El uso de tecnología de plasma de última generación para producir fertilizantes baratos para los pequeños agricultores puede parecer mágico, pero ahora se ha hecho realidad. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU / e) han construido una pequeña planta impulsada por plasma que produce fertilizante líquido a base de nitrógeno solo con el sol. agua y aire. "La planta es fácil de instalar, sostenible y muy eficiente, "dice el investigador de TU / e Fausto Gallucci, que junto con socios en África, Alemania y Portugal han realizado pruebas satisfactorias del dispositivo en Uganda. "Ahora queremos llevar la miniplanta al mercado, para que esté disponible para los agricultores de todo el mundo ".

Alimentar a una población mundial en aumento es un gran desafío. Las previsiones dicen que habrá 8.600 millones de personas en nuestro planeta en 2030, y casi 10 mil millones en 2050. Fertilizantes artificiales, en particular fertilizantes nitrogenados, juegan un papel clave en el cumplimiento de este desafío.

Nitrógeno vital

El nitrógeno es uno de los tres macronutrientes principales que utilizan las plantas para crecer (junto al fósforo y el potasio. En 2015, aproximadamente uno de cada dos seres humanos se alimentaba con alimentos cultivados con fertilizantes a base de nitrógeno, proporción que se espera aumente en los próximos años.

Aunque está ampliamente disponible en el mundo desarrollado, Los fertilizantes artificiales no son tan comunes en el mundo en desarrollo. En África, donde el 60 por ciento de todos los agricultores tienen menos de una hectárea de tierra a su disposición, los agricultores a menudo no tienen dinero para comprar las cosas. Además, los fertilizantes suelen ser producidos por grandes multinacionales, que solo entregan a granel y desde ubicaciones centrales.

De baja tecnología

Es aquí donde entra en juego el proyecto africano de Leap-Agri. Utiliza un reactor de pequeña escala para producir fertilizante a base de nitrógeno líquido que puede ser utilizado por cualquier agricultor que tenga acceso a la luz solar y al agua.

Si bien la tecnología que hay detrás es bastante avanzada, la aplicación es de muy baja tecnología. "Enviamos un sistema basado en nuestro reactor de plasma a la Organización Nacional de Investigación Agrícola (NARO) en Uganda que nunca antes había trabajado con tecnología de plasma, y pudieron producir fertilizante en un mes, "dice Fausto Gallucci, profesor del departamento de Ingeniería Química y Química.

"Nuestro sistema es pequeño, simple y muy rápido. Una vez que lo enciende, en realidad, es cuestión de segundos antes de que comience a producir fertilizante. Esto también lo hace muy flexible:solo se ejecuta cuando brilla el sol y se necesita fertilizante ".

Plasma frío

Entonces, ¿cómo funciona este dispositivo? El profesor Gallucci explica:"Nuestra miniplanta utiliza tecnología de plasma. Plasma, como tú sabes, es el cuarto estado de la materia y consta de átomos y moléculas ionizados. Puede estar familiarizado con él por los rayos o los letreros de neón, que ambos consisten en plasma ".

El plasma utilizado en la planta de fertilizantes no es térmico:mientras que los electrones que impulsan la reacción alcanzan temperaturas extremadamente altas, el gas que lo rodea puede permanecer relativamente frío. Por supuesto, esto ahorra energía.

Hace que la tecnología del plasma sea una alternativa atractiva a la forma tradicional de producir nitrógeno, el llamado proceso Haber-Bosch, que requiere tanto alta presión como altas temperaturas. Se estima que el proceso Haber-Bosch consume del 1 al 2% de la energía total mundial, emitiendo unos 300 millones de toneladas de CO ₂ cada año en el aire.

Fijación del nitrógeno

La fabricación de fertilizantes a base de nitrógeno en un reactor de plasma implica un proceso conocido como fijación de nitrógeno. Mientras que el 78 por ciento del aire consiste en N2, el gas no reacciona con otros elementos (es químicamente inerte). Esto dificulta el uso de las plantas.

La fijación de nitrógeno resuelve este problema. Convierte el nitrógeno (N ₂ ) del aire a NOx, que a su vez reacciona con el oxígeno y el agua para formar nitrato (NO _{3 -} ). Esto luego se puede utilizar como ingrediente para fertilizantes líquidos.

"Para iniciar el proceso de conversión, "explica Sirui Li, investigador en el grupo del profesor Gallucci, "luego ₂ las moléculas primero tienen que ser "activadas" mediante la introducción de una carga eléctrica. Esto asegura que los enlaces que mantienen unidos a los átomos de nitrógeno se rompan, creando un plasma ".

En el caso de la miniplanta Leap Agri, la electricidad para la generación de plasma es proporcionada por energía solar, una fuente barata y sostenible ampliamente disponible en los países en desarrollo.

Eficiente y accesible

El proceso es altamente eficiente:produce un fertilizante líquido con un alto nivel de nitrato que las plantas pueden asimilar fácilmente. Stella Kabiri, investigadora de NARO, realizó un análisis en Uganda, quienes compararon este fertilizante con otros fertilizantes en el mercado local. El resultado mostró que el contenido de nitrato era de aproximadamente el 20 por ciento, que es 14, 42 y 51 puntos porcentuales más que los fertilizantes sólidos Nitrato de amonio, NPK y urea respectivamente.

"Más importante, el fertilizante líquido se puede producir in situ y bajo demanda, para que cada agricultor pueda elegir exactamente la cantidad de fertilizante y contenido de nitrato que necesita para su cultivo y parcela de tierra, "dice Sirui Li.

En la actualidad, el costo de la miniplanta sigue siendo bastante elevado (unos 70, 000 euros), pero Gallucci espera que el precio baje considerablemente una vez que se produzca a mayor escala. "Un día, los pequeños agricultores de África podrán comprar su propia unidad de fertilizantes, ya sea individualmente o colectivamente como aldea. El colectivo puede entonces alquilar la miniplanta a sus miembros, o vender el fertilizante a otras aldeas ".