Garantire un approvvigionamento alimentare sostenibile è una sfida fondamentale per l’esplorazione umana a lungo termine e la potenziale colonizzazione della Luna.
Il suolo lunare non contiene materiale organico e le fonti essenziali di azoto per le piante, come l’ammoniaca e il nitrato, sono praticamente inesistenti.
Ricercatori dell’Università di Tohoku e dell’Agenzia spaziale giapponese (JAXA) hanno affrontato questo ostacolo creando una tecnologia al plasma ecologica ed efficiente dal punto di vista energetico, in grado di sintetizzare fertilizzanti azotati dall’aria atmosferica. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista npj Microgravity .
“Il nostro dispositivo al plasma portatile sintetizza selettivamente il pentossido di diazoto (N₂O₅) dall’aria atmosferica, consumando meno di 100 W nel processo”, afferma Toshiro Kaneko, professore della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Tohoku e coautore dello studio. “Questo gas prodotto dal plasma si dissolve rapidamente in acqua per generare nitrato (NO₃⁻) con un’efficienza di dissoluzione eccezionalmente elevata, pari a quasi il 100%.”
Successivamente, Kaneko e i suoi colleghi hanno valutato se l’acqua contenente N₂O₅ disciolto potesse fungere da fertilizzante azotato locale per la coltivazione di piantine di riso all’interno di un simulante di regolite lunare.
Trasformare la regolite in substrato di coltivazione
Gli esperimenti hanno rivelato che l’aggiunta di acqua contenente N₂O₅ disciolto al simulante di regolite lunare ha neutralizzato con successo le condizioni altamente alcaline, abbassando il pH da 9,09 a un valore ottimale di 6,76. Questa neutralizzazione ha liberato importanti nutrienti minerali intrappolati nella regolite, come gli ioni di calcio, magnesio e potassio, consentendo alle piante di assorbirli più facilmente.
Contemporaneamente, è stata efficacemente soppressa l’emissione di ioni di alluminio tossici (Al³⁺), che normalmente ostacolano lo sviluppo delle radici delle piante. Il rilascio di minerali essenziali e la soppressione di quelli dannosi hanno migliorato la crescita del riso, soprattutto rispetto al riso coltivato utilizzando solo acqua pura.
Benefici che vanno oltre la semplice fertilizzazione
Oltre ad agire come un potente fertilizzante azotato, i ricercatori hanno anche scoperto che il gas contribuisce a rafforzare il sistema immunitario delle piante e a controllare le caratteristiche indesiderate. Spruzzare il gas N₂O₅ direttamente sulle foglie delle piante attiva importanti vie ormonali vegetali che ne aumentano la resistenza e l’immunità.
L’esposizione al gas ha inoltre soppresso l’allungamento del fusto e degli internodi, prevenendo così la crescita di steli lunghi e sottili, un aspetto essenziale per la gestione delle strutture delle colture nelle condizioni di bassa gravità degli ambienti spaziali.
Kaneko sottolinea che, sebbene questa tecnologia sia ideale per le coltivazioni lunari, può anche contribuire a ridurre l’impatto ambientale dell’agricoltura qui sulla Terra.
“Il processo di produzione di questo fertilizzante funziona interamente a energia elettrica e a basso consumo energetico, svincolando completamente la fissazione dell’azoto dai combustibili fossili, rendendo la tecnologia adatta a una produzione agricola sostenibile sia sulla Luna che qui sulla Terra.”
Abstract
In questo studio, presentiamo il potenziale della tecnologia al plasma per l’agricoltura lunare del futuro. Viene discusso l’utilizzo del plasma a scarica per convertire azoto, ossigeno e acqua in specie reattive per la fissazione dell’azoto. Questo studio ha dimostrato l’efficacia del pentossido di diazoto come fertilizzante azotato per la coltivazione del riso in simulanti di regolite lunare. Questa tecnologia si dimostra inoltre promettente nella regolazione della crescita delle piante e nel miglioramento della loro immunità, affrontando le sfide dell’agricoltura lunare.
Toshiro Kaneko et al, Plasma nitrogen fixation for future lunar agriculture, npj Microgravity (2026). DOI: 10.1038/s41526-026-00602-3
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