100 años del proceso Haber-Bosch: Rendimientos en cultivos
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100 años del proceso Haber-Bosch: Rendimientos en cultivos hortícolas con y sin fertilizantes nitrogenados inorgánicos A.H. Wissemeier1, R. Haehndel2, W. Zerulla1, I. Carrasco3 1 BASF Agricultural Center Limburgerhof, Speyerer Str. 2, 67117 Limburgerhof, Germany 2 K+S Nitrogen, Reichskanzler-Müller-Str. 23, 68165 Mannheim, Germany 3 K plus S Iberia (K+S Nitrogen), Joan d’Àustria 39-47, 08005 Barcelona e-mail: [email protected] Palabras clave: síntesis amoníaco, producción fertilizantes nitrogenados, ensayos larga duración Resumen 100 años del proceso Haber-Bosch: la patente original de Fritz Haber en 1908 fue la base para la primera obtención sustancial de amonio procedente del nitrógeno e hidrógeno del aire en condiciones de alta presión y en laboratorio en 1909. Este descubrimiento, seguido del desarrollo de un reactor adecuado de alta presión por Carl Bosch en 1911, originó el inicio de la producción de fertilizantes amoniacales por BASF en 1913 en Ludwigshafen. En el año 2008, se estimó que la nutrición básica del 48% de la población mundial está basada en la fertilización inorgánica nitrogenada, que depende del proceso Haber-Bosch. En ensayos de larga duración en rotaciones de cultivos extensivos, una insuficiente fertilización nitrogenada durante varios años produjo rendimientos del 50% comparado con una óptima fertilización nitrogenada. En ensayos a largo plazo de una rotación de cultivos hortícolas desde 1994 a 2009, el rendimiento medio comercializable sin fertilización nitrogenada fue solamente del 25%. Una mayor reducción en el rendimiento de cultivos hortícolas en comparación con cultivos extensivos (36% vs. 50%) están relacionados con un mayor requerimiento de N en el crecimiento vegetativo que en el crecimiento generativo (rendimiento de hortalizas versus cereales). INTRODUCCIÓN El 78% de nitrógeno del que está compuesta la atmósfera está en formas gaseosas no utilizables por las plantas. A principios del siglo pasado, Fritz Haber descubrió como hacer reaccionar el nitrógeno atmosférico para sintetizarlo en amoniaco (NH3). Posteriormente Carl Bosch desarrolló este proceso a escala industrial. Ambos investigadores recibieron el Premio Nobel por la importancia de sus descubrimientos en la alimentación de la población mundial. Actualmente esta reacción es conocida como el proceso Haber-Bosch, en que se hace reaccionar el N2 atmosférico con hidrógeno en presencia de hierro a alta presión y temperatura. Los hitos del proceso Haber-Bosch para sintetizar el amoniaco desde sus elementos moleculares, nitrógeno e hidrógeno (N2 + 3 H2 ⇔ 2 NH3), fueron los siguientes: 1908 patente de Fritz Haber, 1909 síntesis a escala de laboratorio, 1911 desarrollo de un adecuado reactor de alta presión por Carl Bosch IV Jornadas Fertilización SECH. Actas de Horticultura 61 70 1913inicio de la producción de amoníaco por BASF a escala industrial en Ludwigshafen Actualmente alrededor de 100 millones de toneladas de N-NH3 son producidas mundialmente con el proceso Haber-Bosch. Esta es una cantidad muy similar a la fijada biológicamente a nivel mundial. Se estima que en el año 2008 los fertilizantes nitrogenados fabricados a partir del proceso Haber-Bosch son los responsables de la alimentación del 48% de la población mundial (Erisman et al., 2008). Por consiguiente, se puede afirmar que el proceso Haber-Bosch es una de las grandes invenciones de la humanidad. Analizando algunos de los más importantes ensayos de larga duración en el mundo, se puede concluir que entre el 30 y el 50% del rendimiento de los cultivos es atribuible a los nutrientes aportados con los fertilizantes inorgánicos, siendo el nitrógeno el que más efecto tiene sobre rendimiento (Stewart et al., 2005) MATERIAL Y MÉTODOS Un ensayo de campo de larga duración de cultivos hortícolas se estableció en el centro Agrícola de BASF en Limburgerhof, donde desde 1991 la fertilización nitrogenada fue o suprimida o aplicada a una dosis óptima según los valores de nitrógeno mineral del suelo (Nmin). La rotación utilizada fue la siguiente: hinojo, colirábano, lechuga, zanahoria, puerro, rábano, coles de Bruselas, remolacha, rúcula, apio y espinaca. El ensayo se dispuso en un diseño experimental de bloques al azar con 6 repeticiones. Los cultivos fueron regados según su necesidad, y en la cosecha las hortalizas fueron separadas en rendimiento comercializable y no comercializable. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Sin fertilización nitrogenada en cultivos hortícolas, como resultado medio de los diferentes cultivos de la rotación, solamente un 25% de rendimiento comercializable (Fig. 1) y un 36% de rendimiento total (Fig. 2) fue obtenido en comparación con aquellos tratamientos con la dosis óptima de nitrógeno. La diferencia entre el rendimiento comercial y el total indica la importancia de la fertilización nitrogenada en la calidad externa de la cosecha. Este efecto es muy acusado en algunos cultivos, como la lechuga, la espinaca o rúcula, en los que el rendimiento comercial es prácticamente nulo si no se aplican fertilizantes nitrogenados. En un ensayo similar en cultivos extensivos, se observó como la reducción en el rendimiento por no aplicar fertilizantes nitrogenados fue, de media entre diferentes cultivos, del 50% (Fig. 3). Una mayor reducción en el rendimiento de cultivos hortícolas en comparación con cultivos extensivos (36% vs. 50%) están relacionados con un mayor requerimiento de N en el crecimiento vegetativo que en el crecimiento generativo (rendimiento de hortalizas versus cereales). El efecto del N en el rendimiento y calidad se tiene que contrastar también con los efectos colaterales: pérdidas de N como NH3 o N2O a la atmósfera y como NO3 a la hidrosfera. Utilizando fertilizantes con inhibidores de la nitrificación y de la ureasa estas pérdidas pueden ser reducidas sustancialmente. Estos fertilizantes se han estudiado intensivamente en el Centro Agrícola de BASF (Limburgerhof), fundado hace casi 100 años. Referencias Erisman, J.W., Sutton, M.A., Galloway, J., Klimont, Z., Winiwater, W. 2008. How a century of ammonia synthesis changed the word. Nat. Geosci. 1: 636-639 IV Jornadas Fertilización SECH. Actas de Horticultura 61 71 Stewart, W.M., Dibb, D.W., Johnston, A.E., Smyth, T.J. 2005. The contribution of commercial fertilizer nutrient to food production. Agron. J. 97: 1-6 Figuras Rábano Rendimiento medio sin fertilización nitrogenada: 25 % del fertilizado Apio Puerro Puerro Zanahoria Espinaca Colirábano Lechuga Apio Espinaca Coliflor Coles de Bruselas Api Hinojo Remolacha Lechuga Zanahoria Lechuga Lechuga Rúcula Espinaca Espinaca Fig. 1. Rendimiento comercializable en cultivos hortícolas sin fertilización nitrogenada en % respecto al tratamiento con la dosis óptima de nitrógeno. Fig. 2. Rendimiento total en cultivos hortícolas sin fertilización nitrogenada en % respecto al tratamiento con la dosis óptima de nitrógeno. IV Jornadas Fertilización SECH. Actas de Horticultura 61 72 Rendimiento medio sin fertilización nitrogenada: 50 % del fertilizado Cebada primavera Cebada primavera Avena Centeno invierno Patata temprana Patata temprana Trigo invierno Cebada primavera Cebada primavera Fig. 3. Rendimiento total en cultivos extensivos sin fertilización nitrogenada en % respecto al tratamiento con la dosis óptima de nitrógeno. IV Jornadas Fertilización SECH. Actas de Horticultura 61 73
