Agua tratada por plasma para aplicaciones agrícolas

 

Figura 1. Sistema de plasma jet atmosférico para tratamiento de agua, se puede modificar desde mililitros hasta una capacidad de 1 litro/5 minutos o más. 

Figura 2. Sistema de plasma jet atmosférico para tratamiento de agua, se puede modificar desde mililitros hasta una capacidad de 1litro/5 minutos. El sistema podría ser modificado para tratar mayores cantidades de agua.

Figura 3. Sistema de plasma jet atmosférico para tratamiento de agua donde se aprecia el rayo del plasma sobre la superficie del agua. El sistema no se calienta durante el tratamiento, ya que se trata de un plasma “frío”. El agua se modifica de forma homogénea. 

Figura 4. Sistema de plasma jet atmosférico para tratamiento de agua y semillas, estudios realizados en CIQA, para mejorar las propiedades de germinación de las semillas y eliminarles microorganismos patógenos.

Figura 5. Plantas de Frijol: (A) regada con agua sin tratar,  B) regada con agua tratada por plasma. Se aprecia que se desarrollaron más las plantas regadas con agua tratada.

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El plasma es mejor conocido como el cuarto estado de la materia, y es un gas parcialmente ionizado conformado principalmente por iones, electrones, moléculas, átomos metaestables, radiación UV, etc. La mayor parte de la naturaleza es conformado por plasma, por ejemplo, el sol, las estrellas, las tormentas eléctricas, ionósfera, etc. El plasma también puede ser generado por el hombre, ya sea a nivel laboratorio o a nivel industrial. Además, el plasma puede tener diferentes clasificaciones; por ejemplo plasmas naturales y plasmas artificiales, también se pueden clasificar en plasmas calientes y plasmas fríos, el plasma frío presenta muy bajo grado de ionización, mientras que el plasma caliente presenta alto grado de ionización.

Cualquier gas puede ser empleado y ser convertido en plasma; por ejemplo, aire, nitrógeno, oxígeno, argón, helio, vapor de agua, monómeros, y algunos líquidos también pueden ser transformados en plasma, este gas ionizado tiene muchas propiedades energéticas y químicas muy atractivas y puede tener una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo en medicina, en electrónica, en cómputo, en desarrollo de tecnología y en los últimos años también ha tenido un gran auge en el área de agricultura.

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Agua tratada por plasma  y sus aplicaciones en agricultura

En los últimos años también se ha encontrado que el agua puede ser modificada por plasma y generar especies químicas dentro del líquido. Estas especies químicas pueden ser conocidas por su nombre en inglés como RONS (Especies reactivas de oxígeno y nitrógeno). Esta agua tratada por plasma puede ser empleada para lavar semillas agrícolas; las semillas lavadas con esta agua presentan mayores porcentajes de germinación, además las semillas lavadas con agua tratada absorben mayor humedad y esto ayuda a que germinen de forma más rápida.

Una vez que se desarrolla la planta de casi cualquier tipo de semilla, si esa planta se continúa regando con agua de plasma crecerá más rápidamente que las plantas regadas con agua sin tratar. En el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) se han realizado experimentos con los siguientes tipos de semillas: maíz, frijol, mijo, cebolla, zanahoria, etc. Y se ha observado que las semillas absorben mayor humedad durante el proceso de imbibición; además, la germinación y desarrollo de las semillas tratadas es mayor (Figura 5), aunque aún se deben realizar mayor número de experimentos. Además, cuando se emplea agua tratada para regar las plantas o cultivos se requerirá menor cantidad de fertilizantes, ya que el agua tratada por plasma actúa en parte también como un fertilizante, ya que el agua contiene especies nitrogenadas y pueden actuar como un fertilizante.  

El agua se trata en un sistema de plasma atmosférica, hay diferentes tipos de sistemas, pero en CIQA se ha empleado un sistema atmosférico como el que puede ser apreciado en las Figuras de la 1 a la 4. Para tratar el agua se puede emplear un sistema externo, como en el caso del plasma jet, o bien se puede emplear un sistema de plasma interno, es decir el plasma se puede generar dentro del agua.  El agua puede ser tratada en tiempos que pueden ir desde un minuto hasta treinta minutos o más según la aplicación, el agua tratada puede presentar un pH menor y puede presentar una mayor conductividad eléctrica que el agua sin tratar, aunque con el proceso que se tiene al momento en CIQA se pueden tratar algunos litros de agua cada determinados minutos, este tipo de sistema puede ser escalado con relativa facilidad para producir mayores cantidades de agua tratada.

El agua tratada por plasma también puede ser empleada para lavar frutas y verduras e incrementar de esta forma su tiempo de vida de anaquel, ya que el agua tratada por plasma tiene propiedades microcidas y puede eliminar la carga bacteriana de dichos productos. En CIQA se ha empleado para modificar tomate y lechuga y se han visto resultados muy favorecedores, ya que estas hortalizas tratadas por plasma presentaron una alta vida de anaquel empleando esta agua. El agua tratada por plasma podría ser empleada para el tratamiento de otros productos nacionales tales como aguacate, fresas, diferentes variedades de berries y algunos otros productos de alto valor agregado; incluso podría utilizarse en la industria de las carnes y embutidos para incrementar también la vida útil de estos productos.

Referencias: 

1. L. Ling, Effects of cold plasma treatment on seed germination and seedling growth of soybean, Sci Rep., vol. 4, 2014.
2. L. K. Randeniya, G. J. J B. De Groot, Non-Thermal Plasma Treatment of Agricultural Seeds for Stimulation of Germination Removal of Surface Contamination and Other Benefits: A Review, Plasma Process. Polym., vol. 12, no. 7, pp. 608-623, Jul. 2015.
3. A. Schutze, J. Y. Jeong, S. E. Babayan, J. Park, G. S. Selwyn, R. F. Hicks, The atmospheric-pressure plasma jet: a review and comparison to other plasma sources, IEEE Tram. Plasma Sci., vol. 26, no. 6, pp. 1685-1694, 1998.
4. Bruggeman, P. and Leys, C., Non-thermal plasmas in and in contact with liquids. J. Phys. D Appl. Phys. 42, 053001–053029, 2009.
5. Brune, B., Nitric oxide: NO apoptosis or turning it ON? Cell Death Differ. 10, 864–869, 2003.
6. Burlica, R., Kirkpatrick, M.J., and Locke, B.R., Formation of reactive species in gliding arc discharges with liquid water, J. Electrostat. 64, 35–43. 2006.