Die Freie Universität Bozen und das Italienische Institut für Technologie in Genua haben gemeinsam ein biologisch abbaubares Hydrogelsystem für die Hydrokultur entwickelt. Dieses Hydrogelmaterial unterstützt das Pflanzenwachstum bei minimalem Wasserbedarf und bietet die Möglichkeit, Sensoren zur Echtzeitüberwachung der Pflanzengesundheit zu integrieren. Diese Forschung bietet neue Lösungen für landwirtschaftliche Herausforderungen angesichts des Klimawandels.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift ACS Agricultural Science & Technology veröffentlicht. Das Forschungsteam, bestehend aus multidisziplinären Expertinnen und Experten beider Institutionen, umfasst die Professorinnen Camilla Febo, Paolo Lugli und Luisa Petti von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Freien Universität Bozen sowie die Professorinnen Tanja Mimmo und Luigimaria Borruso von der Fakultät für Agrar-, Umwelt- und Lebensmittelwissenschaften. An der Studie waren auch die leitende Forscherin Athanassia Athanassiou und die Forscherin Danila Merino vom Italienischen Institut für Technologie beteiligt.

Hydrogele, poröse Materialien, deren Polymernetzwerke Vorteile bei der Speicherung von Wasser und Nährstoffen bieten, entwickeln sich im Gartenbau zu nachhaltigen Alternativen zu erdölbasierten Schäumen und Blumentöpfen. Forscher haben eine biologisch abbaubare Hydrogelformel entwickelt, die aus Rotalgen gewonnenes Carrageen als primären Rohstoff verwendet.

Das Forschungsteam erweiterte die Funktionalität des Hydrogels durch die Zugabe von Algenextrakten, sodass es als Biostimulans das natürliche Pflanzenwachstum fördert. Diese Modifikation verbessert nicht nur die Widerstandsfähigkeit und Qualität der Pflanzen, sondern steigert auch die Nährstoffverwertungseffizienz. Pflanzenversuche im Bozner Labor mit Arabidopsis thaliana als Modellpflanze zeigten, dass das neue Hydrogel im Vergleich zu herkömmlichen Hydrokultursubstraten ein kräftigeres Pflanzenwachstum förderte.

Dieses Hydrogelmaterial weist eine hervorragende Wasserspeicherfähigkeit mit einer Ausdehnungsrate von bis zu 7000 % auf. Seine einzigartige Struktur ermöglicht es, Pflanzen kontinuierlich und stabil mit Wasser und Nährstoffen zu versorgen. Wissenschaftler planen, biologisch abbaubare flexible Sensoren in das Hydrogelgerüst zu integrieren und so die technischen Voraussetzungen für die Präzisionslandwirtschaft zu verbessern.

„Wir arbeiten an der Entwicklung von Materialien, die nicht nur biologisch abbaubar und nachhaltig sind, sondern auch aktiv mit Pflanzen interagieren und sie effektiv mit Wasser und Nährstoffen versorgen“, erklärt Camilla Febo, Forscherin an der Freien Universität Bozen. „Die von uns entwickelten Hydrogele können Wasser speichern und nach und nach wieder abgeben, wodurch der Wasserverbrauch deutlich reduziert wird. Dieser Ansatz stellt einen wichtigen Schritt hin zu einer widerstandsfähigeren und umweltfreundlicheren Landwirtschaft dar.“

„Wir arbeiten an der Entwicklung intelligenter und nachhaltiger Materialien, um Umweltproblemen zu begegnen und konkrete Lösungen in Schlüsselbereichen wie der Landwirtschaft zu bieten“, sagte Athanassia Athanassiou, stellvertretende wissenschaftliche Direktorin am Italienischen Institut für Technologie. „In dieser Studie haben wir gezielt natürliche Meeresressourcen genutzt, um ein Hydrogel zu entwickeln, das Wasser binden und Pflanzen mit Nährstoffen versorgen kann.“

„Technologische Innovation muss mit ökologischer Nachhaltigkeit einhergehen“, sagte Luisa Petti, Leiterin des Sensortechnologielabors an der Freien Universität Bozen. „Wir sind spezialisiert auf die Entwicklung flexibler, biologisch abbaubarer Elektronik, die in intelligente Agrarsysteme integriert werden kann. Die in Zusammenarbeit mit dem Italienischen Institut für Technologie entwickelten Hydrogele sind ein konkretes Beispiel dafür, wie Technologie die Landwirtschaft unterstützen kann, indem sie die Ressourceneffizienz steigert und die Umweltbelastung reduziert.“