Rayos embotellados, los fertilizantes ecológicos del mañana

Un grupo de científicos australianos cree tener la nueva alternativa a los fertilizantes tradicionales libre de agroquímicos



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Por mucho tiempo, grupos de científicos locos han cazado tormentas, estudiado su origen y efectos en el medio ambiente. Por otro lado, laboratorios abocados a la biotecnología están obteniendo avances en la simbiosis que se generan entre las plantas y un género muy especial de bacterias llamadas Rhizobium. Pero, ¿qué tienen en común estos fanáticos de Thor con los fieles seguidores de Darwin?

Vayamos por partes y juntos vamos a encontrar el hilo que los une. Arranquemos con los fertilizantes. Son compuestos de origen químico u orgánico cuyo fin es el de aportar nutrientes al suelo para que las plantas crezcan a máxima capacidad. Resultó necesario producirlos en cantidades industriales debido a que la extracción de nutrientes del suelo por parte de la agricultura y ganadería es cuantiosa y por ende deben ser repuestos de manera artificial.

Producción de fertilizantes a nivel mundial e industrial

Uno de estos nutrientes es particularmente necesario para las plantas pero increíblemente costoso y difícil de producir industrialmente, el amoníaco (NH3). De varios de sus compuestos las plantas extraen el Nitrógeno.

Hoy en día la demanda principal de amonio (NH4+, la especie soluble del amoníaco) se obtiene mundialmente usando un proceso inventado hace casi 100 años, el método de Haber-Bosch, técnica por la cual obtuvieron un premio Nobel. Es la reacción de nitrógeno e hidrógeno gaseosos para producir amoníaco. La importancia de la reacción radica en la dificultad de producir amoníaco a un nivel industrial.

Como la reacción natural es muy lenta, se acelera permitiendo que el equilibrio se alcance con mayor rapidez. Los factores que aumentan el rendimiento, son las condiciones de alta presión (150-300 atmósferas) y altas temperaturas (400-500°C), resultando en un muy pobre rendimiento del 10-20%, por lo que se necesitan reiterados procesos e industrias masivamente grandes para que éste porcentaje sea representativo.

El proceso Haber-Bosch produce más de 100 millones de toneladas de fertilizante de nitrógeno al año. Se calculó que casi el 9% del consumo total de energía mundial en un año se destina a este proceso, lo que deben ser esas facturas de luz por favor.

Los fertilizantes obtenidos son responsables del sustento de más de un tercio de la población mundial, pero por otro lado el mal uso de los fertilizantes producen numerosos problemas ambientales por la erosión y el escurrimiento de nutrientes a napas y cuerpos de agua.

Tan solo el 17% del amoniaco usado como fertilizante es consumido por los humanos a través de la comida. El resto acaba en la tierra o en el aire. Por lo que es necesario volver eficiente esta producción. La agricultura moderna ha provocado la alteración del ciclo natural del nitrógeno.

Uno de los tantos problemas relacionados con el amoniaco es el de la eutrofización de las aguas. Los nitratos acaban en mares y ríos, debido a esto las algas y bacterias que los usan para su propio desarrollo crecen descontroladamente gracias al exceso de nutrientes, agotando el oxígeno que necesitan otras especies y cubriendo la superficie evitando que la luz solar llegue a zonas más profundas.

Un horizonte más ecológico

El “amoníaco ecológico” se puede fabricar utilizando energía renovable y electrólisis del agua, pero actualmente es muy caro.

Debido a todo esto se tuvo que salir a buscar distintas alternativas pero con un enfoque más ecológico. Para ello, se estudió con mayor profundidad cómo se produce naturalmente el amonio y cómo es que las plantas lo incorporan. Es aquí donde Thor y Darwin aparecen.

Por un lado, están estas bacterias que generan una relación simbiótica, donde ambas partes se benefician, con algunos tipos de plantas, esencialmente con sus raíces. Científicos aplicados a la ingeniería genética y a la biotecnología han estudiado cómo mejorar esta relación, ya sea modificando la bacteria, la planta o ambas. Estas bacterias tienen la capacidad de fijar el N2 atmosférico, es decir, transformarlo en un compuesto asimilable. Lo interesante es que son capaces de asociarse con las raíces de algunas plantas formando los llamados nódulos, una especie de verruga donde se almacenan muchas de estas bacterias. Así, la planta tiene una pequeña fábrica de compuestos nitrogenados a cambio de ceder algunos azúcares y protección al microorganismo.

Se han obtenido avances intentando fortalecer esta relación y buscar ampliarla a más especies de plantas, lo que permitirá en el futuro reducir considerablemente la necesidad del uso de fertilizantes químicos que tan mal tratan al planeta. En un futuro los granjeros estarán buscándole departamento a las bacterias en sus propios jardines, ¿Qué tan loco suena eso?

Otro origen poco conocido de compuestos nitrogenados naturales son, como estarás imaginando, los rayos. Cerca del 80% de la atmósfera terrestre y por lo tanto, del aire que nos rodea es nitrógeno molecular, N2. El elemento como molécula diatómica gaseosa es muy estable y relativamente inerte, es decir, no suele reaccionar con otros compuestos. La principal función de los rayos, aprovechando su masiva energía (entre 1.000 y 10.000 millones de julios de energía, con una corriente de hasta 200.000 amperios y 100 millones de voltios) es oxidar el nitrógeno, provocando la fijación de nitrógeno en los suelos, lo cual fertiliza.

El problema al querer imitar este proceso recae en el uso de electricidad para convertir nitrógeno directamente en amoníaco, requiere un consumo enorme porque el nitrógeno es tan estable que es muy difícil disolverlo en agua.

Por suerte unos científicos australianos lograron juntar ideas y crear un reactor de columna de burbujas de plasma que primero convierte el nitrógeno atmosférico en NOx como un rayo, y luego electroliza el agua para producir hidrógeno que desplaza el oxígeno.


Lo increíble de esta tecnología es que además de no requerir combustibles fósiles, puede operar en una variedad de escalas. Podría usarse para producir amoníaco directamente en el sitio y bajo demanda, lo que significa que no hay necesidad de almacenamiento y transporte. Esto último no es poca cosa, seguro todos recordamos lo sucedido en Beirut hace menos de un año donde explotó un depósito de nitrato de amonio y arrasó con gran parte del puerto.

El equipo está trabajando para hacer un diseño que pueda ejecutarse en la granja usando nada más que aire, agua y algunos paneles solares.

Es necesario que se avance hacia un futuro más verde en este tipo de situaciones, abandonar las viejas, peligrosas y contaminantes prácticas para así devolverle algo de naturaleza a este planeta que es el único que tenemos. Es crucial entender cómo la madre naturaleza lleva a cabo estos procesos de forma cotidiana y volver a esas raíces aplicando la tecnología que tenemos hoy en día, no es necesario regresar a las cavernas para vivir de forma ecológica con el medio ambiente. Aquí hay un gran ejemplo.

Una forma de apoyar estos movimientos es informándonos y ser conscientes del origen de los productos que compramos y consumimos. Tratar de optar por frutas y verduras cultivadas de forma orgánica, libre de agroquímicos, fomentar el uso de fertilizantes orgánicos e incluso meterse en el mundo del compostaje, una de las prácticas del momento que no sólo ayuda a cuidar al planeta sino que nos da una perspectiva nueva sobre la verdadera definición de desecho, reduciendo drásticamente la cantidad de basura producida. Y ustedes, ¿qué prácticas realizan? ¿A cuáles problemas creen que en el futuro la ciencia debería enfocarse?.




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Marco Sottile

Autor

Marco Sottile

Licenciado en Biotecnología y Biología Molecular