Projecte H2020 PSust-MOF: Estructures metall-orgàniques com a materials multifuncionals cap a la P-sostenibilitat
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2020 -2022
- Pressupost assignat 160.932,48 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte PSust-MOF
Per alimentar la creixent població mundial, els agricultors necessiten aplicar fertilitzants eficients que normalment contenen fòsfor per augmentar el rendiment dels cultius. La major part del fòsfor utilitzat als fertilitzants prové de la roca fosfòrica, un recurs finit. Les estructures metal·loorgàniques a base de zirconi (Zr-MOF) es consideren materials adequats per recuperar fosfat, tant d'aigües residuals com eutrofitzades, per produir fertilitzants P, a causa de les seves grans superfícies, estabilitat hídrica i forta afinitat amb el fosfat.
El projecte PSust-MOF, finançat amb fons europeus, té per objectiu millorar l'ús circular dels fertilitzants a base de fosfat. A més, el projecte utilitzarà aigua com a mitjà de reacció per a la síntesi de Zr-MOF, compatible amb els requisits de la producció industrial.
L'ús eficient de fertilitzants químics és fonamental per afrontar l'Objectiu de Desenvolupament Sostenible-2: Fam Zero. Específicament, els fertilitzants de fòsfor es produeixen principalment mitjançant l'extracció de roca de fosfat (PR) no renovable i els processos de producció i aplicació ineficients causen danys ambientals dramàtics. Una nova regulació europea sobre fertilitzants fomenta el desenvolupament de noves estratègies que condueixin a una economia P-circular.
El fosfat es podria recuperar tant de l'aigua residual com de l'aigua eutrofitzada per produir fertilitzants fosfatats. Tot i això, les taxes de recuperació vigents no poden satisfer tota la demanda de P. Per tant, també es necessiten amb urgència mètodes nous per a una producció més sostenible de fertilitzants fosfatats. Les estructures metal·loorgàniques a base de zirconi (Zr-MOF) són materials cristal·lins porosos fàcils de funcionalitzar que mostren grans superfícies, estabilitat a l'aigua i una forta afinitat pel fosfat.
Per tant, podrien actuar com a adsorbents prometedors per a la recuperació de P. A més, recentment s'ha demostrat que promouen la dissolució de minerals altament estables. Per tant, podrien millorar la dissolució de la roca fosfòrica en condicions més suaus, mitigant els riscos ambientals de la mineria de roca fosfòrica. Desafortunadament, els Zr-MOF solen preparar-se utilitzant dissolvents orgànics tòxics, cosa que limita el seu progrés industrial.
El projecte titulat “Estructures metal·lorgàniques com a materials multifuncionals cap a la sostenibilitat del P” (PSust-MOF) aborda la producció més ecològica de Zr-MOF amb característiques de partícules controlades mitjançant l'ús d'aigua com a dissolvent. S'identificaran les característiques principals que determinen tant el procés de recuperació de P com la promoció de la dissolució de l'apatita (component principal de la PR). Aquest coneixement permetrà el disseny de materials avançats de Zr-MOF que es provaran, per a la recuperació de P o la dissolució de PR, en condicions reals. S'espera que els resultats del projecte no només tinguin un fort impacte en la sostenibilitat del P. Atesa l'àmplia gamma d'aplicacions dels MOF, el disseny més ecològic dels Zr-MOF també n'afavorirà el progrés industrial en múltiples camps.
Absorció de fertilitzants fosfatats de les aigües residuals agrícoles Un equip d'investigadors de la Unió Europea va crear estructures metal·loorgàniques a base de zirconi per absorbir els contaminants de les aigües residuals agrícoles i reutilitzar-los en nous fertilitzants. Tot i que els fertilitzants químics són una part essencial de l'agricultura moderna, són lluny de ser perfectes. "Els fertilitzants convencionals no només són molt ineficients, sinó que molts filtren fòsfor a terra, cosa que té un impacte negatiu en el medi ambient i en la salut humana", afirma Jorge Rodríguez Navarro, professor de la Universitat de Granada. Amb el suport del projecte finançat amb fons europeus PSust-MOF (Metal-Organic Frameworks es multifunctional materials towards P-sustainability), Rodríguez Navarro, juntament amb el seu col·lega i investigador Francisco Carmona, va liderar un esforç per crear una economia circular del fòsfor. «L'objectiu principal del projecte era desenvolupar un adsorbent innovador capaç de desintoxicar les aigües residuals agrícoles mitjançant la recuperació i la reutilització de fertilitzants fosfatats», explica Carmona.
Estructures metall-orgàniques sostenibles Per aconseguir aquest objectiu, el projecte, que va rebre suport del programa d'Accions Marie Skōodowska-Curie, es va centrar en una classe emergent de materials porosos anomenats estructures metall-orgàniques a base de zirconi, o Zr-MOF, que tenen una gran afinitat pels grups fosfat. Però els investigadors no volien simplement crear Zr-MOF, volien fer-ho de manera sostenible. "Les excepcionals propietats de les estructures metall-orgàniques les converteixen en materials prometedors per a una gran varietat d'aplicacions", comenta Rodríguez Navarro. "Desafortunadament, en general es preparen amb solvents tòxics i en condicions adverses". En canvi, els investigadors van demostrar la viabilitat de sintetitzar Zr-MOF mitjançant un enfocament assistit per microones.
L'innovador procés utilitza aigua com a dissolvent i pot modular fàcilment i finament la mida de partícula dels materials resultants. "En fer que la producció industrial sigui més fàcil, menys costosa i més sostenible, aquest procés facilitarà l'ús real d'aquests materials", afegeix Carmona. Capacitat per absorbir ions de fosfat Més enllà de desenvolupar un procés sostenible per fabricar materials Zr-MOF, el projecte també va demostrar la capacitat d'aquests materials per absorbir de manera eficient ions de fosfat en concentracions rellevants. Quan es capturen els ions de fosfat, es poden reutilitzar en la fabricació de nous fertilitzants absorbents de fosfat.
"Hem demostrat que els Zr-MOF no només poden adsorber ions de fosfat de manera reversible, sinó que són capaços de degradar simultàniament pesticides organofosforats tòxics en compostos innocus", diu Rodríguez Navarro. "Aquesta capacitat obre la porta a poder desintoxicar les aigües residuals derivades de les activitats agrícoles". Abordar els desafiaments de l'escassetat i la ineficiència L'escassetat de fòsfor i la ineficiència dels fertilitzants són dos obstacles fonamentals per assolir un sector agrícola productiu de manera sostenible. El projecte PSust-MOF ha ajudat a superar totes dues coses. "En recuperar el fòsfor de les aigües residuals agrícoles i després reutilitzar aquest fòsfor en la creació de nous fertilitzants efectius, la nostra feina demostra el potencial dels marcs metall-orgànics per abordar simultàniament els desafiaments d'escassetat i ineficiència mitjançant la creació d'una economia circular de fosfat", assenyala Carmona.
"Aquest projecte ha aconseguit conscienciar sobre la sostenibilitat del fòsfor i ha demostrat com la investigació és la clau per trobar estratègies i solucions que permetin superar aquests reptes importants", afegeix Rodríguez Navarro. Els investigadors estan treballant actualment per avançar en la processabilitat de materials metall-orgànics utilitzant compostos o matrius de membranes mixtes, un avenç que permetria produir-los a escala.
- UNIVERSIDAD DE GRANADA (UGR)
Projectes relacionats
