Investigadores han demostrado cómo podría producirse fertilizante nitrogenado de forma más sostenible.
Una combinación de enfoques, incluida la electrificación de la producción de fertilizantes mediante electrólisis del agua, podría ayudar a descarbonizar el sector, afirman.
Descarbonizar la producción de fertilizantes reduciría en muchos casos la vulnerabilidad a las perturbaciones de precios y aumentaría la seguridad alimentaria.
India, Brasil, China, Francia, Turquía y Alemania son especialmente vulnerables a las perturbaciones de precios en los mercados del gas natural y del nitrógeno, afirman los investigadores.
Investigadores han demostrado cómo podría producirse fertilizante nitrogenado de forma más sostenible.
Esto es necesario no solo para proteger el clima, sino también para reducir la dependencia del gas natural importado y aumentar la seguridad alimentaria.
La agricultura intensiva solo es posible si se fertiliza el suelo con nitrógeno, fósforo y potasio. Mientras que el fósforo y el potasio pueden extraerse en forma de sales, el fertilizante nitrogenado debe producirse laboriosamente a partir del nitrógeno del aire y del hidrógeno. Además, producir hidrógeno requiere muchísima energía y actualmente exige grandes cantidades de gas natural o, como en China, carbón.
Además de tener una huella de carbono proporcionalmente grande, la producción de fertilizante nitrogenado es vulnerable a las perturbaciones de precios en los mercados de combustibles fósiles.
Paolo Gabrielli, científico sénior del Laboratorio de Ingeniería de Fiabilidad y Riesgos de ETH Zúrich, ha colaborado con Lorenzo Rosa, investigador principal de la Carnegie Institution for Science de la Universidad de Stanford, para estudiar diversos métodos de producción de fertilizante nitrogenado neutros en carbono.
En su estudio, los dos investigadores concluyen que es posible transformar la producción de nitrógeno y que esa transformación también podría aumentar la seguridad alimentaria. Sin embargo, los métodos de producción alternativos tienen ventajas e inconvenientes. En concreto, los investigadores examinaron tres alternativas:
Producir el hidrógeno necesario utilizando combustibles fósiles, como en el escenario habitual, pero capturando el gas de efecto invernadero CO2 en las plantas de producción y almacenándolo permanentemente bajo tierra, en lugar de emitirlo a la atmósfera (captura y almacenamiento de carbono, CSS). Esto requiere no solo infraestructura para capturar, transportar y almacenar el CO2, sino también más energía. A pesar de ello, es un método de producción comparativamente eficiente. Sin embargo, no contribuye en absoluto a reducir la dependencia de los combustibles fósiles.
Electrificar la producción de fertilizantes mediante electrólisis del agua para producir el hidrógeno. Esto requiere, en promedio, 25 veces más energía que el método actual de producción con gas natural, por lo que harían falta enormes cantidades de electricidad procedente de fuentes neutras en carbono. Para los países con abundante energía solar o eólica, podría ser una opción atractiva. Sin embargo, teniendo en cuenta los planes para electrificar otros sectores de la economía como parte de la acción climática, podría generar competencia por la electricidad sostenible.
Sintetizar a partir de biomasa el hidrógeno destinado a la producción de fertilizantes. Como requiere mucha tierra cultivable y agua, irónicamente este método de producción compite con la producción de alimentos. Pero los autores del estudio señalan que tiene sentido si la materia prima es biomasa residual, por ejemplo, residuos de cultivos.
Los investigadores afirman que la clave del éxito probablemente sea combinar todos estos enfoques según el país, las condiciones locales específicas y los recursos disponibles.
En cualquier caso, es imperativo que la agricultura haga un uso más eficiente de los fertilizantes nitrogenados, como destaca Rosa: «Abordar problemas como la fertilización excesiva y el desperdicio de alimentos también es una forma de reducir la necesidad de fertilizantes».
En el estudio, los investigadores también buscaron identificar los países del mundo cuya seguridad alimentaria corre actualmente un riesgo especial debido a su dependencia de las importaciones de nitrógeno o gas natural. Los siguientes países son especialmente vulnerables a las perturbaciones de precios en los mercados del gas natural y del nitrógeno: India, Brasil, China, Francia, Turquía y Alemania.
Descarbonizar la producción de fertilizantes reduciría en muchos casos esta vulnerabilidad y aumentaría la seguridad alimentaria. Como mínimo, la electrificación mediante energías renovables o el uso de biomasa reducirían la dependencia de las importaciones de gas natural. Sin embargo, los investigadores ponen este punto en perspectiva: todos los métodos neutros en carbono para producir fertilizante nitrogenado consumen más energía que el método actual basado en combustibles fósiles. En otras palabras, siguen siendo vulnerables a ciertas perturbaciones de precios: no directamente en los mercados del gas natural, pero quizá sí en los de la electricidad.
La descarbonización probablemente cambiará la lista de países que producen fertilizante nitrogenado, señalan los científicos en su estudio. Actualmente, los mayores exportadores de nitrógeno son Rusia, China, Egipto, Catar y Arabia Saudí. A excepción de China, que tiene que importar gas natural, todos estos países pueden recurrir a sus propias reservas de gas natural. En el futuro, probablemente se beneficiarán de la descarbonización los países que generan mucha energía solar y eólica y también cuentan con reservas suficientes de tierra y agua, como Canadá y Estados Unidos.
«No podemos eludir el hecho de que debemos hacer más sostenible en el futuro la demanda agrícola de nitrógeno, tanto para cumplir los objetivos climáticos como por razones de seguridad alimentaria», afirma Gabrielli.
La guerra en Ucrania está afectando al mercado alimentario mundial no solo porque el país suele exportar mucho grano, sino también porque el conflicto ha encarecido el gas natural. Esto, a su vez, ha provocado un aumento de los precios de los fertilizantes nitrogenados. Aun así, se sabe que algunos productores de fertilizantes han interrumpido la producción, al menos temporalmente, porque el coste exorbitante del gas hace que producir no sea rentable para ellos.
