Nitrato de amônio: mais segurança no presente para um futuro melhor

O nitrato de amônio (AN) é um composto químico amplamente utilizado e com diversas aplicações importantes. Como fertilizante, ele ajuda a alimentar bilhões. É também o principal componente em muitos tipos de explosivos de mineração, onde é misturado com óleo combustível e detonado por meio de uma carga explosiva. Com o aumento das atividades agrícolas globais, combinado com a crescente demanda por óleo combustível de nitrato de amônio (ANFO), o mercado de nitrato de amônio deve aumentar a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de pelo menos 4% nos próximos 5 anos. No entanto, a natureza potencialmente explosiva do nitrato de amônio (e o potencial para o seu uso indevido) exige que os fabricantes, vendedores e usuários desse composto atendam a avisos de segurança ou corram o risco de sofrer e provocar desastres.

Como podemos continuar a colher os benefícios deste composto versátil, mas minimizar os riscos associados ao seu uso? Neste artigo, discutiremos os principais aprendizados da catastrófica explosão de nitrato de amônio ocorrida em Beirute em 2020 para saber o que fazer para evitar que essas explosões se repitam.

Nitrato de amônio: um mercado em ascensão

O mercado de nitrato de amônio está em trajetória ascendente, com relatórios recentes estimando uma expansão de mercado de aproximadamente US$ 24 bilhões até 2026. Esse aumento no valor de mercado tem sido catalisado pelo crescimento populacional, criando uma demanda maior por alimentos e imóveis. Na verdade, o nitrato de amônio é um recurso valioso para ambas as indústrias.

O nitrato de amônio é um fertilizante popular, pois o nitrogênio é um componente-chave das duas partes do composto: NH₄ (amônia) e NO₃ (nitrato). As plantas não apenas podem acessar o nitrogênio diretamente da forma de nitrato do composto, mas a fração de amônio também pode ser gradualmente convertida em nitrato por micro-organismos do solo. Essas propriedades tornam o nitrato de amônio uma escolha popular para os produtores de hortaliças, que preferem uma fonte de nitrato prontamente disponível para a nutrição das plantas. Os criadores de animais usam nitrato de amônio para fertilização de pastagens e feno, preferindo esta opção a fertilizantes à base de ureia, que podem volatizar do solo antes de serem usados pelas plantas. Ele também é altamente solúvel, sendo adequado para uso em sistemas de irrigação.

Outro uso predominante do nitrato de amônio é como componente de misturas explosivas usadas na mineração, pedreiras e construção civil. Como componente do ANFO, ele responde por 80% dos explosivos usados na América do Norte. Infelizmente, como os componentes do ANFO são relativamente fáceis de obter, o potencial de uso indevido em dispositivos explosivos improvisados é enorme. Isso destaca a importância do controle adequado dessa forma de nitrato de amônio para reduzir seus perigos em potencial.

As consequências do desastre de Beirute

Em 4 de agosto de 2020, a capital do Líbano, Beirute, foi abalada por uma explosão catastrófica que matou pelo menos 218 pessoas e deixou mais de 6 mil feridos. A principal causa da explosão foram aproximadamente 2.750 toneladas de nitrato de amônio armazenadas em um depósito no Porto de Beirute. Essa grande quantidade de nitrato de amônio foi obtida de um navio abandonado apreendido em 2014. O fertilizante armazenado foi incinerada pelas faíscas de um incêndio em um armazém adjacente, criando uma explosão que causou enormes danos à propriedade e deixou cerca de 300 mil pessoas desabrigadas. Dois anos depois, a explosão continua a impactar Beirute, com colapsos posteriores de silos de grãos adjacentes em julho e agosto de 2022.

Além do custo humano da explosão, o impacto econômico foi estimado em mais de US$ 6,7 bilhões de dólares. A explosão eliminou 90% das reservas de grãos do Líbano, aumentando a já precária situação de segurança alimentar em um país que enfrenta graves desafios econômicos. O meio ambiente também foi afetado pela explosão, embora faltem dados sobre isso. Quando o nitrato de amônio explodiu, gases nocivos, incluindo óxidos de nitrogênio, amônia e monóxido de carbono, foram liberados no meio ambiente, causando poluição química e mais danos à população local. Essa poluição ambiental também afeta os ecossistemas; anfíbios e a vida aquática sofrem o impacto do envenenamento por nitrato à medida que os produtos da decomposição são transferidos para o oceano.

Especialistas analisaram a explosão de Beirute e a compararam com outros desastres semelhantes causados pelo nitrato de amônio. Assim como em várias outras explosões devastadoras, a causa raiz da explosão foi considerada um incêndio descontrolado. O armazenamento de uma quantidade tão grande de nitrato de amônio em um local amplificou o impacto da explosão, e a natureza urbana do local de armazenamento aumentou o número de ferimentos resultantes. Devido a essas análises, foram feitas recomendações, incluindo a criação de uma Agência Reguladora de Produtos Químicos para assumir o controle da segurança química no Líbano em nível nacional e a melhoria do planejamento para respostas de emergência a eventos futuros.

A natureza explosiva do nitrato de amônio

A maioria das explosões de nitrato de amônio ocorre durante o transporte ou armazenamento (Figura 1). No entanto, para entender completamente os fatores de risco para uma explosão, é importante avaliar a química e os processos de fabricação do nitrato de amônio.

O nitrato de amônio é produzido pela reação da amônia com o ácido nítrico em água, seguida de uma evaporação cuidadosa da água para produzir um elemento sólido:

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

Em geral, a amônia é derivada do nitrogênio atmosférico e o ácido nítrico é preparado a partir da combustão da amônia. Normalmente, esses dois produtos não seriam mantidos próximos um do outro. A fabricação ocorre em uma solução aquosa porque a reação produz uma quantidade significativa de calor. O processo de evaporação subsequente já foi a fonte de várias explosões. Outras fontes de explosões relacionadas ao processo de fabricação contém impurezas, que podem prejudicar a estabilidade do nitrato de amônio. Sem um controle de temperatura adequado, também é possível que o nitrato de amônio absorva água ou altere as formas cristalinas, levando a aglomerados que o tornam impróprio para uso.

Apesar de décadas de estudo sobre as reações do nitrato de amônio, seus mecanismos exatos de decomposição e explosão ainda não são totalmente compreendidos. Em parte, este enigma se deve à complexidade química da reação, mas também às condições ambientais variáveis e potenciais contaminantes. A seguinte reação foi considerada como a principal reação de detonação:

2NH₄NO₃ → 2N₂ + O₂ + 4H₂O

Uma das razões pelas quais o nitrato de amônio é tão explosivo é que ele contém na mesma molécula um combustível, na forma do íon amônio, e um forte agente produtor de oxigênio, o nitrato. À medida que a decomposição ocorre, calor é produzido iniciando a detonação e, porque uma fonte de oxigênio já está presente, a combustão acelera rapidamente. O resultado é a produção de óxido nitroso, oxigênio, água e grandes quantidades de calor e energia cinética. Esses produtos causam uma expansão de volume mil vezes maior que o volume inicial de nitrato de amônio, levando a danos catastróficos à área circundante.

Vários processos, aditivos e alternativas ao nitrato de amônio foram testados na tentativa de minimizar os perigos de explosões acidentais, bem como seu uso indevido em geral (Tabela 1). Apesar disso, nenhuma solução ideal foi encontrada, e mais trabalho é necessário para desenvolver uma alternativa segura e acessível. O Relatório de insights produzido pelo CAS explora as lições aprendidas com as explosões de nitrato de amônio e enfatiza que "não basta produzir fertilizantes que não explodam acidentalmente; também é importante garantir que eles não possam explodir com facilidade".

Tabela 1. Lista de fertilizantes nitrogenados alternativos

Fertilizantes nitrogenados alternativos também têm sido considerados (Tabela 1).No entanto, a alternativa com maior teor de nitrogênio é um gás à temperatura ambiente cuja toxicidade impede seu uso. A mistura de fertilizantes com alto teor de nitrogênio com outros macronutrientes pode produzir um fertilizante eficaz, reduzindo o risco de explosão.

Manuseio cuidadoso do nitrato de amônio

Muitos regulamentos e requisitos rigorosos para o manuseio e armazenamento seguro de nitrato de amônio já existem em vários países. Nos EUA, os principais regulamentos foram emitidos em 2001 pela Occupational Health and Safety Administration (OSHA), e orientações adicionais podem ser encontradas em um documento consultivo emitido em 2015 pela OSHA em colaboração com a Environmental Protection Agency (EPA) e o Bureau of Alcohol, Tobacco, Firearms, and Explosives (ATF). Esse aviso foi emitido como parte de uma iniciativa governamental em andamento para melhorar a segurança e o gerenciamento de risco do nitrato de amônio, bem como ajudar a proteger o meio ambiente.

O Relatório de insights do CAS sobre a segurança do nitrato de amônio destaca que seu armazenamento seguro requer a consideração cuidadosa de diversas variáveis (Figura 2). Os regulamentos da OSHA estipulam que é necessária ventilação adequada nas áreas de armazenamento, o que é fundamental para evitar o acúmulo, bem como a aglomeração, de gases tóxicos e gases quentes. Outros fatores importantes de segurança contabilizados na legislação incluem o uso de materiais não combustíveis em áreas de armazenamento, mantendo temperaturas abaixo de 54 °C, limitando a quantidade de nitrato de amônio armazenado em um local e garantindo medidas adequadas de combate a incêndios.

A legislação e as diretrizes são vitais para o controle de uma substância perigosa como o nitrato de amônio sólido, mas só podem melhorar a segurança se forem seguidas. Melhorar a conscientização sobre os perigos do nitrato de amônio e a importância de seguir as diretrizes existentes ajudaria a prevenir ou, pelo menos, limitar muitos eventos catastróficos no futuro.

O nitrato de amônio é uma substância altamente útil e economicamente importante, utilizada na agricultura e em outras indústrias em todo o mundo. No entanto, os perigos de fabricá-lo e armazená-lo foram destacados por várias explosões devastadoras no último século. Para melhorar a segurança dessa situação perigosa, é fundamental que o público esteja ciente dos perigos do nitrato de amônio e que as medidas de segurança sejam seguidas enquanto alternativas adequadas são procuradas.

Se quiser saber mais, baixe o nosso Relatório de insights:“Explosões de nitrato de amônia: lições aprendidas.”