Como bien sabemos, la industria de la agricultura depende mucho de los fertilizantes nitrogenados, pero una gran parte del nitrógeno que es aportado al suelo se pierde debido a la lixiviación y volatilidad de compuestos como la urea, uno de las sustancias rica en nitrógeno más empleada en este campo; por lo que muchas veces se debe abonar con mayor frecuencia el suelo, lo que obviamente eleva los costos operativos de la siembra de cultivos.
Es por ello, que la industria química de los fertilizantes tiene un importante reto frente a ella, ya que debe desarrollar materiales que liberen de forma controlada los nutrientes en el suelo pero que además, eviten la contaminación del ambiente. Estos materiales, denominados fertilizantes de liberación lenta, mejoran el aprovechamiento de los nutrientes por las plantas, ya que están disponibles por un periodo de tiempo más largo, lo que evita que las pérdidas de los componentes de los mismos y su dispersión en el ambiente.
Aportar nitrógeno al suelo de forma más eficiente es el reto actual de la industria de los fertilizantes. Fuente: pxhere.com.
Es por ello que un equipo internacional optimizó un método antiguo para producir un compuesto sólido que libera lentamente nitrógeno y calcio en el suelo, dos elementos muy importantes en la fertilización.
¿Qué es un Fertilizante de Liberación Lenta?
La urea y otros compuestos amoniacales, que son las formas más comunes de fertilizantes, ya que tienen la ventaja de aportar un alto contenido de nitrógeno, esencial para el metabolismo de las plantas, pero la desventaja de estos compuestos es la rápida perdida de nitrógeno en forma de amoniaco producto de la descomposición de la urea una vez aplicada al suelo, por otro lado, debido a la elevada solubilidad de la urea está sujeta a la perdida de nitrógeno por la lixiviación, algo que depende mucho de la humedad del ambiente y el patrón de movimiento del agua en el suelo.
Cuando la urea se aplica directamente al suelo, un alto porcetaje del nitrogeno se pierde por varias vías. Fuente: @emiliomoron, contiene una imagen de dominio público.
Los fertilizantes de acción lenta son aquellos que le permiten a las plantas disponer de los elementos que los componen de diferentes formas, una es retardando la disponibilidad de estos al ser captados por las plantas, para que sean usados después de ser aplicados, otra forma es proveer de un mecanismo que permita que la disponibilidad de estos nutrientes sea por un largo periodo de tiempo.
En lo que respecta a la segunda forma, prolongar el tiempo de disponibilidad de los nutrientes se puede lograr de diferentes formas, algunas de las más estudiadas han sido mediante la protección del material con recubrimientos semipermeables, por oclusión o encapsulación en polímeros, e incluso algunos mecanismos químicos como la hidrolisis lenta de compuestos solubles.
Una avanzada técnica de molienda
Hasta ahora, para elaborar los fertilizantes nitrogenados comunes, Urea y nitrato de amonio, se utiliza el proceso Haber-Bosh, el cual es un proceso de síntesis de amoniaco mediante la reacción de nitrógeno e hidrogeno, bajo condiciones de alta presión (200 atm) y elevada temperatura (450-500 ºC), y en presencia de un catalizador, comúnmente compuestos de hierro.
Pero este método consume mucha energía, y cuando la urea pura se utiliza como abono, su descomposición libera rápidamente grandes cantidades de amoniaco.
Pero un equipo de científicos del Instituto Ruder-Boskovic de Zagreb, han desarrollado y un método de producción de un fertilizante nitrogenado alternativo y más respetuoso del medio ambiente, y para ello recurrieron a una técnica antigua, la mecanoquímica, que básicamente consiste en utilizar fuerza mecánica para sintetizar nuevos materiales y compuestos.
Y este equipo de investigadores se basó en la molienda de dos ingredientes, la urea y el yeso, para producir un compuesto sólido que liberara lentamente al suelo nitrógeno y calcio, dos elementos fundamentales para la fertilización del suelo.
Específicamente, el grupo de investigadores exploró la síntesis de un cocristal de urea sulfato de calcio ([Ca(urea)4]SO4) utilizando métodos mecanoquímicos controlados térmicamente, primeramente realizaron experimentos a pequeña escala en un molino agitador, supervisando el proceso mediante espectroscopia Raman in situ, y mediante difracción de rayos X empleando la fuente de rayos X PETRA III del DESY para investigar en qué consiste el polvo resultante. La línea de luz de PETRA III es una instalación en la que se pueden analizar diversos tipos de reacciones químicas utilizando los rayos X de un sincrotrón, permitiendo conocer la evolución de la mezcla aplicando radiación directamente en el recipiente de molienda. Los resultados de esta investigación se han publicado reciente en la revista Green Chemistry.
Formación de cocristales de urea y sulfato de calcio mediante un método mecanoquímico. Fuente: Imagen elaborada en powerpoint.
El método de molienda permitió obtener un cocristal, un sólido cuya estructura cristalina está compuesta de dos sustancias estabilizadas mediante interacciones intermoleculares débiles que forman patrones repetidos. En este caso, la molienda permitió la unión del sulfato de calcio del yeso y la Urea entre sí. Y según los resultados, este cocristal tiene una solubilidad en disolución acuosa casi 20 veces menor en comparación con la Urea, y además, las emisiones de nitrógeno reactivo de este material, expresadas como cantidad de amoniaco, mostraron ser lentas y progresivas durante 90 días, a la urea pura le tomó entre 1 y 2 semanas alcanzar el mismo nivel de emisiones.
Según los investigadores, la urea pura forma un cristal que se deshace fácilmente, liberando el nitrógeno contenido muy rápido; pero con el sulfato de calcio, mediante el proceso de molienda, se obtiene un cocristal cuyos son lo suficientemente fuertes como para permitir una liberación lenta del nitrógeno y el calcio.
Por otro lado, entre las ventajas de este proceso resalta que el proceso mecanoquímico no genera ningún subproducto peligrosos, y aunque aún se debe probar el proceso a escala industrial y probar el fertilizante en campo, los resultados son lo suficientemente alentadores como para seguir ampliando la escala y realizar las pruebas de campo.
Esperemos que las pruebas de campo consigan buenos resultados y se pueda obtener un método que permita reducir la dependencia del proceso tradicional, cuyos productos vierten en el ambiente grandes cantidades de nitrógeno, mientras que los fertilizantes de liberación lenta evitan las altas concentraciones de iones en el suelo producto de la rápida solubilidad del producto, lo que también reduce el impacto de estos productos en el ambiente al disminuir las pérdidas de iones amonio y las emisiones de gases de N2O a la atmósfera.
Bueno amigos espero les haya gustado la información sobre este método para producir fertilizantes nitrogenados de liberación lenta. ¡Hasta la próxima!
Refrerencias
Mayra, González (2005). Obtención de un fertilizante de liberación lenta y controlada enriquecido con diferentes plantas Marinas. Revista Cubana de Química, Vol. XVII, No 3.
Ivana Brekalo, Valentina Martinez, Bahar Karadeniz, Donata Drapanauskaite, Hein Vriesema,Robert Stenekes, Martin Etter, Igor Dejanović, Jonas Baltrusaitis and Krunoslav Užarević; (2022). Scale-Up of Agrochemical Urea-Gypsum Cocrystal Synthesis Using Thermally Controlled Mechanochemistry. Sustainable Chemistry & Engineering“.
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