urea comprobacion de hechos - SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH

03
UREA COMPROBACIoN DE HECHOS
Urea: cómo reducir las emisiones de óxido nitroso
CIFRAS Y HECHOS
Óxido nitroso: el gas de la
risa es un serio problema
para el clima
Causas de las emisiones de óxido nitroso
Si bien el óxido nitroso contribuye menos del 8 %
al efecto invernadero antropogénico, la percepción
del público general es que reviste una importancia
decisiva en relación con la agricultura y la
Millardos de toneladas de equivalente de C02/año
fertilización mineral nitrogenada.
60
50
¿Gas de la risa? Esta curiosa sustancia es conocida para la
mayoría como narcótico o estupefaciente. Antiguamente
se distribuía incluso en las fiestas populares para divertir
al público. Menos gracioso es el hecho de que este gas,
técnicamente denominado óxido nitroso (N20), contribuye 300 veces más al calentamiento global de la atmósfera que el dióxido de carbono. Este gas está presente
de forma natural en la atmósfera terrestre. A pesar de
que solo se encuentran trazas de él en la atmósfera, su
contribución total al efecto invernadero global ronda el
8 %. Además de incidir sobre el clima, el óxido nitroso
perjudica la capa de ozono de la estratosfera y en un
futuro próximo habrá relevado a los hidroclorofluorocarburos (HCFC) como “Destructor nº 1 del ozono”.
La magnitud del problema se corresponde con el interés
por reducir y evitar las emisiones de este gas traza. Las
emisiones totales de gases de efecto invernadero deberán reducirse en los próximos años para que el calentamiento global permanezca limitado a 2º C por encima
de los niveles preindustriales (Randalls 2010). En caso
contrario, en opinión de muchos expertos, la humanidad
se enfrentará a retos insolubles.
¿De dónde obtiene su nombre el gas de la risa?
A pesar de que el gas de la risa se utiliza en medicina
como narcótico, esta sustancia hace justo honor a su nombre, porque estimula la liberación de endorfinas y estas
hormonas de la felicidad nos impulsan, efectivamente,
a reír con más facilidad.
Las famosas “hormonas de la felicidad de nuestro
organismo” alivian el dolor y tienen efecto calmante y
ansiolítico.
Por este motivo el gas de la risa es un narcótico tan
apreciado. (Fuente: www.sat1.de)
44,7
40
30
35,6
49,0
39,4
Proporción de N2O en
el efecto invernadero
Gases de efecto invernadero procedentes de
combustibles fósiles
28,7
CH4 procedente de la agricultura, los desechos
y la energía
20
CO2 procedente de la deforestación y la
descomposición
10
0
¿Por qué el gas de la risa es tan peligroso?
< 8%
N20 procedente de la agricultura y de otras
fuentes
1970
1980
1990
2000
2004
Fig. 1: FUENTES DE ÓXIDO NITROSO EN ALEMANIA: PORCENTAJE DE LA AGRICULTURA Y DE LOS SUELOS DE USO AGRÍCOLA (FUENTE: IPCC 2007)
C
erca del 68 % de las emisiones de óxido nitroso proceden de la agricultura. El óxido nitroso se genera sobre todo por la degradación de los
compuestos nitrogenados propiciada por las bacterias del suelo. Si los suelos
reciben más fertilizante del que las plantas necesitan para su crecimiento en
un momento determinado, el exceso de nitrógeno presente en las capas superiores del suelo puede lixiviarse o volatilizarse en la atmósfera. Con todo,
no todos los fertilizantes son iguales. En muchos lugares se ha conseguido
aumentar la eficacia del nitrógeno en la fertilización. Como consecuencia de
ello, se ha reducido el daño que provocan estos compuestos nitrogenados
reactivos al medio ambiente, algo que beneficia también al agricultor. Es
cierto que las pérdidas no se pueden evitar por completo, pero los investigadores agrarios dedican cada vez más esfuerzos a reducir estas emisiones en
beneficio de la protección del clima.
En opinión de los científicos, faltan mediciones de campo de emisiones de
óxido nitroso a lo largo de muchos años. Los resultados de ensayos en invernaderos y en laboratorios realizados en condiciones ambientales controladas
solo se pueden extrapolar de forma limitada a las complicadas circunstancias
al aire libre. En consecuencia, hasta ahora se han obtenido pocos modelos
sólidos que ayuden a estimar las emisiones de óxido nitroso (KTBL 2010).
Para el futuro se pronostica un ligero retroceso de las emisiones de gases de
efecto invernadero procedentes de la agricultura (Instituto Federal del Medio
Ambiente 2011).
Menos óxido nitroso procedente de la industria
E
l óxido nitroso se libera además en diversos procesos químicos, como,
p.ej., en la fabricación de ácido nítrico y ácido adípico o en la combustión
de carburantes fósiles. Sin embargo, la industria está en condiciones de reducir las emisiones de óxido nitroso hasta en un 90 % gracias a la utilización
de una innovadora tecnología de catalizadores (Wetterau 2007).
La ventaja de estos catalizadores radica en que pueden disociar el óxido
nitroso en sus componentes inocuos para el medio ambiente: así se genera
nitrógeno y oxígeno, los componentes esenciales del aire que respiramos.
Además, la descomposición directa no genera otros óxidos de nitrógeno,
tales como NO y NO2 (Matthes 2011).
Las empresas que ya están aplicando esta tecnología prestan una importante contribución a la protección del clima.
2
Fuente de la ilustración: Nasa; Huracán Katrina.
3
CIFRAS Y HECHOS
SABER
Procesos y condiciones del suelo que pueden
generar emisiones de óxido nitroso
¿De dónde procede el óxido nitroso?
S
egún estimaciones del IPCC1 (1996, 2006), los suelos utilizados en agricultura constituyen, con mucho, la principal fuente de emisiones de óxido
nitroso, con una proporción de entre el 50 % y el 70 % de las mismas. El
Instituto Federal de Medio Ambiente calcula que en Alemania la agricultura
es responsable del 68 % de las emisiones de óxido nitroso provocadas por
el hombre.
68%
2008
0
Establos/Almacenamiento
Fertilizantes orgánicos
DESNITRIFICACIÓN
Emisiones de N20 (Gg a-1)
Fertilizantes minerales
50
Restos de cosecha
100
150
Terrenos pantanosos Indirecto
Energía
200
Industria
El óxido nitroso producido en nuestros suelos tiene una naturaleza microbiana. El
gas se genera tanto durante la desnitrificación (reducción de nitrato a N2 Y proceso
anaerobio) como durante la nitrificación (oxidación de NH4+ a NO3- Y proceso aerobio).
Aguas residuales/Desechos
D
Fig. 2: EMISIONES NACIONALES DE ÓXIDO NITROSO (INSTITUTO FEDERAL DE MEDIO AMBIENTE 2010)
IPCC: ntergovernmental Panel on Climate
Change (Grupo Intergubernamental de
Expertos sobre el Cambio Climático)
Fe
ia:
an
ión de las disti
porc
nta
pro
s
c
at
eg
Fer
t
iliza
uso agrícola
ntes minerales
Restos de co
sech
org
á
m
s
co
ni
en
Otras fue
ntes
Al
Su e
e
l
os
de
tes
an
liz
Emisiones de óxi
ed
oc
r
p
Amonificación del nitrato
suelos agríc
ola
es de
s
ent
rt i
do
nit
ro
a
so
1
s
ía
de
datos de 20
ntes (
08)
fue
4
or
s
Pérdid
as indirecta
NH4+
T
ambién existe una relación entre la fertilización
nitrogenada y la liberación de óxido nitroso. Al
menos en las condiciones climáticas y de aprovechamiento del terreno de Europa Central, la
deposición de nitrógeno reactivo se considera la
principal causa de las emisiones de óxido nitroso
en terrenos de cultivo y de pasto (Haenel et al.
2010).
El IPCC (2006) estima que actualmente en todo el
mundo las pérdidas medias de nitrógeno en forma
de óxido nitroso rondan el 1,5 % de la cantidad de
nitrógeno utilizada como fertilizante (de ahí, un
1 % son pérdidas directas y un 0,5 % pérdidas indirectas).
eterminados hechos apuntan a que la desnitrificación adquiere mayor relevancia, precisamente, cuando las emisiones de óxido nitroso son
elevadas (Senbayran et al. 2009; Kool 2010). Los
ensayos con nitrógeno marcado (15N) en condiciones prácticas demostraron entre otras cosas que
las pérdidas de fertilizante nitrogenado en forma
de óxido nitroso proceden sobre todo de la desnitrificación.
Desnitrificación
N2O
NO2-
NO
N2O
N2
NO3-
Nitrificación
N2O
Desnitrificación por nitrificadores
NH3
Fig. 3: Emisiones de óxido nitroso procedentes de suelos agrícolas en
Alemania: proporción de las distintas categorías de fuentes (datos de
2008; fuente: Haenel et al. 2010)
NH2OH
NO2-
NO
N2O
?
?
N2
5
Fig. 4: Procesos del óxido nitroso: Generación y transformación del óxido nitroso
(según Wrage et al. 2001; Baggs 2008)
Emisiones de óxido nitroso tras la
fertilización con nitrógeno en
condiciones típicas de Europa Central
Las condiciones por las que se genera óxido nitroso son conocidas en su mayoría, pero sigue habiendo mucha incertidumbre respecto a qué factores intervienen y cómo para generar en última instancia un nivel alto de emisiones.
La aplicación de nitrógeno no induce automáticamente una emisión de óxido
nitroso. El hecho de que se pierda o no fertilizante nitrogenado en forma de
óxido nitroso y su cantidad dependen principalmente de estos parámetros:
E
YY P
roporción de nitrógeno mineral fácilmente disponible en el suelo: la literatura
especializada apunta a la existencia de vínculos inequívocos entre el contenido de
nitrato del suelo y la cantidad del óxido nitroso liberado. Igualmente estrecha sería la
correlación entre las emisiones de óxido nitroso y los excedentes de nitrógeno procedentes de usos agrícolas
n un modelo matemático muy utilizado para estimar en términos globales la liberación
de óxido nitroso procedente de superficies abonadas (Bouwman et al. 2002) se tienen en
cuenta, además de los fertilizantes nitrogenados, los siguientes factores medioambientales,
que determinan en gran medida la magnitud de las emisiones:
YY Forma de utilización del terreno, tipo de cultivo
YY Textura del suelo
YY Presencia de una sustancia orgánica: la vida microbiana se basa también en los
esqueletos de carbono. Los restos de cosecha, así como el estiércol líquido y granja,
proporcionan el medio de subsistencia necesario.
contenido de N-NO3- en el suelo
Fig. 6: Correlación entre contenido de nitratos y
emisiones de óxido nitroso (bareth 2000)
YY Valor pH del suelo
El factor de influencia Fertilización con nitrógeno depende mucho más de la aportación de
nitrógeno (Input) que de la forma de fertilizante nitrogenado que se utiliza.
En consecuencia, el riesgo de emisiones elevadas de óxido nitroso procedente de tierras de
cultivo y de pasto aumenta:
60
En términos globales, el clima y los parámetros del suelo, así como la forma de utilización
del terreno, determinan de manera decisiva la magnitud de las emisiones de óxido nitroso.
YY con el incremento de excedentes de nitrógeno en la superficie
40
YY con la utilización conjunta de nitrógeno mineral y abonos procedentes de
explotaciones agrarias
20
YY Permeabilidad del suelo
En las latitudes tropicales y en los suelos orgánicos (cenagales, etc.) se libera mucho más
óxido nitroso que en los suelos minerales de las latitudes más templadas. Asimismo,
las pérdidas de fertilizante nitrogenado son más elevadas allí. También se pueden generar
emisiones elevadas por cambios en la utilización del terreno (deforestación, roturación de
pastizales).
Fig. 5: DEFORESTACIÓN Y AGRICULTURA INTENSIVA EN LOS TRÓPICOS:
CONDICIONES PREVIAS “ÓPTIMAS” PARA UNAS EMISIONES ELEVADAS DE
ÓXIDO NITROSO
YY con el aumento del contenido de nitrato en los suelos.
Fuentes: Bareth 2000; Bouwman et al. 2002;
Ottow 2011; Ruser et al. 2001; v. Bochove et al. 2000
!
El último punto podría ser determinante en la constatación de
que la urea registra emisiones más bajas de óxido nitroso en comparación con el nitrato de amonio cálcico (NAC).
N2O-pérdida
N2-pérdida
YY Clima del suelo: el óxido nitroso se libera únicamente en determinadas condiciones.
Por lo general, las emisiones elevadas están ligadas a una saturación de humedad
amplia y una escasez de oxígeno. En invierno, los periodos de heladas y deshielos
propician la formación de óxido nitroso, mientras que en verano es el clima húmedo y
cálido del suelo el que favorece su generación.
YY Contenido de humus del suelo
N2 + N2O-pérdida
120
100
N2O-N [µg m-2 h-1]
¿Qué factores influyen en la liberación
de óxido nitroso procedente de suelos
fertilizados?
Denitrifikation – N-pérdida
SABER
80
0
Fertilización con nitrógeno
50
0
120
100
N2O-N [µg m-2 h-1]
SABER
100
150
200
y = 3,6718x - 5,1944
R2 = 0,8097
80
60
40
20
0
N2O
N2O
N2O
6
Nitrat-N [kg N ha -1]
0
N2O
N2O
10
20
30
Barbecho
Trigo
Maíz
Patata
Fig. 7: Influencia de la cantidad de fertilizante
nitrogenado y el contenido de nitrato en el
suelo sobre la magnitud de las emisiones de
óxido nitroso (Ruser et al. 2001)
Fuente de la ilustración: istockphoto; plantaciones
de aceite de palma al noreste de Borneo, Estado de
Sabah (Malasia).
7
CIFRAS Y HECHOS
CIFRAS Y HECHOS
Ganadería y emisiones de óxido nitroso
Los abonos procedentes de explotaciones agrarias no implican obligatoriamente un mayor potencial de pérdidas de óxido nitroso que los fertilizantes minerales. Sin embargo,
al igual que el amoniaco, parece existir una clara relación entre la distribución espacial
de la población animal y la magnitud de las emisiones de gases de efecto invernadero.
Unidades de ganado mayor
en Alemania (GM km-2)
Toneladas de equivalente de CO2 por
hectárea de superficie agrícola utilizada
¿A cuánto ascienden exactamente las pérdidas de
fertilizantes nitrogenados en forma de óxido nitroso
tras una aplicación de nitrógeno?
L
a magnitud real de las pérdidas de óxido nitroso tras una fertilización con nitrógeno es difícil de estimar debido a los numerosos factores de influencia. Además, presenta una elevada variabilidad y es
un motivo controvertido de debate.
Se parte de la base de que una media del 1 % del nitrógeno utilizado para fertilizar se volatiliza directamente en la atmósfera como óxido nitroso (IPCC 2006). A esto se añaden las pérdidas indirectas en forma de emisiones después de la lixiviación y el drenaje de nitratos, así como la deposición de amoniaco
y monóxido de nitrógeno. Éstos suponen apenas un tercio de las pérdidas totales. Con ellos se volatiliza
a la atmósfera casi el 1,5 % del nitrógeno utilizado como fertilizante por medios directos o indirectos.
En la literatura especializada se encuentran afirmaciones relativas a pérdidas más bajas y más altas.
Lægreid & Aastveit (2002) llegaron a la conclusión de que, en promedio, solamente el 0,8 % de la
cantidad de fertilizantes nitrogenados utilizados para abonar en todo el mundo se emite a la atmósfera
en forma de óxido nitroso. Pero también son controvertidas las tasas de pérdidas superiores al 3 %
del nitrógeno reactivo incorporado al suelo, un debate iniciado por la aclamada publicación del Premio
Nobel P. J. Crutzen (2008).
0,01 – 1
1,01 – 2,50
2,51 – 4,0
4,01 – 6,0
6,01 – 9,0
100 o más 4,01 – 6,0
(15)
Más de 15
Entre 75 y 100 (24)
Entre 50 y
75 (41)
Entre 25 y
50 (131)
Entre 10 y
25 (148)
Menos de 10
(80)
Fuente: Statistische Monatshefte
Niedersachsens 7/2006
Fuente: Deutsche Emissionsberichterstattung 2007
?
Abb. 8: RELACIÓN ENTRE CABEZAS DE GANADO Y EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO
E
sta correlación hace referencia, por un lado, a
los elevados excedentes en el balance de nitrógeno de estas zonas. Por otro lado, el abonado
actual con fertilizantes orgánicos y minerales presenta un elevado potencial de pérdidas de óxido
nitroso.
En la ilustración se aprecia claramente que en
muchas zonas con agricultura intensiva las emisiones de óxido nitroso son escasas, incluso con
dosis elevadas de nitrógeno acordes con las necesidades. Lo mismo cabe decir de las fértiles regiones del centro y este de Alemania, así como de
las áreas hortícolas y vitivinícolas del sudoeste.
3,0
1,0
1,5
0,8
8
2,0
?
?
9
CIFRAS Y HECHOS
CIFRAS Y HECHOS
Comparación de formas
de fertilizante nitrogenado
Un factor determinante para el alcance de las emisiones de óxido nitroso es el contenido de nitratos en el suelo. Con ello se abre una horquilla temporal más o menos
importante de reducción de emisiones para los fertilizantes con base de urea, puesto
que el nitrato se produce como consecuencia de la hidrólisis que se da en el curso de la
nitrificación. En esta horquilla temporal pueden prevalecer o introducirse condiciones
que propiciarían una reducción sostenible de las emisiones de óxido nitroso.
A partir de la información estadística disponible,
Stehfest y Bouwman (2006) calcularon no solo el
promedio y la mediana (esta última tiene normalmente un mayor valor informativo para tales series de mediciones), sino que además realizaron
una aproximación bioestadística de los estudios
(REML2), con el fin de evitar una sobrevaloración
de los distintos resultados.
Entre ellas destacan:
Tab. 1: F ACTORES DE EMISIONES DE ÓXIDO NITROSO (TASAS DE PÉRDIDAS DE NITRÓGENO EN %)
SEGÚN Stehfest Y Bouwman (2006)
YY una mayor eliminación de nitrógeno
Fertilizantes nitrogenados:
Urea (UR)
Nitrato de amonio (NA)
Nitrato de amonio cálcico
(NAC)
Promedio
2,22
3,20
2,58
Mediana
0,69
1,41
1,80
Promedio REML
2,30
2,73
2,37
Mediana REML
0,96
1,12
1,56
YY la aireación del suelo mediante cambios en las condiciones climatológicas u organismos
presentes en la tierra
YY la deshidratación por las plantas
¿A cuánto ascienden las
pérdidas de fertilizantes
nitrogenados en el campo?
Factores de emisiones
de óxido nitroso para
fertilizantes minerales
E
E
l valor estándar del IPCC1 para pérdidas directas
de óxido nitroso procedentes de fertilizantes
minerales y de explotaciones agrarias asciende
actualmente al 1 %. La estimación para pérdidas
indirectas corresponde al 1 % del nitrógeno de
amoniaco emitido y al 0,75 % del nitrógeno de
nitratos lixiviado (IPCC 2006). Es necesario utilizar
valores parcialmente más altos como base para
un cálculo con validez internacional: 1,25 % como
pérdidas directas y 2,5 % para el nitrógeno del fertilizante lixiviado. Estas tasas de pérdidas fueron el
resultado de una estimación anterior (IPCC 1996);
su actualización posterior no ha sido aceptada todavía en el marco del Informe de Naciones Unidas
sobre Cambio Climático.
IPCC: Intergovernmental Panel on Climate
Change (Grupo Intergubernamental de
Expertos sobre el Cambio Climático)
1
n la política medioambiental actual, las formas
de fertilizantes nitrogenados no tienen relevancia alguna. Con una nueva valoración de las pérdidas (p.ej. al modo de Crutzen et al. 2008), esta situación podría cambiar. En todo caso, la ciencia sí
ha prestado interés a la valoración de las distintas
formas de fertilizantes nitrogenados con respecto
a su potencial de pérdidas de óxido nitroso.
El compendio de datos más completo existente
actualmente sobre este tema procede de Stehfest
y Bouwman (2006). Después de evaluar casi todos los resultados disponibles y fiables acerca de
las emisiones de óxido nitroso tras una fertilización mineral, estos autores plantean factores de
emisiones (tasas de pérdidas medias de las cantidades de fertilizantes nitrogenados aplicados)
para diversos fertilizantes nitrogenados.
De esta revisión concienzuda y exhaustiva de la
documentación se ha obtenido un ranking inequívoco para la urea, el nitrato de amonio y el nitrato
de amonio cálcico. La urea demuestra ser mucho
mejor que los fertilizantes con nitratos, sobre todo
según se desprende del valor determinante de la
mediana. La revisión bioestadística de los grupos de datos con el objetivo de lograr una mejor
comparabilidad (procedimiento: REML2) pone de
manifiesto una vez más las ventajas de la urea
frente al NAC.
Los ensayos realizados en la Universidad Politécnica de Munich, en los que se comparaban fertilizantes de urea con nitrato de amonio cálcico,
confirman los factores de emisiones de Stehfest
y Bouwman (2006), y demuestran una vez más
que las aplicaciones de urea generan menos emisiones de óxido nitroso que la fertilización con
NAC.
La urea demuestra ser mucho mejor que
los fertilizantes con nitratos.
Las aplicaciones de urea generan
menos emisiones de óxido nitroso
que la fertilización con NAC.
REML: Residual Maximum Likelyhood
Procedure (Procedimiento de Probabilidad
Máxima Residual)
2
8
10
11
CIFRAS Y HECHOS
CIFRAS Y HECHOS
La huella de carbono
¿Qué más se puede hacer?
kg THG CO2 Äquivalent / kg N
16
2
Dado que el óxido nitroso y el metano son gases de efecto invernadero más potentes que el dióxido
de carbono, éstos se multiplican por un determinado factor y se introducen en los cálculos como
0
equivalentes de CO
. En la actualidad,
el óxido nitroso
efecto 300 veces superior
. + NI
UR tiene unUR
UR + NIal COUR
NAC
NAC
2
2
Las emisiones de óxido nitroso tienen una importancia decisiva en la huella de carbono de un
fertilizante nitrogenado. La siguiente ilustración muestra la valoración de los efectos sobre el clima de
los fertilizantes de nitrato de amonio cálcico (NAC), urea (UR) y urea con inhibidores de la nitrificación
(UR + IN).
Para el cálculo de los equivalentes de CO2 se sigue básicamente el procedimiento de Brentrup (2010)
y de Brentrup y Palliere (2008). Para el cálculo de las pérdidas de N2O en el campo se utilizaron los
factores de emisiones de Stehfest y Bouwman (2006).
L
YY adaptación lo más exacta posible de la cantidad de fertilizantes
nitrogenados a las necesidades reales de las plantas, teniendo en
cuenta las reservas del suelo y el crecimiento de las plantas
Fabricación de N2O
Fabricación de CO2
YY (p.ej. fertilización básica con PK adecuada para el lugar,
aseguramiento de la demanda de S, micronutrientes)
14
YY utilización de fertilizantes con un potencial reducido de pérdidas
de nitrógeno (p.ej. urea con un inhibidor de la nitrificación)
3,0
2,5
2,0
1,5
-100
-80
-60
-40
-20
50
4
40
1. fertilización
2
NAC
UR
UR + NI
Fig. 9: HUELLA DE CARBONO DE DIVERSOS FERTILIZANTES NITROGENADOS
2. fertilización nitrato
40
60
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
En este sentido, Akiyama et al. (2010) calcularon
un potencial de reducción del 35 % aproximadamente. Para Alemania se mencionan con frecuencia tasas de disminución superiores al 50 %.
30
20
10
0
01.04.
08.04.
15.04.
22.04.
29.04.
Sin fertilización con nitrógeno
1 fertilización: 150 kg N/ha como NH + IN
+
4
2 fertilizaciones: 70 + 50 kg N/ha como nitrato
Resulta evidente que, con los conocimientos actualmente disponibles, los fertilizantes con
urea representan una mejor elección en todo lo relacionado con la protección del clima.
Los inhibidores de la nitrificación pueden contribuir a reducir aún más las emisiones.
20
La urea tiene, por regla general, un potencial más
bajo de emisiones de óxido nitroso que el NAC.
Se conseguirá una reducción más eficiente de las
emisiones cuando se combine la urea con inhibidores de la nitrificación. Numerosos estudios
científicos avalan esta afirmación.
8
6
0
b) Utilización de inhibidores
de la nitrificación:
YY procedimiento de cultivo óptimo incluyendo selección de
variedades y protección de las plantas
Cálculo de las emisiones de N2O tras la aplicación:
NAC = 1,56 %, UR = 0,96 % de la cantidad de fertilizante aplicada (según Stehfest y Bouwman 2006)
Reducción de N2 por la utilización de inhibidores de la nitrificación: 45 % (según Ruser 2010)
12
3,5
Fig. 10: R
ELACIÓN ENTRE SALDO DE NITRÓGENO Y PÉRDIDAS
DE ÓXIDO NITROSO EN Braunschweig Y Scheyern
(Ruser 2010)
YY técnica de fertilización precisa
0
!
4,0
N-Saldo [kg ha ]-1
N-Saldo
[kg ha ]
16
10
y = 2,38 + 0,023x
r2 = 0,54
4,5
YY suministro equilibrado de todos los nutrientes
g N2O–N ha-1 d-1
Aplicación de CO2
kg GEI equivalente CO2 / kg N
Aplicación de N2O
y = 2,71 + 0,012x
r2 = 0,65
-1
YY calendarios de fertilización ajustados
12
Scheyern
-1
a clave fundamental para reducir con eficacia las pérdidas de fertilizantes
nitrogenados, ya sean nitratos, óxido nitroso o amoniaco, radica en el aseguramiento de la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados.
El aprovechamiento eficiente de los fertilizantes nitrogenados y, con ello, la
fertilización sostenible con nitrógeno se conseguirán allí donde el excedente
en el balance de nitrógeno condicionado por los terrenos (relación entre
input y output de nitrógeno) se mantenga en el nivel más bajo posible.
He aquí algunas medidas para aumentar la eficiencia de los fertilizantes
nitrogenados y reducir las pérdidas:
-1
L
Braunschweig
5,0
2
10
as pérdidas de óxido nitroso en el campo no bastan por sí solas para valorar el impacto medioambiental
8 fertilizantes nitrogenados. Es preciso tener en cuenta el ciclo de vida global de un fertilizante
de los
nitrogenado así como todos los gases de efecto invernadero. Esto se consigue calculando la denominada
huella 6de carbono (en inglés: Carbon Footprint). De esta manera se determinan todas las emisiones de
gases de efecto invernadero (GEI) directas e indirectas, derivadas de la fabricación, el transporte y la
4 de los fertilizantes.
utilización
a) Aumentar la eficiencia de los
fertilizantes nitrogenados
= Evitar los excedentes de nitrógeno
N O-N
ha a ha-1 a-1
kg
N2O-N
14
Parámetro clave para valorar la relevancia para el
12 de la fertilización con nitrógeno
clima
06.05.
13.05.
20.05.
27.05.
03.06.
10.06.
Emisiones (g N2O–N ha-1) del 08/04/1997 hasta el 03/07/1997
Sin fertilización con nitrógeno
110
520
NO3270
NH4+ + NI
Las mediciones durante un año y los estudios a
largo plazo han demostrado que estos efectos
positivos se mantienen hasta entrado el invierno,
por lo que suponen un beneficio constante para
el medio ambiente. De este modo, la utilización
de inhibidores de la nitrificación no posterga las
emisiones de óxido nitroso hasta un momento
posterior, sino que las reduce de manera notable
(Ruser 2010).
Fig. 11: EFECTO DE UN INHIBIDOR DE LA NITRIFICACIÓN (IN), RESULTADOS DE LA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MUNICH OBTENIDOS EN Freising (Kilian 1998)
13
Bibliografía
En un experimento de campo realizado por la Universidad Politécnica de Munich en Freising (Dürnast/
Weihenstephan), la reducción de pérdidas por la utilización de un inhibidor de la nitrificación rondó el
60 %. Además de este efecto positivo, la urea con nitrógeno estabilizado conlleva también ventajas
en cuanto a economía laboral. En el presente ensayo, la urea no estabilizada se aplicó en tres dosis.
La utilización del inhibidor de la nitrificación permitió aplicar la cantidad total de 180 kg N/ha en solo
dos veces.
Tab. 2: E
NSAYO DE CAMPO PARA DETERMINAR EL EFECTO DE UN INHIBIDOR DE LA NITRIFICACIÓN SOBRE LA FERTILIZACIÓN CON UREA,
aporte de Nitrógeno: 180 kg/ha; PERIODO DE MEDICIÓN: DESDE LA PRIMERA APLICACIÓN DE NITRÓGENO HASTa la espigación
(Weber et al. 2004)
Rendimiento en
grano
Absorción de N
Eficiencia del
fertilizante
nitrogenado
Pérdidas de fertilizante nitrogenado
en forma de von
N2O
dt/ha
kg N/ha
%
g N/ha
Sin fertilización con N
39
52
–
–
Urea
83
179
70
187
Urea + IN
84
184
73
75
Forma de fertilizante (aporte
de N: 180 kg)
Reducción de
pérdidas con un IN
60 %
Trenkel (2010) describe que a partir de diversos estudios se constató una reducción de las emisiones de
N2O de entre el 33 % y el 96 % gracias a la utilización de inhibidores de la nitrificación. Estos estudios
fueron realizados por varios científicos utilizando modelos y condiciones al aire libre con diversos cultivos (maíz, trigo de invierno, cebada de verano, pastos) y fertilizantes (urea, sulfato de amonio, nitrosulfato de amonio), en los que los intervalos de observación oscilaron entre los 30 días y los tres años.
Los abonos orgánicos también se estabilizan con inhibidores de la nitrificación. Precisamente en lo
referente a cómo afectan la población animal y las cantidades de estiércol elevadas a las emisiones, el
potencial de reducción del óxido nitroso es especialmente alto. En la Universidad Politécnica de Munich
se estudiaron en 2009 los efectos de la inhibición de la nitrificación tras la aplicación de restos de fermentación procedentes de la producción de biogas.
En las variantes en las que se utilizó un inhibidor, se constataron de manera continuada valores de
NH4+ elevados y una demora en la generación de NO3-. Las emisiones de óxido nitroso se redujeron en
un 75 %. Además, los residuos de fermentación con nitrógeno estabilizado permitieron aumentar el
rendimiento significativamente.
Tab. 3: R
ESTOS DE FERMENTACIÓN CON Y SIN INHIBIDOR DE LA NITRIFICACIÓN, ENSAYO CON MODELO, UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE
MUNICH 2009 (Fuchs Y Schuster 2011)
Variante
EMISIONES DE N2O
Desviación típica
Reducción de emisiones de
óxido nitroso mediante IN
Akiyama H., Yan X., Yagi K. (2010): Evaluation of effectiveness of enhanced-efficiency fertilizers as mitigation options for N2O and NO emissions from agricultural
soils: Meta-analysis. Global Change Biology 16: 1837-1846.
Bareth G. (2000): Emissionen klimarelevanter Gase aus der Landwirtschaft –
Regionale Darstellung und Abschätzung unter Nutzung von GIS am Beispiel des
württembergischen Allgäus. Hohenheimer Bodenkundliche Hefte 56: S. 38.
v. Bochove E., Jones H.G., Prevost D. (2000): Winter fluxes of greenhouse gases from
snow-covered agricultural soil: intra-annual and interannual variations. Global
Biogeochem. Cycles 14: 1-113.
Bouwman A. F., Boumans L. J. M., Batjes H. H. (2002): Modeling global annual N2O
and NO emissions from fertilized fields. Global Biogeochem. Cycles, 16(4): 28-1 to
28-9.
Brentrup F. (2010): Carbon Footprint der Weizenproduktion bei unterschiedlichem
Stickstoff-Düngungsmanagement. KTBL-Schrift 483: 245-257.
Brentrup F., Palliere C. (2008): GHG Emissions and Energy Efficiency in European
Nitrogen Fertiliser Production and Use. Proceedings of the International Fertiliser
Society 639. York, UK. 26 pp.
Crutzen P. J., Mosier A. R., Smith K. A., Winniwarter W. (2008): N2O release from
agro-biofuel production negates global warming reduction by replacing fossil
fuels. Atmos. Chem. Phys. 8: 389-395
Deutscher Bundestag (2010): Ausschussdrucksachen 17(16)37-E und 17(10)101-F:
Antwort des Johann Heinrich von Thünen-Instituts (vTI) zum Thema "Landwirtschaft und Klimaschutz"
Fuchs M. & Schuster C. (2011):Verbesserung der N-Effizienz und Verringerung von
Umweltbeeinflussungen organischer Dünger durch die gezielte Anwendung von
Nitrifikationsinhibitoren. Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 23, 234-235, www.gpw.unibonn.de/pdf/publikationen/Tagungsband_2011.pdf
kg N/ha
Y
!
Restos de fermentación aplicados
0,90
0,25
Restos de fermentación
aplicados +IN
0,22
0,06
75 %
En las variantes en que se utilizaron fertilizantes con nitrógeno estabilizado se constataron
de forma continuada valores de NH4+ elevados y una demora en la generación de NO3-, tal y
como se había previsto. Con la variante de restos de fermentación con nitrógeno estabilizado
se logró un significativo aumento del rendimiento.
Haenel H. D., Freibauer A., Rösemann C., Poddey E., Gensior A., Eurich-Menden B. &
Döhler H. (2010): Emissionen landwirtschaftlich genutzter Böden im Rahmen der
deutschen Klimaberichterstattung. In: KTBL (Ed.): Emissionen landwirtschaftlich
genutzter Böden. KTBL-Schrift 483: 11-25.
IPCC (1996): Revised IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories.
Workbook; Chap. 4.6. Agricultural Soils. Online: http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/
public/gl/guidelin/ch4wb2.pdf
IPCC (2006): Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Vol.4: Agriculture, Forestry and Other Land Use. Online: http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/
public/2006gl/vol4.html
IPCC (2007): Fourth Assessment Report: Climate Change 2007 (AR4). Online:
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_and_data_reports.
shtml
14
Kool D. (2010): On the origin of nitrous oxide and its oxygen. Diss. Univ. Wageningen. 199 pp.
Kilian A. (1998): N-Verluste als Lachgas aus unterschiedlich gedüngten Flächen.
Abschlussbericht 23.3.98, BStMELF, München, 1-36
KTBL, Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (2010): Klimagasen aus dem Acker- und Pflanzenbau auf der Spur; http://www.ktbl.de
Lægreid M., Aastveit A. H. (2002): Nitrous oxide emissions from field-applied fertilizers. In: Petersen & Olesen (Eds.): Greenhouse Gas Inventories for Agriculture in the
Nordic Countries. Proc. Int. Workshop Helsingør, Denmark 24-25 Jan. 2002. DIAS
report - Plant Production 81, 122-134.
Matthes G. ( 2011): Rote Karte für den Klimakiller Lachgas; CHEManager 19/2011
Ottow J.C.G. (2011): Mikrobiologie von Böden. Springer Berlin Heidelberg (ISBN:
978-3-642-00823-8); 500 S.
Randalls S. (2010): History of the 2 °C climate target. In: WIREs Climate Change,
Vol. 1 Issue 4, 2010 doi:DOI: 10.1002/wcc.62
Röver M., Heinemeyer O., Kaiser E. A. (1998): Microbial induced nitrous oxide emissions from an arable soil during winter. Soil Biol. Biochem. 30: 1859-1865.
Ruser R. (2010): Möglichkeiten zur Minderung der Lachgasfreisetzung aus landwirtschaftlich genutzten Böden bei mineralischer Stickstoffdüngung. In: KTBL
(Hrsg.): Emissionen landwirtschaftlich genutzter Böden (ISBN: 978-3-941583-45-0);
KTBL-Schrift 483: 109-120.
Ruser R., Flessa H., Schilling R., Beese F., Munch J.C. (2001). Effect of crop-specific
field management and N fertilization on N2O emissions from a fine-loamy soil.
Nutrient Cycling in Agroecosystems 59: 177-191.
Sat 1 – Clever! - Die Show, die Wissen schafft
http://www.sat1.de/comedy_show/clever/wissensbuch/content/00386/003/
Senbayram M., Chen R., Mühling K.H., Dittert K. (2009): Contribution of nitrification and denitrification to nitrous oxide emissions from soils after application of
biogas waste and other fertilizers. Rapid communications in mass spectrometry
23 (vol. 16): 2489-2498.
Stehfest E., Bouwman L. (2006): N2O and NO emission from agricultural fields
and soils under natural vegetation: summarizing available measurement data
and modeling of global annual emissions. Nutrient Cycling in Agroecosystems 74:
207-228.
Trenkel, M.E. (2010): Slow- and controlled-release and stabilized fertilizers – an
option for enhancing nutrient use efficiency in agriculture, IFA, Paris, France, ISBN
978-2-9523139-7-1
Umweltbundesamt (2010): Submission under the United Nations Framework
Convention on Climate Change and the Kyoto Protocol National Inventory Report
for the German Greenhouse Gas Inventory (NIR) 1990 – 2008. http://unfccc.int/
national_reports/annex_i_ghg_inventories/national_inventories_submissions/
items/5270.php
Umweltbundesamt (2011): Daten zur Umwelt – Umwelt und Landwirtschaft;
http://www.umweltbundesamt-daten-zur-umwelt.de
Weber A., Gutser R., Michel H. J., Wozniak H., Chen G. X., Xu H., Niclas H. J. (2004):
Dicyandiamide and 1H-1,2,4-Triazole – a new effective nitrification inhibitor for
reducing nitrous oxide emissions from cultivated land. In: A. Weiske (Ed.): Greenhouse Gas Emissions from Agriculture – Mitigation Options and Strategies. Proc.
of the int. Conference, February 10-12, 2004 Leipzig, Germany, 273-275.
Wetterau, J. (2007): Rote Karte für Lachgas in der Düngemittelindustrie;
http://www.innovations-report.de/html/biowissenschaften_chemie/bericht-96598.ht
15
Urea: fertilizante nº 1 en el mundo
La urea ostenta el primer puesto mundial entre
los fertilizantes nitrogenados. Su cuota de mercado alcanza en la actualidad casi el 60 %, y
presenta una tendencia al alza. La alimentación
de una población mundial en ascenso depende
hoy y dependerá en el futuro de esta fuente de
nitrógeno de alta pureza, de aplicación segura
y modificable de múltiples maneras.
El nitrógeno carbamida de la urea se transforma en el suelo con relativa rapidez en su forma
de amonio, primero, y, después, en nitrato. La
eficiencia de la urea como nutriente para las
plantas es igual de alta que las otras formas de
nitrógeno. Una fertilización con esta modalidad,
la más rica en nitrógeno de todos los abonos
existentes, permite a las plantas absorber el
nitrato y el amonio, pero también la absorción
directa de la urea, un aspecto poco investigado
todavía.
Los inhibidores de la ureasa o de la nitrificación
permiten incrementar el porcentaje de nitrógeno carbamida y nitrógeno de amonio en el
suelo por tiempo limitado. De esta manera se
reducen las pérdidas de nitrógeno y el fertilizante de urea aplicado puede actuar de manera óptima en las más diversas condiciones
ambientales y de cultivo.
La urea puede presentar pérdidas de amoniaco
mayores en comparación con otras formas de
nitrógeno. El riesgo de traslocación y lixiviación
de nitratos es menor y, además, el óxido nitroso relevante para el clima se libera en menores
cantidades tras una fertilización con urea que
después de una aplicación de nitratos. La urea
ofrece también ventajas en cuanto a la huella
de carbono, un instrumento de medida de los
efectos del fertilizante sobre el clima desde su
fabricación hasta su incidencia sobre el rendimiento y el medio ambiente.
La utilización de inhibidores de la nitrificación
posibilita un recorte drástico tanto de las pérdidas por lixiviación como de las pérdidas de óxido nitroso. Por el contrario, las emisiones altas
de amoniaco después de aplicaciones de urea,
por ejemplo, en regiones subtropicales y tropicales o en suelos alcalinos, se reducen significativamente con los inhibidores de la ureasa.
Más del 86 % de las emisiones de amoniaco
de la agricultura alemana proceden de la ganadería. En cambio, las pérdidas tras una fertilización con urea revisten una menor importancia.
En condiciones medioambientales y de cultivo
típicas de Europa Central, podrían ser considerablemente más bajas de lo especificado en
los inventarios de emisiones de la UE y de la
República Federal de Alemania. Esta es la conclusión de un estudio reciente de la documentación existente sobre el tema.
Numerosas regiones de marcado carácter agrícola y hortícola presentan desde hace años
emisiones y tasas de pérdidas de fertilizante
nitrogenado comparativamente bajas, tanto
para amoniaco como para óxido nitroso. Los excedentes en el balance de nitrógeno se han logrado reducir notablemente, y la eficiencia de
los fertilizantes nitrogenados ha aumentado.
Es preciso intensificar los esfuerzos para cumplir las crecientes exigencias económicas y
ecológicas de la fertilización y la agricultura.
Se podrían satisfacer los requisitos de manera
óptima con fertilizantes de urea, ya sea en su
forma pura, en combinación con otros nutrientes de las plantas o como una especialidad de
nitrógeno estabilizado.
Contacto
SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH
Möllensdorfer Strasse 13
06886 Lutherstadt Wittenberg
www.skwp.de
www.industriekulturstadt-wittenberg.de
Diseño y maquetación
triplex GmbH München
www.triplex.de
Urea Comprobacion de hechos 03
Urea: cómo reducir las emisiones de óxido nitroso