El fertilizante a base de nitrógeno contribuye a los altos rendimientos esperados de los cultivos en el mundo desarrollado, pero su alto uso también daña las aguas y los ecosistemas cercanos. En cambio, Los países en desarrollo que más necesitan mejoras en el rendimiento enfrentan cuellos de botella para obtener esos fertilizantes debido a los altos costos y los bajos precios de las cosechas.

Científicos de la Universidad de Purdue, dirigido por Nick Carpita, profesor del Departamento de Botánica y Fitopatología, creo que hay una manera de resolver ambos problemas. En los hallazgos publicados en la revista Biofuels, Bioproductos y biorrefino, Los investigadores describen cómo los agricultores podrían producir suficientes cultivos bioenergéticos para producir fertilizantes nitrogenados de forma más barata y reducir el alcance de esos fertilizantes en los cursos de agua cercanos.

"El uso de biomasa como fuente de hidrógeno y energía para fertilizantes de amoníaco es competitivo con la electricidad como reemplazo del gas natural u otros combustibles fósiles. Además, La integración de un cultivo de biomasa perenne como una hilera fronteriza con los cultivos alimentarios es particularmente atractiva porque proporciona los sustratos para la producción de fertilizantes al tiempo que mitiga el impacto ambiental del exceso de nitrógeno. "escribieron los autores.

Carpita, Maureen McCann, profesor del Departamento de Ciencias Biológicas; Rakesh Agrawal, Winthrop E. Stone, profesor distinguido de ingeniería química de Purdue; Gary Burniske, director gerente del Purdue Center for Global Food Security; y otros investigadores de Purdue estiman que los agricultores podrían usar el 5% o menos de sus campos para cultivar suficientes cultivos bioenergéticos, como el sorgo dulce o una hierba perenne como el pasto varilla, para crear el combustible necesario para producir fertilizantes nitrogenados como el amoníaco.

El uso de bioenergía no solo sería una opción ambiental más limpia que el gas natural o el carbón, pero los cultivos podrían usarse en los bordes de los campos como amortiguadores para limitar la cantidad de nitrógeno que se lava de esos campos a las aguas locales.

"Es una pequeña cantidad de la superficie de un agricultor para producir la energía necesaria para satisfacer por completo las necesidades de fertilizantes de un campo completo. Podría aplicar 150 libras de nitrógeno por acre, que es más que suficiente, y necesitaría solo el 5% de biomasa por acre, "Dijo Carpita." La biomasa tiene un bono. El lugar donde se cultiva podría mejorar la ecología. Su biomasa podría crear trampas en el suelo, hileras que rompen la erosión que mejoran la cuenca hidrográfica local ".

Los cultivos de biomasa podrían gasificarse directamente o convertirse en H2Bioil para su transporte al gasificador, dando una fuente de hidrógeno necesaria para el amoníaco y la energía para impulsar la producción. El estudio muestra que cuesta alrededor de $ 54 por suficiente gas natural para crear 150 kilogramos de amoníaco. Los costos equivalentes de electricidad o biomasa en las naciones desarrolladas son actualmente aproximadamente cuatro veces mayores, lo que significa que los costos de producción tendrían que bajar o los precios del gas natural subirían significativamente para que el proceso sea rentable.

Pero podría ser beneficioso aún en los países en desarrollo donde las plantas de procesamiento móviles o las plantas químicas más pequeñas podrían acercar la producción a las granjas que carecen de acceso a fertilizantes a base de nitrógeno. Esas instalaciones más pequeñas aún no existen, pero Agrawal dijo que su equipo está trabajando para desarrollarlos.

"Los ingenieros químicos estamos acostumbrados a construir grandes plantas. Tenemos que repensar no solo las operaciones unitarias, pero cómo vamos a simplificar todo en una planta para que funcione a una escala distribuida más pequeña, "Dijo Agrawal." Lo bueno es que hemos empezado a trabajar en ello. Esto podría suceder dentro de la década ".

Burniske dijo que la estrategia de biomasa para la producción de amoníaco probablemente sería factible antes en el África subsahariana. donde los suelos son bajos en nitrógeno y hay poca producción de fertilizantes en la región.

"África es la región del mundo con mayor deficiencia de fertilizantes nitrogenados, y donde haya fertilizantes disponibles, es caro, de mala calidad y fuera del alcance de los pequeños agricultores, "Dijo Burniske.

Un área en el este de África, donde los países son más pequeños y podrían compartir una gran instalación de producción, y contar con la infraestructura de transporte para cumplir, podría utilizar la estrategia de biomasa para crear fertilizantes a base de nitrógeno asequibles.

"La reducción del costo de los fertilizantes y el consiguiente aumento de la calidad impulsarían el uso por parte de los pequeños agricultores y aumentarían los rendimientos en áreas donde hay grandes poblaciones de personas con inseguridad alimentaria, ", Dijo Burniske." Los cultivos hortícolas en particular se beneficiarían porque son más exigentes en la ingesta de nitrógeno, y los cultivos hortícolas son ricos en micronutrientes en una región donde la deficiencia de micronutrientes es desenfrenada. Los agricultores que produzcan cultivos hortícolas de mayor valor verían un aumento en los ingresos y un efecto multiplicador que aumentaría el desarrollo económico en las comunidades rurales ".

Los autores dedicaron su artículo a su colega Wally Tyner, quien fue el profesor James y Lois Ackerman de economía agrícola en Purdue, miembro senior de la Asociación de Economía de la Energía de los Estados Unidos y "Energy Patriot" del senador estadounidense Richard Lugar. Tyner murió el año pasado.