MIT 엔지니어들은 살충제 낭비를 줄이고, 비용을 절감하고, 물방울이 식물 잎에 달라붙도록 하여 농업 효율성을 높이는 혁신적인 살포 기술을 공개했습니다. 이 획기적인 기술은 농업 관행과 지속 가능성을 변화시킬 수 있습니다.
농부들이 사용하는 농업용 살포제의 양을 줄이면 오염된 유출수를 줄이는 동시에 농부의 비용을 절감하고 생산성을 높일 수 있습니다.
MIT의 연구원 팀과 그들이 설립한 분사 기업이 바로 그런 시스템을 개발했습니다. 그들의 기술은 밭에 뿌려지는 물방울 주위에 얇은 코팅을 추가하여 잎에서 튀어나와 땅에 낭비되는 경향을 크게 줄입니다. 대신 코팅된 물방울은 의도한 대로 잎에 붙습니다.
연구, 출판 오늘 저널 Soft Matter에 실린 이 기사는 MIT 최근 졸업생인 비슈누 자야프라카쉬와 스리다스 파나트, 대학원생 사이먼 루퍼, MIT 기계공학 교수인 크리파 바라나시의 공동 저술입니다.
이 혁신의 필요성은 다음과 같은 점에서 강조됩니다. 최근의 연구 무농약 농업으로 인해 과일의 78%, 채소의 54%, 곡물 생산량의 32%가 손실될 수 있음을 보여줍니다. 현재 농부들은 종종 이러한 화학 물질을 적용하는 전통적인 방법에 의존하여 과도한 살포와 유출로 이어지고, 이는 수로를 오염시키고 토양의 질을 저하시킵니다.
살충제는 세계 건강과 환경에 상당한 피해를 줍니다. 최근 연구에 따르면 전 세계 농경지의 31%가 살충제 오염으로 인해 높은 위험에 처해 있습니다. 미국에서만 농부들은 매년 살충제에 16억 달러를 지출합니다.
"MIT의 연구실에서 10년 이상 연구하면서 우리는 분무와 물방울과 식물 간의 상호작용에 대한 기본적인 이해를 개발했습니다. 물방울이 튀어오르는 시점과 물방울을 더 잘 붙이고 적용 범위를 늘리는 모든 방법을 연구했습니다." 바라나시가 보도자료에서 밝혔습니다.
처음에 이 팀은 정전기로 충전된 물방울을 사용하는 두 개의 노즐 시스템을 실험했지만, 기존 장비를 개조하는 데 드는 복잡성과 비용이 농부들에게는 비실용적임이 입증되었습니다. 대신 그들은 각 물방울에 미세한 오일 층을 입히는 더 간단한 단일 노즐 시스템으로 성공을 거두었습니다.
고속 카메라는 오일 코팅의 효과를 보여주었습니다. 처리되지 않은 물방울이 소수성 잎 표면에 떨어지면 튀어 나가기 전에 팬케이크 모양으로 퍼졌습니다. 물방울을 1% 미만의 오일로 코팅하면 퍼지지만 표면에 붙어 있었습니다. 이 처리로 물방울의 유지력이 최대 XNUMX배 증가했습니다.
Rufer는 "이러한 물방울이 표면에 부딪히고 확장되면 본질적으로 물방울을 표면에 고정시키는 오일 링을 형성합니다."라고 덧붙였습니다.
연구자들은 아주 적은 양의 기름이라도 물방울 반동을 크게 줄이는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다.
현장 실험에서는 처음에는 콩기름을 사용했지만, 농부들이 이미 사용하고 있는 화학 물질인 계면활성제와 보조제도 효과적이라는 것을 곧 발견했습니다.
바라나시는 "이런 식으로"라고 덧붙였습니다. "우리는 그들의 분야에 새로운 화학 물질을 도입하거나 화학 물질을 변경하지 않지만, 그들은 오랫동안 알고 있던 것을 사용하고 있습니다."
바라나시와 자야프라카쉬는 이 기술을 상용화하기 위해 회사 AgZen을 설립했습니다. 시스템의 효능을 검증하기 위해 그들은 RealCoverage라는 모니터링 도구를 개발했는데, 이 도구는 수십 에이커에서 수십만 에이커에 이르는 규모의 농장에 배치되었습니다. 이 시스템은 적용 프로세스를 최적화하여 농부의 살충제 비용을 30%에서 50% 절감했습니다.
AgZen의 수석 저자이자 CEO인 자야프라카쉬는 보도자료에서 "미국 재배자들에게 살충제 예산의 6%만 절약해도 300억 달러를 돌려줄 수 있습니다."라고 말했습니다. "연구실에서 식물에 XNUMX% 더 많은 제품을 공급했습니다. 즉, 농부들이 뿌리는 살충제 양을 엄청나게 줄일 수 있다는 뜻입니다."
현장 테스트를 통해 새로운 시스템의 실용성이 입증되었습니다.
Jayaprakash는 "[W] 보조제를 넣는 위치만 바꿔서 케일과 콩의 제품 양을 두 배로 늘렸습니다."라고 덧붙였습니다. 분무 시스템은 농부들에게 편리합니다. Jayaprakash가 설명했듯이 "그들이 하는 일은 노즐을 바꾸는 것뿐입니다. 기존 화학 물질을 모두 더 잘 작동시키고 식물에 더 많은 제품을 공급합니다."
바라나시는 이 혁신은 "살충제, 제초제, 살균제 또는 잎 영양제 등 잎에서 일어나는 모든 화학 물질에 유용합니다."라고 덧붙였습니다.
해당 팀은 올해 안에 약 30,000만 에이커의 농경지에 새로운 살포 시스템을 도입할 계획입니다.
바라나시는 세계 인구 증가 예측을 고려할 때 이 기술의 관련성을 강조했다.
“식량 생산량은 두 배로 늘어나야 하고, 우리는 너무 많은 자원에 제한을 받고 있습니다.”라고 그는 말했습니다. “이것은 우리가 현재 경작하는 모든 에이커가 더 효율적이 되어야 하고 더 적은 것으로 더 많은 것을 할 수 있어야 한다는 것을 의미합니다.”
AgZen은 최근 이 기술의 상업적 배포를 지원하기 위해 벤처 자금으로 10만 달러를 모금했습니다.
바라나시는 "모든 잎에서 수집한 지식은 계면 과학 및 유체 역학 분야의 전문성과 결합되어 화학 물질이 어떻게 사용되고 개발되는지에 대한 비할 데 없는 통찰력을 제공합니다."라고 덧붙였습니다. "저희의 사명은 이러한 기술을 사용하여 농업 산업에 더 나은 결과와 절감된 비용을 제공하는 것입니다."
AgZen은 이 혁신적인 기술을 시장에 출시하여 농업 관행에 혁신을 일으켜 더욱 지속 가능하고 효율적인 방식으로 전환하는 동시에 중요한 환경 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.
출처: 기술 매사추세츠 공과 대학