Hidroponia sem cegueira: o novo sistema de monitorização segue as soluções nutritivas em tempo real

Nos sistemas hidropónicos verticais, as plantas crescem literalmente para cima - sem solo, com uma entrada controlada de fertilizantes e numa configuração que poupa água.

À medida que as cidades continuam a expandir-se, que as terras agrícolas se tornam mais escassas e que as alterações climáticas progridem, estão a surgir novas formas de cultivo. Uma delas é a agricultura hidropónica vertical: as plantas são cultivadas em vários níveis empilhados, não no solo, mas numa solução nutritiva em circulação. Isto poupa espaço, permite rotas de transporte curtas e permite que as culturas sejam fornecidas com grande precisão. Juntamente com um consórcio internacional, o Instituto Fraunhofer de Microengenharia e Microssistemas IMM desenvolveu um sistema de monitorização de múltiplos iões concebido para controlar automaticamente a entrada de nutrientes nestes sistemas de circuito fechado, tornando mais eficiente a utilização de água, fertilizantes e outros recursos operacionais.

O controlo preciso dos nutrientes é um desafio fundamental

Por muito eficientes que os sistemas hidropónicos verticais possam ser, a sua operação é exigente. Uma das tarefas mais importantes é ajustar continuamente a composição da solução nutritiva no circuito fechado de rega às necessidades reais das plantas.

Na prática, os operadores medem atualmente principalmente a condutividade, o pH, o potencial redox e a temperatura. Embora estes valores forneçam informação importante sobre o estado da solução, revelam apenas informação limitada sobre as concentrações reais de iões nutrientes individuais. No entanto, este é precisamente um dos factores-chave na otimização do funcionamento do sistema.

Sem informações precisas, os nutrientes só podem ser repostos ou renovados de forma limitada e direcionada. Para evitar a sub-alimentação das plantas ou a sobrecarga da solução com nutrientes, as soluções de nutrientes são, por isso, muitas vezes completamente substituídas em intervalos regulares.

É exatamente aqui que entra em jogo o projeto AutoNutri. O seu objetivo era desenvolver um sistema de monitorização multi-iões que permitisse o controlo automatizado em linha da entrada de fertilizantes em sistemas hidropónicos verticais. Através da dosagem de nutrientes controlada por feedback em sistemas de circuito fechado, a solução nutritiva pode ser regenerada com precisão. Desta forma, o consórcio - constituído por Fraunhofer IMM, RM Gerätebau, o Instituto de Tecnologia Química de Mumbai e HiMedia Laboratories Pvt. Limited - tem como objetivo utilizar a água e o fertilizante de forma mais eficiente, reduzindo também a poluição ambiental causada pela eliminação prematura de soluções nutritivas.

Controlo de cinco nutrientes em simultâneo

No centro do sistema está um método de medição eletroquímica baseado em eléctrodos selectivos de iões que podem detetar cinco iões diferentes diretamente na solução nutritiva. Estes iões são particularmente relevantes para o crescimento de cinco culturas selecionadas para o projeto. Isto permite ver mais claramente quais os nutrientes que estão efetivamente disponíveis para as plantas e onde são necessários ajustes.

Para este fim, os parceiros do projeto na Índia investigaram cinco culturas selecionadas: alface, brahmi, tomilho, estévia e manjericão. Foram comparadas diferentes formulações de nutrientes para estas plantas, a fim de compreender melhor as suas necessidades específicas de cultivo. Além disso, as culturas também foram cultivadas no solo para identificar diferenças no crescimento e na absorção de nutrientes entre o cultivo convencional e o cultivo à base de água. Isto proporcionou uma base mais direcionada para a definição dos requisitos do sistema de medição.

Para os testes, a HiMedia criou uma instalação exterior em Igatpuri e uma instalação interior em Mumbai. Ambos os locais são controlados por sensores e automatizados. Aí, as culturas selecionadas foram estudadas em condições realistas e os componentes desenvolvidos foram testados durante o funcionamento contínuo.

A conceção técnica foi também desenvolvida tendo em conta as aplicações futuras. O sistema tem uma conceção modular, funciona com calibração automática e requer apenas pequenos volumes de amostra. Os componentes individuais podem ser substituídos quando necessário. O objetivo é facilitar ao máximo a integração da solução nas instalações existentes e a sua utilização em funcionamento. Todo o sistema é controlado por um microcontrolador, permitindo a calibração, amostragem, medição e processamento de dados totalmente automatizados num fluxo de trabalho contínuo. A plataforma é complementada por um módulo que ajusta automaticamente a dosagem de nutrientes com base nos valores medidos.

Da configuração piloto à aplicação prática

Um marco importante foi a entrega do protótipo nas instalações da HiMedia em março de 2025. Aí, o sistema foi instalado e utilizado para testes e validação.

Para pôr o sistema em prática, foram selecionadas duas explorações agrícolas comerciais para testes beta e formação: Amrit Agro Hydroponic Farm em Igatpuri, que cultiva principalmente vegetais de fruto, como tomates e pimentos, e Ezzi Hydroponic Farm em Bhiwandi, que cultiva vegetais de folha e ervas aromáticas, incluindo manjericão. Até à data, ambas as explorações trabalhavam com uma mistura comercial de nutrientes. As amostras destas soluções nutritivas foram recolhidas e analisadas nas instalações da HiMedia utilizando o sistema AutoNutri. Isto demonstrou como a tecnologia pode ajudar a controlar os nutrientes com maior precisão e a utilizar as soluções nutritivas mais de acordo com as necessidades reais em condições reais.

"O sistema está atualmente a ser submetido a mais testes em condições reais de funcionamento. Ao mesmo tempo, estamos a explorar outras aplicações onde a tecnologia pode ser utilizada eficazmente - por exemplo, na monitorização de águas residuais ou na monitorização de nutrientes em sistemas de biofermentação", diz o gestor de projeto Rainer Gransee do Fraunhofer IMM.

O sistema AutoNutri será apresentado na Analytica

O sistema AutoNutri será apresentado na Analytica, que terá lugar em Munique de 24 a 27 de março de 2026. Sob o lema "Como as tecnologias analíticas de processo online (PAT) podem melhorar o controlo de qualidade - desde soluções de água e nutrientes até fluxos de bioprocessos", os cientistas da Fraunhofer esperam discutir o tema com os visitantes no pavilhão A3, stand 312.