El precio de la abundancia: las emisiones de gases de efecto invernadero de los fertilizantes se suman

Jun 08, 2023

Un complejo de torres industriales se eleva desde el paisaje plano al borde de una carretera aquí, sus pilas y tuberías serpentean entre sí. Los trabajadores con chalecos amarillo neón y cascos protectores recorren el laberinto en camionetas mientras un zumbido industrial cubre el área. Nubes fabricadas flotan sobre el cercano río Mississippi, donde barcazas y barcos transportan mercancías río arriba y río abajo.

Este es el complejo Donaldsonville de CF Industries, la instalación de producción de amoníaco más grande del mundo. La planta de fertilizantes nitrogenados de 1,400 acres es parte de una industria global en expansión que es responsable de una parte significativa de las emisiones de gases de efecto invernadero en todo el mundo. Según un estudio de 2022 en Scientific Reports, la cadena de suministro de fertilizantes nitrogenados sintéticos es responsable del 2,1% de las emisiones globales de gases que atrapan el calor, más que las emisiones de toda la aviación.

La planta de Donaldsonville por sí sola es la mayor fuente de emisiones industriales de gases de efecto invernadero en Luisiana. Pero la huella de emisiones de los fertilizantes nitrogenados no se detiene en la fábrica; Los gases que calientan el planeta surgen a lo largo del ciclo de vida del fertilizante.

Según el estudio, solo alrededor del 41 % de las emisiones provienen del proceso de elaboración y envío de fertilizantes desde instalaciones industriales como esta. La mayoría proviene de las emisiones generadas por los campos agrícolas después de esparcir el fertilizante.

La raíz del problema: algunos agricultores están aplicando más fertilizante del necesario para el crecimiento óptimo de las plantas. "Las plantas no están tomando el nitrógeno adicional", dijo Alicia Ledo, científica independiente y coautora del estudio de Scientific Reports. "Simplemente está subiendo a la atmósfera, lo cual es un desperdicio".

El viaje del fertilizante nitrogenado, y su liberación de potentes gases que atrapan el calor, es extenso y afecta el clima a lo largo del camino.

El descubrimiento de un proceso para fabricar fertilizantes sintéticos a principios del siglo XX revolucionó la agricultura y permitió grandes saltos en la productividad. El proceso Haber-Bosch, todavía en uso, toma nitrógeno del aire y lo combina con hidrógeno de combustible fósil, generalmente gas natural, también llamado metano, para producir amoníaco. El proceso emite dos gases de efecto invernadero principales: metano y dióxido de carbono.

El amoníaco es una materia prima en la producción de fertilizantes a base de nitrógeno como la urea. También es el segundo producto químico más producido en el mundo y representa el 2% del uso de energía de combustibles fósiles en todo el mundo. Como resultado, la sustancia química genera 450 millones de toneladas de dióxido de carbono al año y genera más emisiones que la fabricación de acero y cemento.

En 2019, el complejo Donaldsonville de CF Industries informó más de 10 millones de toneladas métricas de emisiones de dióxido de carbono, equivalentes a las emisiones anuales de 2,7 centrales eléctricas de carbón.

El proceso de fabricación también libera metano, un gas 25 veces más potente que el dióxido de carbono que permanece menos tiempo en la atmósfera. Un estudio realizado por la Universidad de Cornell y el Environmental Defense Fund encontró que las emisiones de metano de seis plantas representativas de fertilizantes con amoníaco eran 100 veces más altas que las estimaciones autoinformadas de la industria de fertilizantes.

Después de la producción, el fertilizante se envía a través de tuberías, barcazas, barcos, trenes y camiones. El transporte da cuenta del 2,6% de las emisiones totales de fertilizantes, según el estudio.

Luego pasa a los distribuidores y, en última instancia, a los agricultores y sus campos. Cada año, se aplican 6 millones de toneladas de fertilizante nitrogenado al maíz en los EE. UU. Mucho se destina al Corn Belt de la nación, casi 1,500 millas de paisaje del Medio Oeste dominado por este cultivo que necesita nitrógeno.

En los Estados Unidos, se estima que 72 millones de toneladas de emisiones equivalentes de dióxido de carbono provienen del nitrógeno aplicado en los campos de los agricultores.

Se trata del ciclo del nitrógeno, una serie de procesos en los que el nitrógeno y sus compuestos se vuelven accesibles para las plantas y otros organismos vivos. El aire que respiramos está lleno de nitrógeno, pero las plantas necesitan convertir el gas en una forma utilizable. Las bacterias y otros organismos ayudan a descomponerlo.

Algunos cultivos son buenos para fijar nitrógeno, como las legumbres, los frijoles y los guisantes. Pero los cultivos que consumen mucho nitrógeno, como el maíz, los tomates y los melones, a menudo no pueden satisfacer sus necesidades de nitrógeno sin ayuda adicional.

El fertilizante sintético agrega una inyección de nitrógeno puro al suelo, pero las plantas no utilizan todo. Parte se pierde en el aire durante la aplicación y parte se pierde cuando los microbios fijan nitrógeno en el suelo y luego lo liberan nuevamente a la atmósfera. El fertilizante aumenta las actividades microbianas naturales del suelo para producir más óxido nitroso, un gas 265 veces más potente que el dióxido de carbono. Este gas consume la capa de ozono, que protege a la tierra de la radiación ultravioleta del sol.

Las emisiones de óxido nitroso se producen "hasta cierto punto cada vez que el nitrógeno está disponible en el suelo", dijo Rod Venterea, científico del suelo del USDA y profesor adjunto de la Universidad de Minnesota. "Eso ha estado sucediendo durante miles de años. Ahora, tenemos la oportunidad de agregar mayores cantidades de nitrógeno al suelo, y eso estimula los procesos naturales, además de crear puntos calientes de producción mucho más allá de lo que se produce naturalmente".

El fertilizante adicional también puede arrastrarse de los campos hacia las aguas subterráneas y los ríos, enviando nitrógeno, fósforo y otros nutrientes río abajo.

Los altos niveles de nutrientes hacen que crezcan algas en los cuerpos de agua, lo que a su vez genera más emisiones de óxido nitroso, dióxido de carbono y metano. Este proceso se llama eutrofización.

Un estudio de 2018 estimó que las emisiones de la eutrofización en lagos y embalses equivalen a aproximadamente el 20% de las emisiones globales de dióxido de carbono de los combustibles fósiles. Se espera que las emisiones globales de metano por la eutrofización de los lagos del mundo aumenten entre un 30 % y un 90 % durante el próximo siglo debido al cambio climático y al crecimiento de la población.

Jessica D'Ambrosio, directora de proyectos de agricultura de Ohio de Nature Conservancy, trabaja para reducir la contaminación por nutrientes en el lago Erie, que ha sufrido una extensa proliferación de algas causada en parte por la escorrentía de fertilizantes. Aproximadamente el 80% de la tierra que desemboca en el lago es agrícola.

"Si reduce la cantidad de fertilizante nitrogenado que usa, está ayudando a reducir la proliferación de algas y las emisiones de gases de efecto invernadero", dijo D'Ambrosio. "Si sus suelos son saludables y se aferran a los nutrientes, está haciendo ambas cosas por usted y su cuenca".

Dada la enorme huella de gases de efecto invernadero de los fertilizantes, los productores y usuarios se enfrentan a una presión cada vez mayor para cambiar.

A principios de este año, André Cabrera Serrenho, profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Cambridge, fue coautor de un estudio en Nature Food que encontró que las emisiones de fertilizantes podrían reducirse en un 80 % para 2050 utilizando las tecnologías disponibles actualmente.

El estudio de Serrenho estimó que alrededor de un tercio de las emisiones de fertilizantes podrían reducirse mediante la descarbonización en el proceso de producción. La energía renovable se puede usar para calentar y crear el hidrógeno que se usa para producir amoníaco. Este proceso a veces se denomina producción de "hidrógeno verde". Otra opción es usar el llamado "amoníaco azul", que aún depende de los combustibles fósiles pero captura y almacena el dióxido de carbono resultante, a veces inyectándolo bajo tierra para ayudar a recuperar petróleo y gas.

La industria de los fertilizantes se ha aferrado a ambas tecnologías. Por ejemplo, la planta Donaldsonville de CF Industries comenzó la construcción de un sistema de electrólisis a fines de 2021 que se espera que produzca 20 000 toneladas de amoníaco verde al año, o una cuarta parte del 1 % de su producción total. La compañía también se asoció con ExxonMobil en un proyecto para capturar y secuestrar alrededor del 20 % del CO2 producido en su complejo de Donaldsonville, y el año pasado la compañía anunció que estaba evaluando un sitio en Ascension Parish para la construcción de un nuevo proyecto de exportación de $2 mil millones. instalación de producción de amoníaco azul orientada.

Mosaic Co., otra empresa líder en fertilizantes, está trabajando para lograr cero emisiones netas para 2030 en Florida, donde tiene su sede, y en todas sus operaciones para 2040. Mosaic no busca amoníaco verde en este momento debido al alto costo y es explorando la captura de carbono, dijo la portavoz Natali Archibee.

Las tecnologías de captura de carbono se han enfrentado a la controversia de los residentes que no quieren más instalaciones industriales en sus patios traseros y de los críticos que dicen que solo mantienen la dependencia de los combustibles fósiles.

Un informe de 2022 del Centro de Derecho Ambiental Internacional calificó la tecnología de captura de carbono como una "solución falsa" que intenta lavar las emisiones de la industria de fertilizantes a través de productos "verdes". "La energía requerida para producir hidrógeno azul lo hace tan malo, si no peor, que simplemente quemar gas directamente", dijo Carroll Muffett, presidente y director ejecutivo de CIEL.

Serrenho dijo que una producción más ecológica es solo una parte de la solución porque la mayoría de las emisiones provienen del suelo. “Incluso si la industria petroquímica es asombrosa al descarbonizar sus propias producciones, eso solo reduce un tercio de las emisiones totales”, dijo. "Los otros dos tercios deben ser abordados".

Las emisiones de óxido nitroso de las bacterias en el suelo se pueden reducir mediante la adición de sustancias químicas llamadas inhibidores de la nitrificación, encontró su estudio. Cambiar a fertilizantes de bajas emisiones también ayudaría.

Sin embargo, el cambio más importante es reducir la cantidad de fertilizante utilizado. Las plantas absorben menos de la mitad de los fertilizantes aplicados a nivel mundial. Los agricultores podrían usar mucho menos sin reducir el rendimiento. "Simplemente haciendo eso, podemos ahorrar la mitad de las emisiones asociadas con los fertilizantes y otros impactos ambientales", dijo Serrenho.

El informe de CIEL pidió una transición desde los modelos agrícolas industriales y los fertilizantes sintéticos hacia modelos más regenerativos que harían que los alimentos fueran más sostenibles para producir mientras protegían la biodiversidad.

“Comenzar esa transición de los fertilizantes fósiles a soluciones alimentarias más sostenibles no solo es una parte fundamental de la respuesta a la crisis climática, sino que también nos devuelve a nuestros límites planetarios que mantienen la Tierra segura para vivir”, dijo Muffett.

Esta historia es parte de The Price of Plenty, un proyecto especial que investiga los fertilizantes de la Facultad de Periodismo y Comunicaciones de la Universidad de Florida y la Escuela de Periodismo de la Universidad de Missouri, respaldado por la iniciativa nacional de informes Connected Coastlines del Pulitzer Center.