Investigadores de la ETH de Zúrich y la Carnegie Institution for Science han demostrado cómo producir fertilizantes nitrogenados de forma más sostenible. Esto es necesario no sólo para proteger el clima, sino también para reducir la dependencia del gas natural importado y aumentar la seguridad alimentaria.
La agricultura intensiva sólo es posible si el suelo se fertiliza con nitrógeno, fósforo y potasio. Mientras que el fósforo y el potasio pueden extraerse en forma de sales, el abono nitrogenado tiene que producirse laboriosamente a partir del nitrógeno del aire y del hidrógeno. Y la producción de hidrógeno es extremadamente intensiva en energía, ya que actualmente requiere grandes cantidades de gas natural o -como en China- carbón. Además de tener una huella de carbono correspondientemente grande, la producción de fertilizantes nitrogenados es vulnerable a las crisis de precios en los mercados de combustibles fósiles.
Paolo Gabrielli, científico principal del Laboratorio de Ingeniería de la Fiabilidad y el Riesgo de la ETH de Zúrich, ha colaborado con Lorenzo Rosa, investigador principal de la Carnegie Institution for Science de Stanford (EE.UU.), para investigar diversos métodos de producción de fertilizantes nitrogenados neutros en carbono. En un estudio publicado en la revista Environmental Research Letters, los dos investigadores llegan a la conclusión de que es posible una transición en la producción de nitrógeno y que dicha transición también puede aumentar la seguridad alimentaria. Sin embargo, los métodos de producción alternativos tienen ventajas e inconvenientes. En concreto, los dos investigadores examinaron tres alternativas:
- Producir el hidrógeno necesario utilizando combustibles fósiles como en la situación actual, sólo que en lugar de emitir el gas de efecto invernaderoCO2 a la atmósfera, se captura en las plantas de producción y se almacena permanentemente bajo tierra (captura y almacenamiento de carbono, CSS). Esto no sólo requiere una infraestructura para capturar, transportar y almacenar elCO2, sino también más energía. A pesar de ello, es un método de producción comparativamente eficiente. Sin embargo, no contribuye a reducir la dependencia de los combustibles fósiles.
- Electrificar la producción de fertilizantes utilizando la electrólisis del agua para producir hidrógeno. Esto requiere una media de 25 veces más energía que el método de producción actual que utiliza gas natural, por lo que se necesitarían enormes cantidades de electricidad procedente de fuentes neutras en carbono. Para los países con abundancia de energía solar o eólica, éste podría ser un planteamiento atractivo. Sin embargo, dados los planes para electrificar otros sectores de la economía en nombre de la acción por el clima, podría dar lugar a una competencia por la electricidad sostenible.
- Sintetizar el hidrógeno para la producción de fertilizantes a partir de la biomasa. 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 de desecho, por ejemplo, residuos de cultivos.
Los científicos afirman que la clave del éxito será probablemente una combinación de todos estos planteamientos, dependiendo del país y de 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 subraya Rosa: «Abordar problemas como la sobrefertilización y el desperdicio de alimentos es también una forma de reducir la necesidad de fertilizantes».
India y China, en peligro
En el estudio, los científicos también trataron de identificar los países del mundo en los que actualmente la seguridad alimentaria está especialmente en peligro debido a su dependencia de las importaciones de nitrógeno o gas natural. Los siguientes países son especialmente vulnerables a las crisis de precios en los mercados del gas natural y el nitrógeno: India, Brasil, China, Francia, Turquía y Alemania.
La descarbonización de 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 reduciría la dependencia de las importaciones de gas natural. Sin embargo, los investigadores relativizan este punto: todos los métodos neutros en carbono de producción de fertilizantes nitrogenados consumen más energía que el método actual de utilización de combustibles fósiles. En otras palabras, siguen siendo vulnerables a determinadas perturbaciones de los precios, no en los mercados del gas natural directamente, sino quizá en los de la electricidad.
Los productores de nitrógeno se enfrentan al cambio
En su estudio, los científicos señalan que es probable que la descarbonización modifique el abanico de países productores de fertilizantes nitrogenados. En la actualidad, los principales exportadores de nitrógeno son Rusia, China, Egipto, Qatar y Arabia Saudí. Excepto China, que tiene que importar gas natural, todos estos países pueden recurrir a sus propias reservas de gas natural. En el futuro, los países que probablemente se beneficien de la descarbonización son los que generan mucha energía solar y eólica y también tienen suficientes reservas de tierra y agua, como Canadá y Estados Unidos.
«No se puede eludir el hecho de que necesitamos hacer más sostenible la demanda agrícola de nitrógeno en el futuro, tanto para cumplir los objetivos climáticos como por razones de seguridad alimentaria», afirma Gabrielli. La guerra en Ucrania está afectando al mercado mundial de alimentos no sólo porque el país exporta normalmente mucho grano, sino también porque el conflicto ha hecho subir los precios del gas natural. Esto, a su vez, ha hecho subir los precios de los fertilizantes nitrogenados. Aun así, se sabe que algunos productores de fertilizantes han cesado la producción, al menos temporalmente, porque el exorbitante coste del gas hace que la producción no les resulte rentable.Publicación original
