Fertilizante

Antecedentes

El fertilizante es una sustancia que se agrega al suelo para mejorar el crecimiento y el rendimiento de las plantas. Utilizada por primera vez por agricultores antiguos, la tecnología de fertilizantes se desarrolló significativamente a medida que se descubrieron las necesidades químicas de las plantas en crecimiento. Los fertilizantes sintéticos modernos están compuestos principalmente de compuestos de nitrógeno, fósforo y potasio con nutrientes secundarios agregados. El uso de fertilizantes sintéticos ha mejorado significativamente la calidad y cantidad de los alimentos disponibles en la actualidad, aunque los ambientalistas debaten su uso a largo plazo.

Como todos los organismos vivos, las plantas están formadas por células. Dentro de estas células ocurren numerosas reacciones químicas metabólicas que son responsables del crecimiento y la reproducción. Dado que las plantas no comen alimentos como los animales, dependen de los nutrientes del suelo para proporcionar los productos químicos básicos para estas reacciones metabólicas. Sin embargo, el suministro de estos componentes en el suelo es limitado y, a medida que se cosechan las plantas, disminuye, lo que provoca una reducción en la calidad y el rendimiento de las plantas.

Los fertilizantes reemplazan los componentes químicos que se toman del suelo por las plantas en crecimiento. Sin embargo, también están diseñados para mejorar el potencial de crecimiento del suelo y los fertilizantes pueden crear un mejor entorno de crecimiento que el suelo natural. También se pueden adaptar para adaptarse al tipo de cultivo que se está cultivando. Normalmente, los fertilizantes se componen de compuestos de nitrógeno, fósforo y potasio. También contienen oligoelementos que mejoran el crecimiento de las plantas.

Los componentes principales de los fertilizantes son nutrientes que son vitales para el crecimiento de las plantas. Las plantas utilizan nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos y hormonas. Cuando las plantas tienen deficiencia de nitrógeno, se caracterizan por un crecimiento reducido y un color amarillento de las hojas. Las plantas también necesitan fósforo, un componente de los ácidos nucleicos, fosfolípidos y varias proteínas. También es necesario proporcionar la energía para impulsar reacciones químicas metabólicas. Sin suficiente fósforo, se reduce el crecimiento de las plantas. El potasio es otra sustancia importante que las plantas obtienen del suelo. Se utiliza en la síntesis de proteínas y otros procesos clave de la planta. El color amarillento, las manchas de tejido muerto y los tallos y raíces débiles son indicativos de plantas que carecen de suficiente potasio.

El calcio, el magnesio y el azufre también son materiales importantes en el crecimiento de las plantas. Sin embargo, solo se incluyen en los fertilizantes en pequeñas cantidades, ya que la mayoría de los suelos contienen de forma natural una cantidad suficiente de estos componentes. Se necesitan otros materiales en cantidades relativamente pequeñas para el crecimiento de las plantas. Estos micronutrientes incluyen hierro, cloro, cobre, manganeso, zinc, molibdeno y boro, que funcionan principalmente como cofactores en reacciones enzimáticas. Si bien pueden estar presentes en pequeñas cantidades, estos compuestos no son menos importantes para el crecimiento y, sin ellos, las plantas pueden morir.

Se utilizan muchas sustancias diferentes para proporcionar los nutrientes esenciales necesarios para un fertilizante eficaz. Estos compuestos se pueden extraer o aislar de fuentes naturales. Los ejemplos incluyen nitrato de sodio, algas, huesos, guano, potasa y roca fosfórica. Los compuestos también se pueden sintetizar químicamente a partir de materias primas básicas. Estos incluirían cosas como amoníaco, urea, ácido nítrico y fosfato de amonio. Dado que estos compuestos existen en varios estados físicos, los fertilizantes se pueden vender como sólidos, líquidos o lechadas.

Historial

El proceso de agregar sustancias al suelo para mejorar su capacidad de crecimiento se desarrolló en los primeros días de la agricultura. Los antiguos agricultores sabían que los primeros rendimientos en una parcela de tierra eran mucho mejores que los de los años siguientes. Esto hizo que se mudaran a nuevas áreas sin cultivar, que nuevamente mostraron el mismo patrón de rendimientos reducidos a lo largo del tiempo. Finalmente, se descubrió que el crecimiento de las plantas en una parcela de tierra podría mejorarse esparciendo estiércol animal por todo el suelo.

Con el tiempo, la tecnología de fertilizantes se volvió más refinada. Se descubrieron nuevas sustancias que mejoraron el crecimiento de las plantas. Se sabe que los egipcios agregaron al suelo las cenizas de las malas hierbas quemadas. Los antiguos escritos griegos y romanos indican que se utilizaron varios excrementos de animales, según el tipo de suelo o planta cultivada. También se sabía en ese momento que el cultivo de leguminosas en las parcelas antes de cultivar trigo era beneficioso. Otros tipos de materiales agregados incluyen conchas marinas, arcilla, desechos vegetales, desechos de diferentes procesos de fabricación y otra basura variada.

La investigación organizada sobre tecnología de fertilizantes comenzó a principios del siglo XVII. Los primeros científicos como Francis Bacon y Johann Glauber describen los efectos beneficiosos de la adición de salitre al suelo. Glauber desarrolló el primer fertilizante mineral completo, que era una mezcla de salitre, cal, ácido fosfórico, nitrógeno y potasa. A medida que se desarrollaron las teorías químicas científicas, se descubrieron las necesidades químicas de las plantas, lo que condujo a mejores composiciones de fertilizantes. El químico orgánico Justus von Liebig demostró que las plantas necesitan elementos minerales como nitrógeno y fósforo para crecer. Se podría decir que la industria de los fertilizantes químicos tuvo sus inicios con una patente otorgada a Sir John Lawes, que describía un método para producir una forma de fosfato que era un fertilizante eficaz. La industria de los fertilizantes sintéticos experimentó un crecimiento significativo después de la Primera Guerra Mundial, cuando las instalaciones que producían amoníaco y nitratos sintéticos para explosivos se convirtieron en fertilizantes nitrogenados.

Materias primas

Los fertilizantes descritos aquí son fertilizantes compuestos compuestos de fertilizantes primarios y nutrientes secundarios. Estos representan solo un tipo de fertilizante, y también se elaboran otros tipos de nutrientes individuales. Las materias primas, en forma sólida, se pueden suministrar a los fabricantes de fertilizantes en cantidades a granel de miles de toneladas, en bidones o en bidones metálicos y bolsas de contenedores.

Los fertilizantes primarios incluyen sustancias derivadas de nitrógeno, fósforo y potasio. Se utilizan diversas materias primas para producir estos compuestos. Cuando se usa amoníaco como fuente de nitrógeno en un fertilizante, un método de producción sintética requiere el uso de gas natural y aire. El componente de fósforo se elabora con azufre, carbón y roca fosfórica. La fuente de potasio proviene del cloruro de potasio, un componente principal de la potasa.

Se agregan nutrientes secundarios a algunos fertilizantes para ayudar a que sean más efectivos. El calcio se obtiene de la piedra caliza, que contiene carbonato de calcio, sulfato de calcio y carbonato de calcio y magnesio. La fuente de magnesio en los fertilizantes se deriva de la dolomita. El azufre es otro material que se extrae y se agrega a los fertilizantes. Otros materiales extraídos incluyen hierro a partir de sulfato ferroso, cobre y molibdeno a partir de óxido de molibdeno.

El
proceso de fabricación

Se han diseñado fábricas totalmente integradas para producir fertilizantes compuestos. Dependiendo de la composición real del producto final, el proceso de producción variará de un fabricante a otro.

Componente fertilizante nitrogenado

• 1 El amoníaco es un componente de fertilizante nitrogenado que se puede sintetizar a partir de materias primas costosas. Dado que el nitrógeno constituye una parte importante de la atmósfera terrestre, se desarrolló un proceso para producir amoníaco a partir del aire. En este proceso, se bombea gas natural y vapor a un recipiente grande. A continuación, se bombea aire al sistema y se elimina el oxígeno mediante la quema de gas natural y vapor. Esto deja principalmente nitrógeno, hidrógeno y dióxido de carbono. El dióxido de carbono se elimina y se produce amoníaco introduciendo una corriente eléctrica en el sistema. Catalizadores como la magnetita (Fe ₃ O ₄ ) se han utilizado para mejorar la velocidad y la eficiencia de la síntesis de amoníaco. Todas las impurezas se eliminan del amoníaco y se almacena en tanques hasta que se procesa más.
• 2 Si bien el amoníaco en sí mismo a veces se usa como fertilizante, a menudo se convierte en otras sustancias para facilitar su manejo. El ácido nítrico se produce mezclando primero amoníaco y aire en un tanque. En presencia de un catalizador, se produce una reacción que convierte el amoniaco en óxido nítrico. El óxido nítrico se hace reaccionar adicionalmente en presencia de agua para producir ácido nítrico.

• 3 El ácido nítrico y el amoníaco se utilizan para producir nitrato de amonio. Este material es un buen componente fertilizante porque tiene una alta concentración de nitrógeno. Los dos materiales se mezclan en un tanque y se produce una reacción de neutralización que produce nitrato de amonio. Luego, este material se puede almacenar hasta que esté listo para ser granulado y mezclado con los otros componentes del fertilizante.

  

Componente fertilizante de fósforo

• 4 Para aislar el fósforo de la roca fosfórica, se trata con ácido sulfúrico, produciendo ácido fosfórico. Parte de este material se hace reaccionar más con ácido sulfúrico y ácido nítrico para producir un superfosfato triple, una excelente fuente de fósforo en forma sólida.
• 5 Parte del ácido fosfórico también se hace reaccionar con amoníaco en un tanque separado. Esta reacción produce fosfato de amonio, otro buen fertilizante primario.

Componente fertilizante de potasio

• 6 Normalmente, el cloruro de potasio se suministra a granel a los fabricantes de fertilizantes. El fabricante lo convierte en una forma más utilizable granulándolo. Esto facilita la mezcla con otros componentes de fertilizantes en el siguiente paso.

Granular y mezclar

• 7 Para producir fertilizante en la forma más utilizable, cada uno de los diferentes compuestos, nitrato de amonio, cloruro de potasio, fosfato de amonio y superfosfato triple se granulan y mezclan. Un método de granulación implica colocar los materiales sólidos en un tambor giratorio que tiene un eje inclinado. A medida que gira el tambor, las piezas del fertilizante sólido adquieren pequeñas formas esféricas. Se pasan a través de una pantalla que separa las partículas de tamaño adecuado. Luego se aplica una capa de polvo inerte a las partículas, manteniendo cada una de ellas discreta e inhibiendo la retención de humedad. Finalmente, las partículas se secan, completando el proceso de granulación.
• 8 Los diferentes tipos de partículas se mezclan en proporciones apropiadas para producir un fertilizante compuesto. La mezcla se realiza en un tambor de mezcla grande que gira un número específico de vueltas para producir la mejor mezcla posible. Después de mezclar, el fertilizante se vacía sobre una cinta transportadora, que lo transporta a la ensacadora.

Embolsado

• 9 Por lo general, los fertilizantes se suministran a los agricultores en bolsas grandes. Para llenar estas bolsas, el fertilizante se entrega primero en una tolva grande. Se libera una cantidad adecuada de la tolva a una bolsa que se mantiene abierta mediante un dispositivo de sujeción. La bolsa está sobre una superficie vibrante, lo que permite un mejor empaque. Cuando se completa el llenado, la bolsa se transporta en posición vertical a una máquina que la sella. Luego, la bolsa se transporta a un paletizador, que apila varias bolsas, preparándolas para su envío a los distribuidores y, finalmente, a los agricultores.

Control de calidad

Para garantizar la calidad del fertilizante que se produce, los fabricantes controlan el producto en cada etapa de la producción. Las materias primas y los productos terminados se someten a una batería de pruebas físicas y químicas para demostrar que cumplen con las especificaciones previamente desarrolladas. Algunas de las características que se prueban incluyen pH, apariencia, densidad y punto de fusión. Dado que la producción de fertilizantes está regulada por el gobierno, las pruebas de análisis de composición se realizan en muestras para determinar el contenido total de nitrógeno, el contenido de fosfato y otros elementos que afectan la composición química. También se realizan varias otras pruebas, dependiendo de la naturaleza específica de la composición del fertilizante.

Subproductos / Residuos

En realidad, las plantas asimilan una cantidad relativamente pequeña del nitrógeno contenido en los fertilizantes aplicados al suelo. Gran parte se lava en los cuerpos de agua circundantes o se filtra al agua subterránea. Esto ha agregado cantidades significativas de nitratos al agua que consume el público. Algunos estudios médicos han sugerido que ciertos trastornos de los sistemas urinario y renal son el resultado del exceso de nitratos en el agua potable. También se cree que esto es particularmente dañino para los bebés e incluso podría ser potencialmente cancerígeno.

No se cree que los nitratos que contienen los fertilizantes sean dañinos en sí mismos. Sin embargo, ciertas bacterias del suelo convierten los nitratos en iones de nitrito. Las investigaciones han demostrado que cuando se ingieren iones de nitrito, pueden ingresar al torrente sanguíneo. Allí, se unen a la hemoglobina, una proteína que se encarga de almacenar oxígeno. Cuando un ion nitrito se une a la hemoglobina, pierde su capacidad para almacenar oxígeno, lo que genera graves problemas de salud.

Las nitrosaminas son otro subproducto potencial de los nitratos en los fertilizantes. Son el resultado de una reacción química natural de los nitratos. Se ha demostrado que las nitrosaminas causan tumores en animales de laboratorio, lo que alimenta el temor de que pueda suceder lo mismo en los humanos. Sin embargo, no ha habido ningún estudio que muestre un vínculo entre el uso de fertilizantes y los tumores humanos.

El futuro

La investigación sobre fertilizantes se centra actualmente en reducir los impactos ambientales nocivos del uso de fertilizantes y en encontrar nuevas fuentes de fertilizantes menos costosas. Las cosas que se están investigando para hacer que los fertilizantes sean más respetuosos con el medio ambiente son los métodos mejorados de aplicación, el suministro de fertilizante en una forma menos susceptible a la escorrentía y la elaboración de mezclas más concentradas. También se están investigando nuevas fuentes de fertilizantes. Se ha descubierto que los lodos de depuradora contienen muchos de los nutrientes necesarios para un buen fertilizante. Desafortunadamente, también contiene ciertas sustancias como plomo, cadmio y mercurio en concentraciones que serían dañinas para las plantas. Se están realizando esfuerzos para eliminar los elementos no deseados, haciendo de este material un fertilizante viable. Otra fuente que se está desarrollando son los abonos. Los primeros fertilizantes fueron los abonos, sin embargo, no se utilizan a gran escala porque su manejo ha resultado demasiado caro. Cuando la tecnología mejore y se reduzcan los costos, este material será un nuevo fertilizante viable.