητά τους.
Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε μια εταιρεία με την επωνυμία AgZen για να εμπορευματοποιήσει την τεχνολογία της και προκειμένου να αποδείξει τη λειτουργικότητά της ανέπτυξε ένα σύστημα παρακολούθησης του ψεκασμού σε πραγματικό χρόνο.
Αυτό το σύστημα, το οποίο στηρίζεται σε μηχανική όραση και ονομάζεται RealCoverage, έχει αναπτυχθεί σε αγροκτήματα μεγέθους από μερικές δεκάδες έως εκατοντάδες χιλιάδες στρέμματα και σε πολλούς διαφορετικούς τύπους καλλιεργειών (65.000 στρέμματα το 2024), και έχει μειώσει κατά 30 έως 50% τις δαπάνες των αγροτών για φυτοφάρμακα. Το σύστημα μπορεί να συνδεθεί σε οποιονδήποτε ψεκαστήρα φυτοφαρμάκων και να προσφέρει ανατροφοδότηση σε πραγματικό χρόνο σχετικά με το ποσοστό των σταγονιδίων φυτοφαρμάκου που κολλούν και παραμένουν σε κάθε φύλλο. Αυτό το σύστημα θα αναπτυχθεί σε 920.000 στρέμματα καλλιέργειες το 2025, λέει η εταιρεία, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων καλλιεργειών στην Καλιφόρνια, στο Τέξας, στη Γαλλία και την Ιταλία.
Η AgZen συγκέντρωσε πρόσφατα 10 εκατομμύρια δολάρια χρηματοδότηση για να υποστηρίξει την ταχεία εμπορική ανάπτυξη του τελικού προϊόντος της που θα το ονομάσει EnhanceCoverage, και το οποίο αναμένεται να είναι διαθέσιμο το 2025, ώστε να συμβάλει στον έλεγχο των χημικών εισροών στη γεωργία.