Abonos nitrogenados.
" 'La alimentación de la humanidad actual obliga a utilizar gran cantidad de fertilizantes químicos. Se ha modificado así la distribución del nitrógeno sobre la Tierra de forma drástica y a veces peligrosa, Vaclav Smil'
Durante el siglo veinte la humanidad casi ha cuadriplicado su número. Aunque son muchos los factores que han favorecido esta expansión sin precedentes, no hubiera podido continuar en los últimos decenios de no haber existido una actividad muy extendida, pero poco apreciada, como es la síntesis de amoniaco. La disponibilidad de amoniaco, y de los fertilizantes nitrogenados que de él se derivan, ha eliminado de manera efectiva lo que siempre fue la mayor limitación para la producción de alimentos (por término medio) se debe a muchos avances de las prácticas agrícolas modernas. Pero a quien la humanidad tiene que agradecer básicamente esta abundancia es a una industria química clave: la que produce abonos nitrogenados.
¿Por qué es tan importante el nitrógeno? Si se le compara con el carbono, el hidrógeno o el oxígeno, no es más que un constituyente minoritario de la materia viva. Pero mientras que los tres primeros pasan fácilmente de sus enormes reservas naturales a los tejidos vivos, a través de los alimentos y del agua consumidos, la mayor parte del nitrógeno permanece bloqueada en la atmósfera. El nitrógeno que pueden absorber directamente las plantas, los animales y los seres humanos es una parte ínfima.
A pesar de lo cual tiene una importancia decisiva. Es necesario para el ADN y el ARN, las moléculas que almacenan y transfieren la información genética, así como para la fabricación de proteínas, los omnipresentes mensajeros, receptores, catalizadores y componentes estructurares de todas las células vegetalesy animales. Los seres humanos, como otros animales superiores, no pueden sintetizar estas moléculas utilizando el nitrógeno del aire y obtienen los compuestos nitrogenados mediante los alimentos. Esta apotación es insustituible y se necesita una cantidad mínima para una nutrición adecuada (en forma de proteínas animales o vegetales ). Pero a los cultivos tampoco les resulta fácil obtener el nitrógeno de la atmósfera.
Hay que achacar la escasez relativa de nitrógeno utilizable a su peculiar comportamiento quimico. Las moléculas de nitrógeno (que son pares de átomos) constituyen el 78% de la atmósfera, pero son tan estables que resulta difícil convertirlas a una forma reactiva absorbible por las plantas. Las descargas eléctricas atmosféricas disocian estas moléculas tan enlazadas, pero la mayor parte de la "fijación" natural del nitrógeno (es decir, la fragmentación de sus moléculas y su conversión en amoniaco, compuesto químicamente reactivo) la llevan a cabo ciertas bacterias. Las más importantes pertenecen al género 'Rhizobium', simbiontes que crean nódulos en las raíces de las plantas leguminosas, ya sean de pequeño porte, como las judías, o árboles, como las acacias. También lo hacen, en menor grado, las cianobacterias (que unas veces viven independientemente y otras asociadas con ciertas plantas)."-->
" UN PROBLEMA ANTIGUO
Diversos fenómenos naturales y los cultivos agrícolas eliminan continuamente del suelo el nitrógeno fijado, por lo que suele haber escasez del mismo. Lo que tradicionalmente hacían los agricultores de las sociedades preindustriales era compensar esta pérdida o absorción de nitrógeno de los campo con residuos de otras cosechas o desechos animales y humanos. La concentración de nitrógeno en estas sustancias es pequeña, por lo que era necesario aplicar enormes cantidades para dotar al auelo de la porción suficiente.
También sembraban guisantes, judías, lentejas y otras legumbres con los cereales y demás cultivos. las bacterias fijadoras de nitrógeno que viven en las raíces de las primeras fertilizaban los campos. A veces las legumbres se cultivaban por esta única razón, como pasaba en Asia con el helecho Azolla, que alberga cianobacterias fijadoras de nitrógeno. Después araban los campos y enterraban las plantas, que actuaban así como "abonos verdes", sin que se cosechasealimento alguno de ellas. Este tipo de agricultura orgánica adquirió su mayor desarollo durante la primera parte de nuestro siglo en Java, en el delta del Nilo, en el noroeste de Europa (especialmente en las explotaciones agrícolas holandesas) y en muchas regiones de Japón y China.
La combinación del reciclado de residuos humanos y animales con el cultivo de abonos verdes puede proporcionar unos 200 kilos de nitrógeno por hectárea de tierra agrícola. Los 200 a 250 kilos de proteínas vegetales que pueden conseguirse de esta manera fijan el límite teórico de la densidad de población: una hectárea de terreno agrícola en lugares con buena tierra, humedad adecuada y un clima templado, que permita el cultivo continuo a lo largo del año, debería ser capaz de mantener hasta quince personas.
En la práctica, sin embargo, las densidades de población de los países que vivían de la agricultura orgánica eran siempre mucho menores. La media de China estuvo entre cinco y seis personas por hectárea de tierra cultivable durante la primera mitad de este siglo. Durante los últimos decenios de agricultura orgánica pura en Japón (cosa que ocurría aproximadamente al mimo tiempo), la densidad de población fue ligeramente superior a la de China, pero el consumo jamponés de pescado marino hace más complicada la comparación entre ambas naciones. Una densidad de población de alrededor de cinco personas por hectárea fue también típica de las regiones agrícolas fértiles del noroeste de Europa durante el siglo XIX, cuando los agricultores aplicaban exclusivamente los métodos tradicionales.
El límite práctico de unas cinco personas por hectárea de tierra cultivada tenía varias causas, entre las que se incluyen las presiones medioambientales (plagas y mal tiempo) y la necesidad de cultivar especies no alimenticias, como las que proporcionaban medicinas o fibras, por ejemplo. Pero la dificultad principal provenía del ciclo cerrado del nitrógeno. la agricultura tradicional se enfrentaba a un problema fundamental, que era especialmente acusado en países con escasez de tierra, sin áreas libres de cultivo que pudieran utilizarse para el pastoreo o para la expansión de la agricultura. La única manera que tenían los agricultores de estos lugares para superar las limitaciones del ciclo del nitrógeno local e incrementar las cosechas era plantar más abonos verdes, lo que impedía la siembra de un cultivo alimenticio. Más conveniente era la rotación de los cereales habituales con leguminosas comestibles, pero incluso esta práctica, tan habitual en la agricultura tradicional, tenía sus límites. Por una parte, las cosechas de legumbres son poco abundantes; por otra, las legumbres son de digestión dificultosa y no es fácil hacer con ellas pan o fideos. La consecuenca es que pocos de los cultivos sembrados según los métodos ancestrales contaban con una provisión adecuada de nitrógeno
UN LUGAR FÉRTIL PARA LA CIENCIA
A medida que aumentaban sus conocimientos de química, los científicos del siglo XIX empezaron a comprender el papel esencial que representaba el nitrógeno en la producción de alimentos y la escasez de sus formas utilizables. También aprendieron que los otros dos nutrientes decisivos -el potasio y el fósforo- limitaban menos el rendimiento agrícola, al tiempo que era mucho ás fácil compensar cualquier deficiencia que se produjera en su concentración. Era relativamente sencillo explotar los yacimientos de potasa para obtener abonos potásicos, mientras que el enriquecimiento de fósforo no requería más que tratar con ácido los minerales fosfatados para convertirlos en compuestos más solubles, que las raíces absorberían junto con el agua. No se disponía, en cambio, de procedimientos tan simples para el nitrógeno, por lo que a finales del siglo pasado los agrónomos y los químicos sentían cierta urgencia y malestar, conscientes de que la explotación agrícola cada vez más intensa se enfrentaba a una menazante crisis del nitrógeno.
Se intentaron varias maneras de superar la barrera del nitrógeno. El uso de nitratos inorgánicos solubles (procedentes de los yacimientos encontrados en los desiertos chilenos) y el guano orgánico (procedente de excrementos de ave depositados en las áridas Islas Chincha en Perú) supusieron un alivio transitorio para algunos agricultores. la recuperación del sulfato amónico de los hornos utilizados para transformar el carbón en coque metalúrgico contribuyó también durante algún tiempo al aporte de nitrógeno para la agricultura. Este proceso cianamídico -en el que el coque reacciona con cal y nitrógeno puro para producir un compuesto que contiene calcio, carbono y nitrógeno- se comercializó en Alemania en 1898, pero consumía demasiada energía para que resultara práctico. También la producción de óxidos de nitrógeno haciendo saltar chispas eléctricas en una mezcla de los dos elementos requería cantidades enormes de energía. Sólo Noruega, donde la energía era barata por sus disponibilidades hidroeléctricas, empezó a fabricar abonos nitrogenados mediante este proceso en 1903, pero el rendimiento total seguía siendo pequeño. La auténtica revolución fue la invención de la síntesis de amoniaco. Carl Bosch inició el desarrollo de este proceso en 1899 en la BASF, empresa química líder de Alemania. Pero fue Fritz Haber, de la Universidad Técnica de Karlsruhe, quien ideó un proyecto factible para sintetizar amoniaco a partir de nitrógeno e hidrógeno, combinándolos a una presion de 200 atmósferas y a una tempratura de 500 grados Celsius en presencia de catalizadores de osmio sólido y de unarnio.
El método de Haber funcionaba bien, pero la convrsión de esta reacción de laboratorio en una realidad industrial suponía un enorme reto. Bosch terminó por resolver el principal problema de diseño: el deterioro del acero del interior de la cámara de reacción por las grandes temperaturas y presiones. Sus trabajos condujero directamenet a la primera fábrica de amoniaco comercial, que se levantó en Oppau, Alemania en 1913. El rendimiento inicialmente proyectado se dobló pronto a 60.000 toneladas al año, que bastaban para hacer autosuficiente a Alemania en los compuestos nitrogenados utilizados para la producción de explosivos durante la primera Guerra Mundial.
Los problemas económicos imperantes durante el período de entregurras dificultaron la comercialización del proceso de síntesis Haber- Bosch. la producción global de amoniaco se mantuvo por debajo de cinco millones de toneladas hasta finales de los años cuarenta. El uso de fertilizantes nitrogenados aumentó poco a poco durante el decnio siguiente, llegando a alcanzar los 10 millones de toneladas; las innovaciones ténicas introducidas durante los años sesenta redujeron el consumo de eletricidad de la síntesis en más del noventa por ciento, lo que permitió instalaciones de producción de amoniaco mayores y más económicas. El posterior crecimeinto exponencial de la demanda incrementó ocho veces la producción global de este producto a finales de los años ochenta.
A este incremento le acompañó un cambio de papeles bastante rápido entre los países econóicamente fuertes y los débiles por lo que se refiere al uso del lnitrógeno. durante la primera parte de los años sesenta las naciones acaudaladas representaban alrededor del lnoventa por ciento del consumo total de fertilizantes, porcentaje que había caído por debajo del setenta por ciento hacia 1980. Los niveles de consumo de los mundos desarrollados y en vias de desarrollo se igualaron en 1988, mientras que actualmente es el segundo grupo de países el que utiliza más el sesenta por ciento de la producción total de abonos nitrogenados.
¿Hasta que punto se ha vulto dependiente la humanidad de la producción de abonos nitrogenados sintéticos? Esta pregunta tiene difícil respuesta, pues lo que sabemos sobre las aporatciones y las extraciones de nitrógeno de los campos de cultivo mundiales es poco precios. Una valoración cuidadodsa de las distintas aportaciones indica que alrededor de 175 millones de toneladas de nitrógeno fluyen hacia las tierras de cultivo mundiales cada año. Las plantas utilizan como la mitad de esta cantidad, representando los abonos sintéticos un cuarenta por ciento aproximadamente del nitirógeno total absorbido por los cultivosl Y puesto que este tipo de plantas proporciona las tres cuartas partes del nitrógeno de las proteínas que consumimos -ya sea directamente o a través de los alimentos de origen animal-, alrededor de un tercio de las proteínas de la dieta humana dependen de los abonos nitrogenados sintéticos. la carne y los productos lácteos derivados del pastoreo, así como el pescado, contienen las proteínas restantes.
Estos datos sobreestiman de alguna manera la imkportancia del proceso haber-Bosch. Los abonos nitrogenados no se necesitaron para que Europa y Norteamérica asegurasen la supervivencia y hasta la adecuada nutrición de sus pobladores. El gran uso que en ellas se hace de fertilizantes sintéticos responde al deseo de fabricar pienso para la granadería, que a su vez ha de satisfacer la preferencia mayoritaria por los alimentos de origen animal, de gan contenido proteínico. Incluso si se redujese a la mitad el procentaje de proteínas que consumen (persuadiento a la gente de que comiera menos carne, npor ejemplo), la nutrición de norteamericanos y europeos seguiría siendo adecuada.
Pero, por otro lado, la afirmación de que un tercio de las proteínas que nutren a la humanidad depende de los abonos sintéticos infravalora su importancia. Son muchos los países en los que coinciden la escasez de tierras con la gran densidad de población; en ellos la supervivencia depende de los abonos sintéticos. Conforme se agotan las nuevas áreas de cultivo y las prácticas agrícolas tradicionals llegan a su límite, la gene de estos países tiene que aumentar contínuamente la aplicación de fertilizantes nitrogenados, aunque sus dietas contengan comparativamente poca carne. Pertenece a este grupo cualquier nación que produzca anualmente más de 100 kilogramos de proteínas por hectárea, aproximadamente. China, Egipto, Indonesia, Bangladesh, Pakistán y Filipinas son casos típicos.
Información de "Investigación y Ciencia" Septiembre 1997
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