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 die Herausforderungen der Landwirtschaft 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 dieses Hydrogels durch die Zugabe von Algenextrakten, wodurch es als Biostimulans das natürliche Pflanzenwachstum fördert. Diese Verbesserung steigerte nicht nur die Stressresistenz und Qualität der Pflanzen, sondern auch deren Nährstoffverwertung. In Pflanzenversuchen mit Arabidopsis thaliana als Modellpflanze im Labor in Bozen zeigte sich, dass das neuartige Hydrogel im Vergleich zu herkömmlichen Hydrokultursubstraten ein kräftigeres Pflanzenwachstum ermöglichte.

Dieses Hydrogelmaterial zeichnet sich durch hervorragende Wasserspeichereigenschaften mit einer Ausdehnungsrate von bis zu 7000 % aus. Seine einzigartige Struktur ermöglicht es Pflanzen, kontinuierlich und stabil mit Wasser und Nährstoffen versorgt zu werden. Wissenschaftler planen, biologisch abbaubare, flexible Sensoren in das Hydrogelgerüst zu integrieren und so fortschrittlichere technologische Voraussetzungen für eine präzise Landwirtschaft zu schaffen.

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

„Wir arbeiten an der Entwicklung intelligenter und nachhaltiger Materialien, um Umweltprobleme anzugehen und konkrete Lösungen für Schlüsselsektoren wie die Landwirtschaft bereitzustellen“, sagte Athanassia Athanassiou, stellvertretende wissenschaftliche Direktorin am Italienischen Polytechnischen Institut. „In dieser Studie haben wir gezielt natürliche Meeresressourcen genutzt, um ein Hydrogel zu entwickeln, das Feuchtigkeit speichert und Pflanzen mit Nährstoffen versorgt.“

Luisa Petti, Leiterin des Labors für Sensortechnologie an der Freien Universität Bozen, ist überzeugt: „Technologische Innovation und ökologische Nachhaltigkeit müssen Hand in Hand gehen. Wir konzentrieren uns auf die Entwicklung flexibler, biologisch abbaubarer elektronischer Geräte, die in intelligente Agrarsysteme integriert werden können. Das in Zusammenarbeit mit der Polytechnischen Universität Italien entwickelte Hydrogel ist ein konkretes Beispiel dafür, wie Technologie die Landwirtschaft unterstützen kann, indem sie die Ressourceneffizienz verbessert und die Umweltbelastung reduziert.“

Weitere Informationen: Camilla Febo et al., „Using algal biomass: Highly absorbent and biostimulating hydrogels to promote seed germination in hydroponics“, ACS Agricultural Science & Technology (2025).