La fijación de nitrógeno, fundamental para los fertilizantes y para sustentar la mitad de la producción alimentaria mundial, es un proceso intensivo en energía y en carbono.
Nuevos enfoques prometen hacer la fijación de nitrógeno más sostenible o encontrar soluciones verdes alternativas que mejoren la salud de los cultivos y los rendimientos.
El Foro Económico Mundial ha reconocido los esfuerzos por «ecologizar» la fijación de nitrógeno como una de sus Top 10 tecnologías emergentes de 2025.
El nitrógeno es un componente fundamental de la vida. Es esencial para las proteínas, los ácidos nucleicos y la clorofila que sustentan los organismos vivos. Se estima que los fertilizantes nitrogenados sustentan aproximadamente a la mitad de la población mundial, al mejorar el crecimiento de las plantas y los rendimientos de los cultivos para alimentar a una población mundial en constante crecimiento.
Sin embargo, el método actual de extracción y conversión industrial del nitrógeno – la «fijación de nitrógeno» – es intensivo en energía y en carbono, lo que impulsa a nivel mundial la búsqueda de alternativas más ecológicas.
El Foro Económico Mundial acaba de incluir la fijación ecológica de nitrógeno entre sus Top 10 tecnologías emergentes de 2025.
¿Qué es la fijación de nitrógeno y cómo se produce?
Aunque el nitrógeno constituye el 78 % de la atmósfera terrestre, el nitrógeno atmosférico (N2) es inerte –no reactivo– y, por tanto, no puede ser utilizado por las plantas. Debe ser «fijado» convirtiéndolo en amoníaco antes de que las plantas puedan absorberlo, un mercado que se prevé que crezca a un ritmo de casi el 80 % y alcance más de 44 000 millones de dólares en 2032.
En la naturaleza, esto ocurre mediante la simbiosis natural entre las plantas y las bacterias fijadoras de nitrógeno. Para potenciar los esfuerzos de la naturaleza y aumentar el crecimiento y los rendimientos de las plantas, el nitrógeno debe fijarse químicamente a gran escala.
La gran mayoría del amoníaco para la industria de fertilizantes se produce mediante el proceso Haber-Bosch, desarrollado hace más de un siglo. Este método combina el nitrógeno atmosférico con hidrógeno a altas temperaturas (alrededor de 500 °C) y presiones (superiores a 100 bar) en una reacción catalítica.
¿Por qué los métodos actuales de fijación de nitrógeno son perjudiciales para el medio ambiente?
Si bien ha contribuido a alimentar al mundo, el proceso Haber-Bosch es una de las operaciones industriales más intensivas en energía, ya que consume entre el 1 % y el 2 % de la energía mundial. La mayor parte de esta energía se necesita para producir hidrógeno a partir de gas natural, un combustible fósil.
Esto se traduce en emisiones significativas de gases de efecto invernadero: la síntesis de amoníaco es responsable del 1,5 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono y también genera óxido nitroso (N20), un potente gas de efecto invernadero que se libera cuando se aplican los fertilizantes en los campos. El N2O tiene un potencial de calentamiento global unas 300 veces superior al del CO2.
Sin embargo, para seguir alimentando a una población mundial que se dirige hacia los 10 000 millones en 2050, la necesidad de nitrógeno fijado no hará más que aumentar.
Están surgiendo nuevas tecnologías que prometen hacer la fijación de nitrógeno más sostenible y con menos emisiones de gases de efecto invernadero.
¿Cómo puede la fijación de nitrógeno volverse más sostenible?
Algunos esfuerzos por «ecologizar» la síntesis de amoníaco vuelven a lo esencial y estudian cómo la naturaleza fija el nitrógeno mediante bacterias. Al diseñar bacterias que puedan fijar el nitrógeno de forma más eficaz, los cultivos pueden asociarse con sus propios socios fijadores de nitrógeno. Esto podría eliminar en última instancia la necesidad de fertilizantes sintéticos y de las emisiones asociadas.
Un candidato aparentemente improbable en este contexto es la lenteja de agua, que crece en estanques y pantanos. Es rica en proteínas y su masa puede duplicarse cada dos días. La start-up Fyto cultiva lenteja de agua en charcas poco profundas de aguas residuales ricas en nitrógeno procedentes de explotaciones lecheras. Una vez cosechada, la lenteja de agua puede utilizarse directamente como alimento para ganado o convertirse en fertilizante sostenible.
¿Qué hace el Foro Económico Mundial frente a la Cuarta Revolución Industrial?
El Centro para Tecnologías de Frontera e Innovación reúne a científicos, responsables políticos y líderes empresariales para comprender las tecnologías emergentes y sus implicaciones en el mundo real.
Al facilitar la colaboración y la experimentación, el Centro ayuda a los socios a trasladar la innovación de la investigación a aplicaciones prácticas que abordan desafíos globales compartidos.
Otros esfuerzos se centran en la reducción electroquímica del nitrógeno mediante electrocatálisis con litio, y en actualizar el proceso Haber-Bosch para que funcione con materias primas renovables.
La descarbonización de la producción de amoníaco también se vincula con un impulso mundial para descarbonizar la síntesis de hidrógeno, la parte del proceso más intensiva en energía y emisiones. El hidrógeno «verde», libre de carbono, puede obtenerse mediante la electrólisis del agua, utilizando energía renovable o nuclear para dividir el agua en lugar de gas natural. Para descarbonizar las instalaciones existentes basadas en combustibles fósiles, la tecnología de captura de carbono puede secuestrar el CO2 antes de que llegue a la atmósfera.
Sin embargo, pese al impulso de las políticas globales, ambos métodos representan actualmente una proporción mínima de la producción total.
¿Qué otras alternativas existen a la fijación de nitrógeno?
Más allá de la innovación tecnológica, las prácticas agrícolas mejoradas y sostenibles también pueden ayudar a reducir el impacto ambiental de la fijación de nitrógeno.
Las leguminosas, como los guisantes, las judías y las lentejas, presentan algunas de las tasas de fijación más altas. Alternar estos cultivos con otros que fijen menos nitrógeno puede ayudar a enriquecer los suelos y reducir la necesidad de fertilizantes.
La agricultura de precisión también puede contribuir significativamente a reducir el impacto ambiental de la fijación de nitrógeno. Los datos y la tecnología pueden ayudar a aplicar la cantidad adecuada de fertilizante en el momento oportuno. Las cantidades esparcidas pueden minimizarse, eliminando el desperdicio y limitando el daño ambiental, desde las emisiones de gases de efecto invernadero hasta la acidificación del suelo causada por niveles elevados de nitrógeno retenido.
¿Qué depara el futuro a la fijación de nitrógeno?
Ecologizar la fijación de nitrógeno se sitúa en la encrucijada de la seguridad alimentaria, la acción climática y el desarrollo sostenible.
A medida que el hidrógeno verde y el amoníaco están llamados a descarbonizar el transporte marítimo y la generación de energía a gran escala, el impulso generado aquí probablemente también impulsará la transición de la industria de fertilizantes. Una vez que estos y otros nuevos enfoques se implanten en el terreno, prometen atender la creciente demanda de alimentos de forma más eficiente y sostenible.
