Hidroponía sin volar a ciegas: un nuevo sistema de monitorización sigue las soluciones nutritivas en tiempo real

En los sistemas hidropónicos verticales, las plantas crecen literalmente hacia arriba, sin tierra, con un aporte controlado de fertilizantes y ahorrando agua.

A medida que crecen las ciudades, escasean los terrenos agrícolas y avanza el cambio climático, surgen nuevas formas de cultivo. Una de ellas es el cultivo hidropónico vertical: las plantas se cultivan en varios niveles apilados, no en el suelo sino en una solución nutritiva circulante. Esto ahorra espacio, posibilita rutas de transporte cortas y permite suministrar los cultivos con gran precisión. En colaboración con un consorcio internacional, el Instituto Fraunhofer de Microingeniería y Microsistemas IMM ha desarrollado un sistema de monitorización de múltiples iones diseñado para controlar automáticamente la aportación de nutrientes en estos sistemas de circuito cerrado, haciendo más eficiente el uso del agua, los fertilizantes y otros recursos operativos.

El control preciso de los nutrientes, un reto clave

Por muy eficientes que sean los sistemas hidropónicos verticales, su funcionamiento es muy exigente. Una de las tareas más importantes es ajustar continuamente la composición de la solución nutritiva en el circuito cerrado de riego a las necesidades reales de las plantas.

En la práctica, los operadores miden actualmente sobre todo la conductividad, el pH, el potencial redox y la temperatura. Aunque estos valores proporcionan información importante sobre el estado de la solución, sólo revelan información limitada sobre las concentraciones reales de los iones nutrientes individuales. Sin embargo, éste es precisamente uno de los factores clave para optimizar el funcionamiento del sistema.

Sin información precisa, los nutrientes sólo pueden reponerse o renovarse de forma limitada y dirigida. Para evitar la subalimentación de las plantas o la sobrecarga de la solución con nutrientes, las soluciones de nutrientes suelen sustituirse por completo a intervalos regulares.

Aquí es exactamente donde entra en juego el proyecto AutoNutri. Su objetivo era desarrollar un sistema de monitorización multi-ion que permitiera el control automatizado en línea de la aportación de fertilizantes en sistemas hidropónicos verticales. Mediante la dosificación de nutrientes controlada por realimentación en sistemas de bucle cerrado, la solución nutritiva puede regenerarse con precisión. De este modo, el consorcio -integrado por Fraunhofer IMM, RM Gerätebau, el Instituto de Tecnología Química de Bombay y HiMedia Laboratories Pvt. Limited- pretende utilizar el agua y los fertilizantes de forma más eficiente y reducir la contaminación ambiental provocada por la eliminación prematura de soluciones nutritivas.

Seguimiento simultáneo de cinco nutrientes

El núcleo del sistema es un método de medición electroquímica basado en electrodos selectivos de iones que pueden detectar cinco iones diferentes directamente en la solución nutritiva. Estos iones son especialmente importantes para el crecimiento de cinco cultivos seleccionados para el proyecto. Esto permite ver con mayor claridad qué nutrientes están realmente disponibles para las plantas y dónde es necesario realizar ajustes.

Para ello, los socios del proyecto en la India investigaron cinco cultivos seleccionados: lechuga, brahmi, tomillo, stevia y albahaca. Se compararon distintas fórmulas de nutrientes para estas plantas con el fin de comprender mejor sus requisitos específicos de cultivo. Además, los cultivos también se cultivaron en el suelo para identificar las diferencias en el crecimiento y la absorción de nutrientes entre el cultivo convencional y el cultivo con agua. Esto proporcionó una base más específica para definir los requisitos del sistema de medición.

Para las pruebas, HiMedia montó una instalación exterior en Igatpuri y otra interior en Bombay. Ambas instalaciones están controladas por sensores y automatizadas. Allí se estudiaron los cultivos seleccionados en condiciones realistas y se probaron los componentes desarrollados durante el funcionamiento en curso.

El diseño técnico también se desarrolló pensando en futuras aplicaciones. El sistema tiene un diseño modular, funciona con calibración automática y sólo requiere pequeños volúmenes de muestra. Los componentes individuales pueden sustituirse cuando sea necesario. Con ello se pretende facilitar al máximo la integración de la solución en las instalaciones existentes y su utilización en funcionamiento. Todo el sistema está controlado por un microcontrolador, lo que permite la calibración, el muestreo, la medición y el procesamiento de datos totalmente automatizados en un flujo de trabajo continuo. La plataforma se complementa con un módulo que ajusta automáticamente la dosificación de nutrientes en función de los valores medidos.

De la instalación piloto a la aplicación práctica

Un hito importante fue la entrega del prototipo en las instalaciones de HiMedia en marzo de 2025. Allí se instaló el sistema y se utilizó para pruebas y validación.

Para llevar el sistema a la práctica, se seleccionaron dos granjas comerciales para pruebas beta y formación: Amrit Agro Hydroponic Farm, en Igatpuri, que cultiva principalmente hortalizas de fruto, como tomates y pimientos, y Ezzi Hydroponic Farm, en Bhiwandi, que cultiva hortalizas de hoja y hierbas, incluida la albahaca. Hasta ahora, ambas explotaciones trabajaban con una mezcla de nutrientes comercial. En las instalaciones de HiMedia se tomaron muestras de estas soluciones nutritivas y se analizaron con el sistema AutoNutri. Esto demostró cómo la tecnología puede ayudar a controlar los nutrientes con mayor precisión y a utilizar las soluciones nutritivas más de acuerdo con las necesidades reales en condiciones del mundo real.

"El sistema está siendo sometido actualmente a más pruebas en condiciones reales de funcionamiento. Al mismo tiempo, estamos explorando aplicaciones adicionales en las que la tecnología podría utilizarse eficazmente, por ejemplo, en la monitorización de aguas residuales o de nutrientes en sistemas de biofermentación", afirma el director del proyecto Rainer Gransee, de Fraunhofer IMM.

El sistema AutoNutri se presentará en analytica

El sistema AutoNutri se presentará en analytica, que se celebrará en Múnich del 24 al 27 de marzo de 2026. Bajo el lema "Cómo las tecnologías analíticas de procesos en línea (PAT) pueden mejorar el control de calidad, desde soluciones de agua y nutrientes hasta flujos de bioprocesos", los científicos de Fraunhofer esperan debatir el tema con los visitantes en el pabellón A3, stand 312.