Proyectos de los Detectives del Clima 2022-2023
Título del proyecto: InNovarAcción: Cambio climático, calidad del aire y economía agrícola local
Equipo: InNovarAzione
ITI OMAR Novara Italia 7 Edad del alumno: 14-15 años, 16-17 años
¿Es posible crear un material superabsorbente para que la agricultura haga frente a la sequía?
¿Es posible crear un material superabsorbente para la agricultura que contribuya a la seguridad?
Los cambios climáticos y medioambientales afectan especialmente al agua. De los 7.700 millones de habitantes del planeta, unos 3.000 millones viven en zonas áridas. Estas últimas, en conjunto, cubren 46,2% de la superficie terrestre. Dados los cambios climáticos en curso, los largos periodos de sequía y el aumento de las zonas desérticas, es necesario poder estudiar nuevos materiales para captar y almacenar agua en el aire. En Piamonte, el verano de 2022 tuvo una temperatura media de 20,7°C, con una anomalía positiva de temperatura de 3,1°C en comparación con la media de 1971-2000, y fue la segunda estación estival más calurosa en la distribución histórica de los últimos 65 años después del excepcional verano de 2003. El uso de imágenes de satélite (índices NDMI, NDVI, OTCI), procesadas con técnicas avanzadas de inteligencia artificial, nos ha permitido establecer que se han perdido aproximadamente 3.000 hectáreas de arrozales en la provincia de Novara, lo que representa 10% de la superficie total de arroz en la zona de Novara. Nuestro proyecto pretendía construir un prototipo para captar la humedad del aire y transformarla en agua. El objetivo principal era la realización de un producto superabsorbente de bajo coste, estable, regenerable y, sobre todo, obtenible a partir de materias primas ecológicas. El gel se compone principalmente de dos ingredientes baratos y comunes: la celulosa, que procede de las paredes vegetales de las plantas, y la goma konjac, un espesante utilizado en la cocina. La goma konjac, por su estructura porosa, capta la humedad del aire, mientras que la celulosa, al calentarse con el sol, libera el agua captada gracias a sus cualidades hidrófugas. Los tiempos de síntesis se reducen porque el gel, una vez liofilizado en un molde, puede despegarse y utilizarse inmediatamente.
Los cambios climáticos y medioambientales afectan especialmente al agua. De los 7,7 millones de habitantes de la Pianeta, unos 3 millones viven en zonas áridas. Estas últimas, unidas, abarcan el 46,2% de las tierras emergidas. A la vista de los cambios climáticos en curso, los largos periodos de sequía y el aumento de las zonas desérticas, es necesario estudiar nuevos materiales para la captura y el almacenamiento del agua presente en el aire. En Piamonte, el periodo 2022 ha registrado una temperatura media de 20,7°C, con una anomalía térmica positiva de 3,1°C en comparación con la media del periodo 1971-2000, y se trata de la segunda estación más cálida en la distribución histórica de los últimos 65 años tras el eccezionale periodo 2003. La utilización de imágenes satelitales (índices NDMI, NDVI, OTCI), elaboradas con técnicas avanzadas de inteligencia artificial, ha permitido establecer que en la provincia de Novara hay alrededor de 3.000 hectáreas en riesgo que representan el 10% de la superficie total en riesgo de Novara. Nuestro proyecto se centra en la realización de un prototipo para capturar la humedad presente en el aire y transformarla en agua. El objetivo principal es fabricar un producto superabsorbente de bajo coste, estable, resistente y, sobre todo, apto para materiales de primera calidad. El gel está compuesto principalmente por dos ingredientes económicos y comunes: la celulosa, procedente de las hojas vegetales de las plantas, y la goma de konjac, un aditivo utilizado en la cocina. La goma konjac, gracias a su estructura porosa, elimina la humedad del agua, mientras que la celulosa, cuando se mezcla con el lenguado, ralentiza el agua catturada gracias a sus propiedades idrorrepelentes. Los tiempos de secado son reducidos porque el gel, una vez liofilizado en un champú, puede ser escamoteado y utilizado inmediatamente.
Medición de la absorción de vapor de agua: Antes de medir la absorción de vapor de agua, todas las muestras se secaron en un horno a 90 °C durante al menos 2 h. Las muestras secas de polímero superhidroscópico (SHPF) se colocaron dentro de viales y luego se sellaron en un sistema de humedad controlada por HR (secador o microinvernadero). La humedad relativa en la cámara de ensayo se estabilizó al valor deseado con una solución sobresaturada de una sal específica. Las humedades relativas de ~15% y ~30% se alcanzaron utilizando soluciones sobresaturadas de LiCl y CH3CO2K, respectivamente. Se utilizó un higrómetro y una sonda termométrica para controlar la humedad relativa y la temperatura en la cámara. Mediante una microbalanza se observaron los cambios de peso durante las fases de absorción y desorción; para la desorción controlada se utilizó una lámpara IR. De los resultados experimentales obtenidos se deduce que las concentraciones óptimas de los reactivos son: KGM 4,6% peso y HPC 1% peso.
- Los polímeros pueden realizar más de 10 ciclos de absorción-desorción al día.
- El agua absorbida puede liberarse rápidamente a temperaturas de calentamiento solar de 30 °C.
- La absorción de agua disminuye al aumentar el contenido de HPC
- La goma konjac y la hidroxipropilcelulosa son biomasas renovables y de bajo coste
- El polímero de menor espesor absorbe 0,64 g∙g -1 de agua a 15% por H.R.
Misura dell'assorbimento del vapore acqueo: Antes de proceder a la medición de la absorción del vapor de agua, todos los campos se han secado en una estufa a 90 °C durante al menos 2 h. Los campos de polímeros superigroscópicos (SHPF) secados se han introducido en el interior de viales y, a continuación, se han encapsulado en un sistema de umidimetría controlada por RH (escáner o microsierra). La humedad relativa en la cámara de prueba se estabiliza al valor deseado con una solución de seguridad de una venta específica. Las umideces relativas de ~15% y ~30% se han obtenido utilizando respectivamente soluciones supersaturadas de LiCl y CH3CO2K. Para el control de la humedad relativa y de la temperatura en la cámara se han utilizado un igrometro y una sonda termométrica. A continuación, mediante microbilancia, se observaron las variaciones de peso durante las fases de absorción y absorción; para controlar la absorción se utilizó una lámpara de infrarrojos. De los resultados experimentales obtenidos se deduce que las concentraciones óptimas de reactivos son: KGM 4,6% peso y HPC 1% peso.
- Los polímeros pueden realizar más de 10 ciclos de absorción-desorción al día.
- L'acqua assorbita può essere rilasciata in tempi brevi con temperature di riscaldamento solare di 30 °C.
- La absorción de agua disminuye con el aumento del contenido de HPC
- El konjac y la idrosipropilcelulosa son biomasas renovables de bajo coste
- Lo spessore più basso di polimero assorbe 0,64 g∙g -1 d'acqua al 15% di H.R.
El análisis de los datos obtenidos por satélite, las encuestas de Arpa Piemonte y los estudios realizados por la Agencia Nacional del Arroz ponen de manifiesto que el cambio climático, la escasez de agua y el aumento de la contaminación atmosférica están poniendo en peligro la producción y la calidad del arroz en la zona de Novara. Nuestra acción concreta consiste en la creación de un arrozal experimental de un metro cuadrado en el jardín de nuestra escuela. El suelo del arrozal se tratará con el gel superabsorbente a base de goma koniac e hidroxipropilcelulosa, experimentando con la variedad de arroz Prometheus 81, que tiene un sistema radicular mucho más desarrollado y, por tanto, puede crecer a mayor profundidad. De este modo, la planta puede llegar a capas del suelo que normalmente no explorarían otras variedades de arroz con un sistema radicular horizontal.
Del análisis de los datos satelitales, de los riles de Arpa Piemonte y de los estudios realizados por el ente nacional de riesgos se desprende que los cambios climáticos en curso, la escasez de lluvia y el aumento del grado de inquinamiento del aire están afectando tanto a la producción como a la calidad de los riesgos del territorio de Novarese. Nuestra acción concreta prevé la realización de una subida experimental de un metro cuadrado en el interior del recinto de nuestra escuela. El suelo de la risa se tratará con gel superabsorbente a base de goma de koniac e idrossi-propil-celulosa experimentando la variedad de arroz prometeo 81 que posee un aparato radical mucho más desarrollado y por lo tanto puede crecer más en profundidad, la pianta, in questo modo, può raggiungere strati del suolo che normalmente non verrebbero esplorati da altre varietà di riso con un sistema radicale di tipo orizzontale.
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Este proyecto se tradujo automáticamente al inglés.
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