Las vacas se llevan buena parte de la culpa por el problema de las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a la alimentación, pero los alimentos de origen vegetal también tienen una huella de gases de efecto invernadero de la que nadie habla. Aunque la contribución del ganado es importante, los “aspectos ocultos”, como la producción de fertilizantes, también contribuyen a los 13 700 millones de toneladas métricas equivalentes de CO2 generadas por nuestro sistema alimentario.
Los fertilizantes, los suplementos para las plantas (nitrógeno, fósforo, potasio, etc.) y las prácticas de gestión del suelo también realizan contribuciones ocultas. Aunque el nitrógeno, el fósforo y el potasio son cruciales para la agricultura, sus fuentes, su producción y sus cadenas de suministro contribuyen a las emisiones de gases de efecto invernadero.
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El amoníaco genera una gran cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero
Ante el crecimiento constante de la población mundial, no es de extrañar que un informe de 2019 de la FAO prediga que la demanda de nitrógeno para el uso en fertilizantes seguirá aumentando. Los métodos tradicionales de producción de amoníaco (como el proceso de Haber-Bosch) incrementan la disponibilidad de fertilizantes a base de amoníaco, pero también generan una cantidad considerable de dióxido de carbono. Sin embargo, muchos de los métodos utilizados para satisfacer esa demanda se centran actualmente en las prácticas tradicionales de producción de amoníaco, lo que seguirá aumentando la generación de gases de efecto invernadero.
Hacia una producción más sostenible del amoníaco
Se están realizando numerosas investigaciones para desarrollar métodos de producción de amoníaco más sostenibles. Se puede lograr generando el hidrógeno empleado como materia prima mediante un proceso electroquímico con energía sostenible. No obstante, la química ofrece también conceptos más avanzados, por ejemplo, mediante la reducción fotoquímica o electroquímica del nitrógeno. La figura 1 muestra la reducción electroquímica directa del nitrógeno. El análisis de Hochman et al. descubrió que el método electrocatalítico directo era menos costoso que la alternativa con electrolisis de agua y Haber-Bosch.
Incentivos para la producción sostenible de amoníaco
Desde el punto de vista económico, la Comisión Europea está planificando aranceles sobre las emisiones de dióxido de carbono para la importación de mercancías. El plan arancelario es la solución de la UE para impedir que los importadores tengan ventajas con respecto a los productores de la UE, sujetos a unas políticas estrictas para combatir el cambio climático. Estas leyes entrarán en vigor de manera escalonada a lo largo de tres años, entre enero de 2023 y el final de 2026.
La inestabilidad del precio del gas natural y la actual situación geopolítica son factores de peso que pueden empujar a Europa a innovar para encontrar alternativas a la producción de amoníaco basada en el gas natural. Esto, sumado a procesos de electrolisis a gran escala más asequibles para generar amoníaco, hará que el amoníaco verde sea pronto competitivo.
Dependencia del fósforo como recurso natural
En los últimos años, han sido frecuentes los artículos sobre “la crisis del fósforo”. La asequibilidad para los agricultores, la contaminación, el uso excesivo de fertilizantes y el control geopolítico de los recursos naturales del fósforo han contribuido a agravar el problema. Existen dudas también sobre la cantidad de roca de fosfato que se puede extraer y sobre cómo de “bueno” es hacerlo.
El resultado es un problema de disponibilidad de alimentos y calidad del agua que no hará sino aumentar con el crecimiento de la población. Los costes de hacer frente a la contaminación del agua por fosfatos son tan altos como los efectos tóxicos de las floraciones de algas resultantes.
Reciclaje del fósforo: una oportunidad para la economía circular
Las aguas residuales son una fuente importante de fósforo secundario: es necesario extraerlo, lo que abre la puerta a su recuperación. El reciclaje del fósforo de las aguas residuales, los biosólidos y las cenizas de los lodos resultantes de la depuración de aguas residuales comienza con métodos como la precipitación química y el uso de microorganismos para mejorar la extracción biológica del fósforo.
Desde 2001, ha habido un aumento general de la literatura científica publicada sobre métodos de tratamiento de aguas residuales asociados con la recuperación de nutrientes para fertilizantes (figura 1). Los procesos biológicos de tratamiento son los más populares en la literatura, seguidos de los métodos físicos y los químicos. La recuperación de nutrientes es solo un aspecto del complejo proceso global de reciclaje del fósforo.
La precipitación de estruvita es un método cada vez más popular para extraer el fosfato de las aguas residuales. Aunque mejora el rendimiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales, su potencial de recuperación de fósforo es bajo.
No obstante, extraer el fosfato de las aguas residuales es una de las caras del proceso, pero recuperarlo en un formato reutilizable es el siguiente reto, especialmente en relación con las diversas clases de fertilizantes existentes. Los métodos tradicionales de producción de fertilizantes tienen una capacidad limitada de convertir los materiales recuperados en productos de uso comercial.
Varios métodos para fabricar fertilizantes con el lodo procedente de la depuración de aguas residuales o con las cenizas de este ya están en una fase avanzada de desarrollo. Estos procesos comienzan a menudo con un residuo que contiene fosfato y que se somete a transformaciones químicas profundas para obtener materiales que se puedan introducir en la cadena de valor. Por ejemplo, las tecnologías de reciclaje del fósforo pueden consumir una cantidad considerable de energía (incluidos los pasos intensivos de secado o concentración), algo que es necesario controlar.
Más información
¿Qué dicen los expertos sobre la convergencia de las tendencias científicas y comerciales para mejorar la sostenibilidad de la producción de fertilizantes? Descubra la interesante visión del Dr. Willem Schipper, de Willem Schipper Consulting, y la Dra. Lisa Babcock-Jackson, de CAS, sobre la producción sostenible del amoníaco y el reciclaje de fosfatos.
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