El uso mundial de fertilizantes nitrogenados para la producción de alimentos podría poner en peligro los esfuerzos por mantener el calentamiento global por debajo de 2 °C.
Pero un nuevo estudio afirma que las emisiones de los fertilizantes podrían reducirse un 84 % para 2050, sin necesidad de nuevas tecnologías.
Los expertos afirman que se requiere una combinación de enfoques para lograr una mayor eficiencia.
Un nuevo estudio concluye que las emisiones de los fertilizantes podrían reducirse a aproximadamente una quinta parte de los niveles actuales para 2050 sin necesidad de desarrollar nuevas tecnologías.
La investigación, publicada en Nature Food, analiza la producción, el comercio y el uso de fertilizantes nitrogenados en todo el mundo para cuantificar sus emisiones totales de gases de efecto invernadero.
El estudio concluye que, por sí sola, una mayor eficiencia en el uso del nitrógeno en los cultivos podría reducir a la mitad la demanda de fertilizantes sintéticos, lo que disminuiría sus emisiones totales. Otras medidas propuestas incluyen el uso de energía renovable y nuclear para alimentar la producción de fertilizantes.
Al combinar todas las medidas disponibles, los investigadores señalan que las emisiones de los fertilizantes nitrogenados podrían reducirse hasta un 84 % para 2050, una cifra superior a las estimaciones anteriores.
Sin embargo, un coautor de la investigación declaró a Carbon Brief que sería «muy difícil» alcanzar esta cifra, «tanto desde el punto de vista económico como en términos de aplicación práctica».
Procesos con altas emisiones
El científico ambiental el profesor Vaclav Smil calificó los fertilizantes nitrogenados de «el invento más importante del siglo XX» en un ensayo publicado en Nature en 1999.
En términos generales, se dividen en dos categorías: orgánicos e inorgánicos. (A estos últimos también se les llama a veces fertilizantes químicos, minerales o sintéticos).
Los fertilizantes orgánicos se elaboran principalmente a partir de residuos de cultivos o desechos y restos animales, como estiércol o compost. Los fertilizantes inorgánicos, o sintéticos, se elaboran con materiales producidos mediante procesos químicos. Ambos tipos de fertilizantes se utilizan para estimular el crecimiento de las plantas y aumentar el rendimiento de los cultivos.
Su uso generalizado ha aumentado la producción mundial de alimentos, pero estos fertilizantes también han provocado numerosos efectos negativos en el medio ambiente, entre ellos la proliferación de algas nocivas en cursos de agua cercanos, la acidificación del suelo y las emisiones de gases de efecto invernadero.
Cuando se aplican fertilizantes nitrogenados en un campo, parte del elemento se pierde en el medio ambiente: se filtra al suelo, llega a aguas cercanas por escorrentía o se libera a la atmósfera en forma de vapor.
Los microbios del suelo descomponen los fertilizantes nitrogenados y producen óxido nitroso (N2O), un gas de efecto invernadero casi 300 veces más potente que el CO2. Además, la producción de fertilizantes consume mucha energía y, por sí sola, es responsable de casi el 1,5 % de las emisiones mundiales totales de CO2.
Un estudio de 2020 concluyó que el uso mundial de fertilizantes nitrogenados para la producción de alimentos podría poner en peligro los esfuerzos por mantener el calentamiento global por debajo de 2 °C.
La nueva investigación estima que la producción y el uso de fertilizantes nitrogenados para el cultivo de alimentos representan alrededor del 5 % de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.
El estudio analiza los flujos mundiales de fertilizantes sintéticos y orgánicos, y sus emisiones en 2019. Concluye que dos tercios de las emisiones se deben al uso de fertilizantes nitrogenados, mientras que solo un tercio corresponde a la etapa de producción.
Para rastrear los flujos de masa de los fertilizantes nitrogenados, los investigadores utilizaron datos sobre su producción y consumo en nueve regiones distintas del mundo, teniendo en cuenta la intensidad de emisiones de la producción de fertilizantes en cada región.
Estiman que la producción y el uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos y estiércol generaron en 2019 emisiones equivalentes a 2,6 mil millones de toneladas de CO2 (CO2e).
Los investigadores concluyen que el estiércol aplicado al suelo genera, en promedio, casi el doble de emisiones que los fertilizantes sintéticos. Por ello, escriben que el estiércol «actualmente no es un sustituto adecuado de los fertilizantes sintéticos» para mitigar los gases de efecto invernadero.
Lograr eficiencia
El estudio examina los posibles efectos de distintas medidas sobre las emisiones, como utilizar electricidad de origen renovable para la producción, reducir la demanda total de fertilizantes y mejorar su eficiencia.
El gráfico siguiente muestra distintos escenarios de emisiones futuras que podrían lograrse mediante medidas como mejorar la eficiencia del nitrógeno y cambiar los métodos de producción de amoníaco.
Según los investigadores, mejorar la eficiencia es «la estrategia individual más eficaz para reducir las emisiones».
Actualmente, la eficiencia mundial del uso del nitrógeno en los cultivos es del 42 %, lo que significa que las plantas absorben solo el 42 % del nitrógeno aplicado al suelo. Según un estudio de 2015 y al aumentar esta eficiencia al 67 %, aproximadamente el nivel alcanzado en Estados Unidos y Canadá, la nueva investigación concluye que la demanda total de fertilizantes podría reducirse un 48 % para 2050.
Se requiere una combinación de enfoques para lograr una mayor eficiencia, entre ellos el riego adecuado, el desarrollo de cultivos que aprovechen mejor el nitrógeno y la aplicación de los fertilizantes apropiados en la dosis, el momento y el lugar correctos.
El estudio añade que, actualmente, en gran parte del mundo la cantidad de nitrógeno que se utiliza en los cultivos, tanto de fuentes artificiales como naturales, «supera con creces las necesidades de nitrógeno de los cultivos».
El mapa siguiente, publicado inicialmente en un artículo de 2022 de Carbon Brief sobre fertilizantes y cambio climático, identifica la cantidad de nitrógeno excedente por hectárea de tierras de cultivo en todo el mundo.
El estudio concluye que, para reducir las emisiones de los fertilizantes, también es necesario descarbonizar tanto su producción como su uso. Un sistema más electrificado y alimentado por energías renovables puede tener un impacto considerable en las emisiones de producción.
Se necesitan nitrógeno e hidrógeno para producir el compuesto amoníaco, que constituye la base de los fertilizantes nitrogenados. Actualmente, el hidrógeno se produce utilizando gas fósil, pero las emisiones de este proceso podrían reducirse si se obtuviera, en cambio, a partir de agua y electricidad (un proceso llamado electrólisis) alimentadas por energías renovables o energía nuclear.
En cuanto al uso de fertilizantes, la investigación examina tres posibles vías para combatir las emisiones: reducir la demanda, reducir directamente las emisiones de óxido nitroso y cambiar la combinación de tipos de fertilizantes.
El coautor del estudio, el Dr. André Cabrera Serrenho, profesor adjunto de la Universidad de Cambridge, afirma que la reducción del 84 % puede lograrse en parte cambiando las formas de nitrógeno utilizadas en los fertilizantes. Declaró a Carbon Brief:
«Así que, si en lugar de usar urea, usamos nitrato de amonio, podemos aumentar un poco más la reducción potencial, del 80 % al 84 %.
«Pero cambiar por sí solo la combinación de fertilizantes solo permite reducir las emisiones después de hacer todo lo demás. En las condiciones actuales, si hacemos esa sustitución, terminamos emitiendo más a la atmósfera que de otro modo».
El estudio señala que sustituir el tipo de nitrógeno en los fertilizantes no reduce las emisiones por sí solo; de hecho, las aumenta un 3 %. La reducción solo se observa cuando los sustitutos se utilizan junto con otras medidas.
El nitrato de amonio y la urea son fuentes de nitrógeno, pero las emisiones derivadas del uso de nitrato de amonio pueden ser considerablemente menores que las del uso de urea, según un estudio de 2021.
Una mayor eficiencia en el uso del nitrógeno ayudaría a reducir la demanda de fertilizantes nitrogenados; esta menor demanda reduciría a su vez las emisiones de forma significativa.
El estudio también señala que el uso de «inhibidores de la nitrificación» puede reducir las emisiones totales.
Los inhibidores de la nitrificación (PDF) son sustancias químicas que se añaden a los fertilizantes para limitar la pérdida de nitrógeno cuando se aplican a las tierras de cultivo. La pérdida de nitrógeno puede provocar la acidificación del suelo; para combatirla, suele utilizarse piedra caliza. Por tanto, reducir la pérdida de nitrógeno también reduce la cantidad de piedra caliza necesaria para corregir la acidificación, con lo que disminuyen las emisiones totales. (Cuando la cal reacciona con la acidez del suelo, produce CO2).
El gráfico siguiente muestra el escenario de emisiones de fertilizantes sintéticos sin cambios en las políticas hasta 2050 (izquierda) y los efectos sobre las emisiones de las distintas medidas analizadas en el estudio (derecha).
Optimismo sobre la mitigación
Serrenho afirma que las fuentes de energía más limpias son un factor «sumamente importante» para descarbonizar los fertilizantes, y añade:
«Sabemos que una de las medidas que debemos aplicar para descarbonizar la sociedad consiste en electrificar todos nuestros usos de energía y producir electricidad a partir de fuentes renovables o energía nuclear.
«En el caso de la producción de amoníaco y fertilizantes, si vamos a producir mediante electrólisis el hidrógeno que utilizamos para el amoníaco, necesitaremos una cantidad considerable de electricidad. Esa electricidad debe proceder de fuentes renovables o de energía nuclear; de lo contrario, seguirán generándose cantidades sustanciales de emisiones asociadas a la producción de amoníaco».
Los investigadores escriben que muchas de estas medidas para reducir las emisiones pueden aplicarse al mismo tiempo, «aumentando así el potencial total de mitigación».
El profesor Mark Sutton, físico ambiental del Centro de Ecología e Hidrología del Reino Unido, recibió con agrado el «optimismo» de las vías de mitigación y añadió que la investigación llega en un momento oportuno, tras fijarse un objetivo mundial para reducir la pérdida de nutrientes.
El objetivo, acordado en el marco de un marco más amplio (PDF) en la cumbre sobre biodiversidad COP15 celebrada en Montreal, busca reducir a la mitad la pérdida de nutrientes en el medio ambiente para 2030. Sutton declaró a Carbon Brief:
«Creo que lo realmente novedoso [del estudio] es este alto nivel de confianza al decir “podemos hacerlo”; por eso supone un desafío para la comunidad, para quienes dicen que no podemos llegar tan lejos.
«No había visto el conjunto completo de emisiones de todas las fuentes reunidas que mostrara ese nivel de ambición».
Algunas combinaciones de medidas permiten alcanzar tasas de reducción muy altas a mediados de siglo. Uno de los escenarios estudiados por los investigadores sugiere que las emisiones totales en 2050 podrían reducirse hasta un 78 % si se combina la electrólisis del agua para producir amoníaco con una menor demanda de producción de fertilizantes y el uso de inhibidores de la nitrificación.
El estudio añade que todas las medidas examinadas tienen «un alto nivel de madurez tecnológica», lo que significa que podrían implementarse a gran escala en un futuro próximo.
Sin embargo, el estudio señala que las opciones de mitigación quizá no sean fáciles de implementar en todas partes. Por ejemplo, las instalaciones de producción más nuevas podrían utilizar la electrólisis del agua y el calentamiento eléctrico para sintetizar amoníaco. En instalaciones más antiguas, podría ser más fácil añadir captura y almacenamiento de carbono (CCS) a los equipos existentes.
Las diferencias geográficas en la disponibilidad de formaciones adecuadas para el almacenamiento de carbono o de energía eólica también pueden influir en la adaptación local de las medidas. En los escenarios de calentamiento eléctrico del estudio, se supone que la energía eólica proporciona calor para la producción, pero la viabilidad de este enfoque varía en el mundo.
Sutton afirma que esta investigación debería «contribuir al debate sobre las medidas» necesarias para reducir las emisiones de los fertilizantes y mejorar la eficiencia general, y añade:
«El siguiente paso es cómo llegar allí. Cómo lograr que las empresas actúen y mostrarles que tienen una oportunidad si lideran el cambio, en lugar de quedarse rezagadas».
