Los fertilizantes aportan rendimientos, pero conducen a la sobrefertilización de las masas de agua y contaminan las aguas subterráneas con nitratos. Una nueva forma de abono nitrogenado, más económica y respetuosa con el medio ambiente, podría ser el remedio. Para su producción, se muele yeso y urea, formando cristales que se disuelven más lentamente que el abono común. Como resultado, solo se libera la cantidad de nitrógeno que las plantas pueden absorber, lo que protege el suelo y el agua y ahorra urea.
Para crecer de manera óptima, las plantas necesitan ciertos nutrientes, entre ellos, sobre todo, nitrógeno y fósforo. Por tanto, el uso de fertilizantes ayuda a la agricultura moderna a producir altos rendimientos. Pero los fertilizantes nitrogenados, en particular, se están convirtiendo cada vez más en un problema medioambiental: como los fertilizantes comunes liberan su nitrógeno más rápido de lo que las plantas pueden absorberlo, un excedente queda en el suelo. Por término medio, las plantas únicamente utilizan la mitad del nitrógeno aplicado, el resto es arrastrado por la lluvia y acaba en lagos, ríos y aguas subterráneas. Esto provoca la sobrefertilización de las masas de agua, zonas muertas con poco oxígeno en los mares costeros y altos niveles de nitrato en el agua potable.
Mecanoquímica en lugar de tubos de ensayo
Pero hay otra manera, ya que un nuevo tipo de fertilizante nitrogenado permite ahora la esperanza. Ivana Brekalo, del Instituto Ruder-Boskovic de Zagreb, y sus colegas han desarrollado y probado un método de producción alternativo. Hasta ahora, los componentes nitrogenados de los fertilizantes comunes (el amoníaco o la urea) se producían mediante el proceso Haber-Bosch, un método que consume mucha energía. En un proceso químico posterior, estas sustancias básicas se combinan con calcio, potasio u otros componentes minerales. Si la urea pura se utiliza como abono, su descomposición microbiana libera grandes cantidades de gas amoníaco y dióxido de carbono. Por lo tanto, su uso está regulado a menos que se mezcle con un inhibidor.
Brekalo y su equipo han buscado ahora una forma de producir un fertilizante que contenga urea, pero que sea respetuoso con el medio ambiente, y han recurrido a una técnica antigua: la mecanoquímica. "Durante miles de años hemos estado moliendo cosas, como el grano para el pan", explica el coautor Martin Etter, del Sincrotrón Alemán de Electrones DESY de Hamburgo. Lo que es menos conocido es que los procesos mecánicos como la molienda, las vibraciones o la compresión también pueden desencadenar reacciones químicas. Los científicos han empleado esto para su nuevo fertilizante. Para ello, el yeso y la urea se molieron finamente hasta formar un compuesto sólido.
Liberación más lenta, menos exceso
El equipo utilizó la fuente de rayos X PETRA III del DESY para investigar en qué consiste el polvo resultante. Los análisis revelaron que el procesamiento mecanoquímico produce un cocristal, un cristal en el que los dos materiales de partida forman unidades estructurales alternas. "Se pueden imaginar los cocristales como estructuras hechas de ladrillos de LEGO", explica Etter. "Tienes dos tipos de ladrillos y formas un patrón repetitivo con estos dos ladrillos". El resultado es un abono nitrogenado cristalino que procede únicamente de la molienda y no contiene subproductos químicos. Al mismo tiempo, tiene propiedades especialmente favorables: El cocristal se disuelve 20 veces menos en el agua que la urea y, por tanto, se libera casi uniformemente durante al menos 90 días en condiciones de suelo.
Para su uso en la agricultura, esto significa que el abono cocristalino libera su nitrógeno más lentamente y de manera más dosificada que los abonos comunes de urea. Así, las plantas solo reciben la cantidad de abono que pueden absorber y metabolizar. Mientras que hasta ahora casi el 50 % del nitrógeno del abono de urea y de otros fertilizantes nitrogenados queda inutilizado y se elimina, el nuevo abono se aprovecha por completo. Por lo tanto, únicamente se necesita la mitad para conseguir el mismo efecto fertilizante, lo que protege las masas de agua y las aguas subterráneas, pero también ahorra materias primas. "Si se aumenta la eficiencia de los materiales de urea en un 50 %, hay que producir menos urea mediante el proceso Haber-Bosch y reducir los problemas asociados, como la necesidad de gas natural", explica el coautor Jonas Baltrusaitis, de la Universidad de Lehigh (EE. UU.). Como siguiente paso, los investigadores planean ampliar su proceso a escala industrial.