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RECICLAJE DE ENERGÍA E IMPACTOS SOBRE LA HUELLA DE CARBONO Y HUELLA DEL AGUA: ¿QUÉ ROL CUMPLE EL USO DE ENMIENDAS ORGÁNICAS EN AGRICULTURA?

La obtención y fabricación de fertilizantes para Agricultura a través de sus diferentes procesos, lleva implícito el gasto de energía. Por ejemplo, en la síntesis de Urea a través del proceso de Haber-Bosch (reacción de nitrógeno e hidrógeno gaseosos para producir amoníaco, cuya importancia de la reacción radica en la dificultad de producir amoníaco a un nivel industrial), quienes recibieron premio Nobel de Química en los años 1918 y 1931, respectivamente.

Para entregar más antecedentes que explican el consumo de energía en el proceso de síntesis de la Urea, se tiene lo siguiente:

Alrededor del 78,1% del aire que nos rodea es nitrógeno molecular (N2). Este elemento como molécula diatómica gaseosa es muy estable y relativamente inerte debido al enlace triple que mantiene los dos átomos fuertemente unidos (NΞN). A principios del siglo XX se desarrollo este proceso que permitió obtener nitrógeno del aire para producir amoníaco, el que a su vez al oxidarse forma nitritos y nitratos, todos ellos elementos necesarios para la fabricación de fertilizantes nitrogenados.

Como la reacción natural ya señalada es muy lenta, este reacción se acelera con un catalizador de hierro (Fe3+), óxidos de aluminio (Al2O3) y potasio (K2O). Los factores que aumentan el rendimiento, al desplazar el equilibrio de la reacción hacia los productos (Principio de Le Châtelier), son las condiciones de alta presión (200 atmósferas) y altas temperaturas (450-500°C), resultando en un rendimiento del 10-20%.

El proceso Haber-Bosch produce más de 100 millones de toneladas de fertilizantes nitrogenados al año, y el 0,75% del consumo total de energía mundial en un año se destina a este proceso (en términos generales la fijación de 1 kg de N a la forma de Urea consume 1,5 Kg de Fuel Oil). Los fertilizantes que se obtienen son responsables por el sustento de más de un tercio de la población mundial, así como varios problemas ecológicos.

Otros fertilizantes obtenidos por explotación de minas o porcesos químicos son también los fosforados (roca fosfórica, superfosfato triple, fosfatos diamónico y monoamónico), los potásicos (cloruro, sulfato y nitrato de potasio), los cálcicos (nitrato, sulfato y cloruro de calcio), y otros.

Si bien los impactos socioeconómicos positivos de la industria de fertilizantes en general son obvios: los fertilizantes son críticos para lograr el nivel de producción agrícola necesario para alimentar la población mundial, rápidamente creciente. Además, hay impactos positivos indirectos para el medio ambiente natural que provienen del uso adecuado de estas sustancias; por ejemplo, los fertilizantes químicos permiten intensificar la agricultura en los terrenos existentes, reduciendo la necesidad de expandirla hacia otras tierras que puedan tener usos naturales o sociales distintos.

Por otra parte, la fabricación de fertilizantes y el uso inadecuado de éstos genera impactos ambientales negativos, los cuales pueden ser severos.

Las aguas servidas constituyen un problema fundamental; pueden ser muy ácidas o alcalinas y, dependiendo del tipo de planta, pueden contener algunas sustancias tóxicas para los organismos acuáticos cuando las concentraciones son altas: amoníaco o los compuestos de amonio, urea de las plantas de nitrógeno, cadmio, arsénico, y fósforo de las operaciones de fosfato, si está presente como impureza en la piedra de fosfato. Además, es común encontrar en los efluentes, sólidos totales suspendidos, nitrato y nitrógeno orgánico, fósforo, potasio, y (como resultado), mucha demanda de oxígeno bioquímico (DBO5); y, con la excepción de la demanda de oxígeno bioquímico, estos contaminantes ocurren también en las aguas lluvias que escurren de las áreas de almacenamiento de los materiales y desechos.

Los productos de fertilizantes terminados también son posibles contaminantes del agua; su uso excesivo e inadecuado puede contribuir a la eutrofización de las aguas superficiales o contaminación con nitrógeno del agua freática. Además, la explotación de fosfato puede causar efectos negativos. Estos deben ser tomados en cuenta, cuando se predicen los impactos potenciales de proyectos que incluyan las operaciones de extracción nueva o expandida, sea que la planta está situada cerca de la mina o no (ver la sección: "Extracción y Procesamiento de Minerales").

Los contaminantes atmosféricos contienen partículas provenientes de las calderas, trituradores de piedra de fosfato (roca fosfórica), fósforo (el contaminante atmosférico principal que se origina en las plantas de fosfato), neblina ácida, amoníaco, y óxidos de azufre y nitrógeno. Los desechos sólidos se producen principalmente en las plantas de fosfato, y consisten usualmente en ceniza (si se emplea carbón para producir vapor para el proceso), y yeso (que puede ser considerado peligroso debido a su contenido de cadmio, uranio, gas de radón y otros elementos tóxicos de la piedra de fosfato).

Al considerar estos antecedentes, el uso de enmiendas orgánicas de manera adecuada (dosis, oportunidad de aplicación y prácticas de incorporación al suelo) contribuye al reciclaje de energía y la reducción en el uso de energía necesaria para la fabricación de fertilizantes (se puede reemplazar una fracción importante de las necesidades de nutrientes provenientes desde el uso de fertilizantes con el uso de nutrientes contenidos en las enmiendas orgánicas). Además, la entrega lenta de nutrientes de altamente dinámicos en el suelo como el nitrógeno, reduce las posibilidad de pérdida de este nutriente por volatilización, denitrificación y lixiviación, a diferencia de aquellos fertilizantes nitrogenados de entrega rápida. Ejemplo de la entrega controlada de nitrógeno desde enmiendas orgánicas, de las menores pérdidas desde el sistema suelo y sus beneficios sobre el efecto residual de la fertilización se presentan en la figura 1 (Estudio de campo de INIA Quilamapu), donde se puede apreciar una mayor producción de materia seca en maíz de ensilaje sin fertilización, al año posterior de haber fertilizado un cultivo similar con fertilizantes convencionales y guano de broiler, para dosis de nitrógeno comparables. Para la tercera temporada de evaluación, el valor promedio de la extracción de nitrógeno obtenido con la enmienda fue superior en 21 kg por ha respecto al valor medio obtenido en los tratamientos que recibieron fuentes convencionales. Para la cuarta temporada de evaluación, el valor medio de la extracción de N obtenido con la enmienda fue superior en 6,7 kg por ha respecto al valor medio obtenido en los tratamientos que recibieron fuentes convencionales, y 17,6 kg por ha superior al control sin fertilización. Los resultados de este estudio indicaron que el efecto residual del nitrógeno aplicado con el guano broiler fue en promedio de 12% para el primer año sin fertilización.

Figura 1. Producción de Materia Seca en planta entera de maíz al momento de madurez para ensilaje durante dos temporadas consecutivas sin fertilización (2004-05 y 2005-06), después de haber sido fertilizado en las dos temporadas previas (2002-03 y 2003-04) con fertilizantes convencionales (tratamientos T2 y T3) y guano broiler (tratamientos T4, T5 y T6) en dosis de 300 kg de Nitrógeno por ha (tratamientos T2 y T4) y dosis de 400 kg de Nitrógeno por ha (tratamientos T3, T5 y T6) para condiciones de monocultivo de maíz. El tratamiento T1 correspondió al control sin fertilización.

Las líneas verticales indican la desviación estándar de cada media.

Finalmente el reciclaje de enmiendas orgánicas a través del suelo implicaría tres soluciones agroambientales: 1) la aplicación de una enmienda orgánica que mejoraría las características físicas, químicas y biológicas del suelo, con lo cual se contribuiría a su eliminación desde las zonas de producción y acumulación, minimizando su impacto ambiental en dichas zonas; 2) la obtención de una fuente de aporte nutricional como fertilizante de frutales, cultivos y forrajes de bajo costo; y 3) la reducción en las necesidades energéticas para producir fertilizantes, con lo cual se reduce la emisión de gases a la atmósfera (CO2 principalmente) con su impacto positivo en la huella de carbono, y se reduce el uso de fuentes nitrogenadas de liberación rápida que son más susceptibles a mecanismos de pérdida hacia la atmósfera y hacia las aguas superficiales y subterráneas, con impacto positivo sobre la huella del agua.