100 años del proceso Haber-Bosch: Rendimientos en cultivos

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
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 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
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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.
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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.
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