Un equipo de investigación de la Universidad de Sevilla ha desarrollado un hidrogel biodegradable elaborado a partir de quitosano y alginato, dos compuestos naturales obtenidos de las cáscaras de crustáceos y de las algas. Cuando está seco se comporta como una esponja porosa, pero al hidratarse se transforma en una red gelificada capaz de absorber entre 40 y 60 veces su propio peso en agua. Esta propiedad podría aprovecharse para conservar la humedad del suelo durante periodos de sequía y, en el futuro, para liberar nutrientes de forma controlada en los cultivos.
El trabajo, apoyado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía, plantea una alternativa más sostenible a los hidrogeles sintéticos utilizados actualmente en agricultura y jardinería para mejorar la retención de agua en el suelo.
Aunque estos materiales resultan eficaces para conservar la humedad, muchos proceden de derivados petroquímicos y presentan una degradación limitada en el medio natural. En este caso, el equipo ha sustituido esas estructuras por materiales biodegradables de origen natural con el objetivo de reducir su impacto ambiental.
Un hidrogel natural para conservar la humedad del suelo
La principal innovación de la investigación reside en el proceso desarrollado para combinar quitosano y alginato sin incorporar compuestos sintéticos adicionales. Los investigadores ajustaron las condiciones de fabricación para aprovechar la resistencia mecánica que aporta el quitosano y la elevada capacidad de absorción característica del alginato. Además, el calcio actúa como un auténtico «andamio molecular», reforzando la estructura física del material y mejorando su estabilidad.
Según explica a la Fundación Descubre la investigadora de la Universidad de Sevilla Carmen María Granados, el hidrogel obtenido no se deshace cuando está hidratado y mantiene una elevada capacidad para retener agua. Además, señala que en el futuro este material podría cargarse con fertilizantes o micronutrientes para liberarlos de forma gradual en el suelo, lo que ampliaría sus aplicaciones en la agricultura sostenible.
Los resultados del estudio, publicados en la revista científica Journal of Environmental Chemical Engineering, parten de uno de los principales desafíos de la agricultura actual: la pérdida de fertilidad de los suelos, la escasez de agua y el uso continuado de productos agroquímicos. En este contexto, los hidrogeles funcionan como pequeñas reservas de humedad, ya que absorben agua durante el riego o las lluvias y la liberan de manera progresiva cuando el terreno comienza a secarse.
Cómo fabricaron el hidrogel biodegradable
Para desarrollar el material, el equipo preparó tres formulaciones: una elaborada únicamente con quitosano, otra con alginato y una tercera que combinaba ambos compuestos a partes iguales. Esta comparación permitió comprobar qué aportaba cada material por separado y verificar que la mezcla ofrecía el mejor equilibrio entre resistencia estructural y capacidad de absorción.
Posteriormente, transformaron la mezcla en un hidrogel mediante un proceso en dos fases. Primero ajustaron el pH del quitosano para favorecer la formación de una estructura física más estable. Después, sumergieron el material en una disolución de cloruro de calcio, que reforzó el alginato y completó la formación del hidrogel. El resultado fue un material húmedo, flexible y con una textura similar a la gelatina.
Una vez obtenido, los investigadores analizaron sus propiedades mediante diferentes técnicas para estudiar sus enlaces químicos, la cristalinidad, la carga superficial, la estabilidad térmica, la estructura interna y el comportamiento mecánico frente a deformaciones repetidas.
Por último, evaluaron la capacidad del material para absorber agua tras secarlo mediante liofilización, un proceso que elimina el agua por congelación y vacío. Carmen María Granados explica que este procedimiento equivale a fabricar una red microscópica, una especie de «esponja seca». Si esa estructura resulta demasiado rígida, absorbe menos agua; si, por el contrario, es demasiado débil, puede perder su forma. Por ello, añade que el principal reto del trabajo ha consistido en encontrar una formulación capaz de combinar resistencia mecánica y una elevada capacidad de absorción.
El hidrogel retiene hasta 60 veces su peso en agua
Los ensayos demostraron que la formulación compuesta por quitosano y alginato al 50 % ofrecía el mejor equilibrio entre resistencia y absorción. En concreto, estos hidrogeles biodegradables fueron capaces de retener entre 40 y 60 veces su propio peso en agua, dependiendo del tiempo de inmersión empleado durante el proceso de fabricación.
Además, conservaron su estabilidad hasta los 40 ºC, una temperatura elevada para un suelo agrícola, lo que indica que podrían mantener su estructura incluso en condiciones de calor intenso.
El siguiente paso: desarrollar biofertilizantes más sostenibles
El equipo trabaja ahora en incorporar fertilizantes y micronutrientes naturales al hidrogel para convertirlo en un sistema de liberación controlada de nutrientes, capaz de suministrarlos de forma gradual a los cultivos.
Asimismo, evaluarán su comportamiento en condiciones reales de suelo utilizando agua de riego y simulando escenarios adversos como la salinidad o la acidez. También estudiarán su biodegradación y ecotoxicidad, es decir, su capacidad para causar efectos perjudiciales sobre los seres vivos y los ecosistemas, con el objetivo de confirmar su seguridad ambiental antes de una posible aplicación agrícola a gran escala.
