Wetenschap gaat over grote ideeën die de wereld veranderen. Maar soms, grote schokken komen van de kleinste objecten.

Nanotechnologie klinkt misschien als sciencefiction, maar het vertegenwoordigt technologieën die al tientallen jaren zijn ontwikkeld. Nanotechnologische benaderingen hebben praktische toepassingen gevonden in een groot aantal gebieden, van composietmaterialen in textiel tot landbouw.

Landbouw is een van de oudste menselijke uitvindingen, maar nanotech biedt moderne innovaties die de efficiëntie van onze voedselvoorziening drastisch kunnen verbeteren en de milieu-impact van de productie ervan kunnen verminderen.

Landbouw brengt kosten met zich mee die boeren maar al te goed kennen:gewassen hebben aanzienlijke hoeveelheden water nodig, land en brandstof om te produceren. Meststoffen en pesticiden zijn nodig om de noodzakelijke hoge gewasopbrengsten te behalen, maar het gebruik ervan gaat gepaard met bijwerkingen voor het milieu, net zoveel boeren onderzoeken hoe nieuwe technologieën hun impact kunnen verminderen.

De kleinste voorwerpen

Nanotechnologie is de wetenschap van objecten met een doorsnede van enkele nanometers - miljardsten van een meter. Op deze maat, objecten krijgen unieke eigenschappen. Bijvoorbeeld, het oppervlak van een zwerm deeltjes op nanoschaal is enorm in vergelijking met dezelfde massa die is verzameld in een enkele grootschalige klomp.

Het variëren van de grootte en andere eigenschappen van objecten op nanoschaal geeft ons een ongekend vermogen om precisie-oppervlakken te creëren met sterk aangepaste eigenschappen.

Deeltjes gebruiken

traditioneel, Bij het toepassen van chemicaliën worden de actieve ingrediënten eerst in water gemengd en vervolgens op de gewassen gespoten. Maar de ingrediënten mengen niet gemakkelijk, waardoor dit een inefficiënt proces is waarvoor grote hoeveelheden water nodig zijn.

Om de efficiëntie te verbeteren en de impact op het milieu te verminderen, boeren hebben hun meststoffen en pesticiden nodig om hun gewassen te bereiken en precies daar in de plant te worden opgenomen waar ze nodig zijn - in de wortels of de bladeren, bijvoorbeeld. Ideaal, ze kunnen net genoeg van de chemische stof gebruiken om de opbrengst van het gewas te verhogen of het te beschermen tegen aanvallen of infecties, die zou voorkomen dat overtollige producten worden verspild.

Op maat gemaakte systemen op nanoschaal kunnen precisiechemie gebruiken om een ​​zeer efficiënte levering van meststoffen of pesticiden te bereiken. Deze actieve ingrediënten kunnen worden ingekapseld op een manier die vergelijkbaar is met wat er gebeurt bij gerichte medicijnafgifte. De inkapselingstechniek kan ook worden gebruikt om de hoeveelheid opgelost in water te verhogen, het verminderen van de behoefte aan grote hoeveelheden.

Huidige toepassingen

Starpharma, een farmaceutisch bedrijf, een paar jaar geleden in dit spel kwam, toen het een divisie oprichtte om zijn nanotechnologische innovaties toe te passen op de landbouwsector. Het bedrijf heeft sindsdien zijn agrochemische activiteiten verkocht.

Psigryph is een ander innovatief nanotechbedrijf in de landbouw. De technologie maakt gebruik van biologisch afbreekbare nanostructuren die zijn afgeleid van extract van Montmonercy-zure kersen om bioactieve moleculen door celmembranen in planten te brengen, dieren en mensen.

Mijn lab heeft jaren in de nanowetenschap gewerkt, en ik ben er trots op dat ons fundamentele begrip van het manipuleren van polymeerinkapseling op nanoschaal zijn weg vindt naar toepassingen in de landbouw. Een oud-leerling, Darren Anderson, is de CEO van Vive Crop Protection, uitgeroepen tot een van Canada's best groeiende bedrijven:ze nemen chemische en biologische pesticiden en hangen deze op in "nanopakketten" - die fungeren als ongelooflijk kleine polymeershuttles - om ze gemakkelijk hun doel te laten bereiken. Bij toepassing op gewassen kunnen de ingrediënten gecontroleerd en nauwkeurig worden gestuurd.

Bestaande infrastructuur

Een bonus van deze nanotech-ontwikkelingen is dat ze eigenlijk helemaal geen nieuwe apparatuur nodig hebben, wat een enorm voordeel is in de financieel moeilijke landbouwsector. Boeren mengen deze producten eenvoudig met minder water en brandstof om efficiëntiewinsten te behalen.

Andere toepassingen in de landbouw voor nanotechnologie zijn onder meer diergezondheidsproducten, voedselverpakkingsmaterialen en nanobiosensoren voor het opsporen van ziekteverwekkers, toxines en zware metalen in de bodem. Het zou geen verrassing zijn om het wijdverbreide gebruik van deze nieuwe toepassingen in de nabije toekomst te zien.

Naarmate nanotechnologieën een vlucht nemen, dit soort productiviteitswinst zal van cruciaal belang zijn voor boeren en een groot probleem voor de rest van ons, naarmate de wereldbevolking blijft groeien en de effecten van klimaatverandering steeds duidelijker worden. Boeren zullen meer moeten doen met minder.

Gelukkig, een paar miljardsten van een meter is de definitie van minder. Met de hulp van kleine nanotech, de mondiale landbouw staat aan de vooravond van een aantal zeer grote dingen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.