Fertilizante

Fertilizante, sustancia o mezcla química natural o sintética utilizada para enriquecer el suelo y favorecer el crecimiento vegetal. Las plantas no necesitan compuestos complejos, del tipo de las vitaminas o los aminoácidos, esenciales en la nutrición humana, pues sintetizan todos los que precisan. Sólo exigen una docena de elementos químicos, que deben presentarse en una forma que la planta pueda absorber. Dentro de esta limitación, el nitrógeno, por ejemplo, puede administrarse con igual eficacia en forma de urea, nitratos, compuestos de amonio o amoníaco puro.

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Por qué usar fertilizantes

Los suelos vírgenes suelen contener cantidades adecuadas de todos los elementos necesarios para la correcta nutrición de las plantas. Pero cuando una especie determinada se cultiva año tras año en un mismo lugar, el suelo puede agotarse y ser deficitario en uno o varios nutrientes. En tal caso, es preciso reponerlos en forma de fertilizantes. La aplicación de fertilizantes adecuados estimula el crecimiento de las plantas.

De entre los nutrientes necesarios, el aire y el agua aportan hidrógeno, oxígeno y carbono en cantidades inagotables. Casi todos los suelos encierran abundancia de azufre, calcio, hierro y otros nutrientes esenciales. El calcio suele añadirse al suelo, pero su función primordial es reducir la acidez, no actuar como fertilizante en sentido estricto. El nitrógeno se halla presente en la atmósfera en cantidades enormes, pero las plantas no pueden utilizarlo de esta forma; ciertas bacterias proporcionan a las leguminosas el nitrógeno necesario, que toman del aire y lo transforman mediante una serie de reacciones llamadas de fijación de nitrógeno. Los tres elementos que deben contener casi todos los fertilizantes son nitrógeno, fósforo y potasio. En ocasiones, es preciso añadir a éstos pequeñas cantidades de algunos otros, entre ellos boro, cobre y manganeso.

El abono orgánico tiene propiedades orgánicas muy importantes en general por su aporte de nutrientes para los vegetales. Con los fertilizantes orgánicos entran en el suelo muchos elementos nutritivos que realmente son indispensables para las plantas. Desde la antigüedad se usan muchos fertilizantes que contienen uno o varios elementos valiosos para el suelo. Así, el estiércol y el guano contienen nitrógeno, los huesos contienen pequeñas cantidades de nitrógeno y son ricos en fósforo, las cenizas de madera encierran cantidades apreciables de potasio (la proporción depende del tipo de madera). El trébol, la alfalfa y otras leguminosas se intercalan con otras especies en un régimen rotativo y luego se trabajan con el arado para enriquecer el suelo en nitrógeno.

Suele describirse como fertilizante completo cualquiera que contenga los tres elementos; la composición se codifica con ayuda de tres números. Así, un 5-8-7 es un abono (por lo general preparado en polvo o en gránulos) que contiene un 5% de nitrógeno, un 8% de fósforo (calculado en forma de pentóxido de fósforo) y un 7% de potasio (como óxido de potasio).

Aunque esenciales para la agricultura moderna, el abuso de los fertilizantes puede ser nocivo para las plantas, los cultivos y el suelo. Además, la lixiviación de los nutrientes puede causar contaminación del agua y alteraciones como la eutrofización o desarrollo excesivo de la vegetación.

Justus von Liebig escribió en 1840 la Ley del mínimo requerido por las plantas.

Producción de fertilizantes

Todos los proyectos de producción de fertilizantes requieren la fabricación de compuestos que proporcionan los nutrientes para las plantas: nitrógeno, fósforo y potasio, sea individualmente (fertilizantes "simples"), o en combinación (fertilizantes "mixtos").

El amoniaco constituye la base para la producción de los fertilizantes nitrogenados, y la gran mayoría de las fábricas contienen instalaciones que lo proporcionan, sin considerar la naturaleza del producto final. Asimismo, muchas plantas también producen ácido nítrico en el sitio. La materia prima preferida para producir amoníaco es el petróleo y el gas natural; sin embargo, se utiliza carbón, nafta y aceite combustible también. Los fertilizantes nitrogenados más comunes son: amoníaco anhidro, urea (producida con amoníaco y dióxido de carbono), nitrato de amonio (producido con amoniaco y ácido nítrico), sulfato de amonio (fabricado en base a amoníaco y ácido sulfúrico) y nitrato de calcio y amonio, o nitrato de amonio y caliza el resultado de agregar caliza al nitrato de amonio).

Los fertilizantes de fosfato incluyen los siguientes: piedra de fosfato molida, escoria básica (un subproducto de la fabricación de hierro y acero), superfosfato (que se produce al tratar la piedra de fosfato molida con ácido sulfúrico), triple superfosfato (producido al tratar la piedra de fosfato con ácido fosfórico), y fosfato mono y diamónico. Las materias primas básicas son: piedra de fosfato, ácido sulfúrico (que se produce, usualmente, en el sitio con azufre elemental), y agua.

Todos los fertilizantes de potasio se fabrican en base a salmueras o depósitos subterráneos de potasa. Las formulaciones principales son cloruro de potasio, sulfato de potasio y nitrato de potasio.

Se pueden producir fertilizantes mixtos, mezclándolos en seco, granulando varios fertilizantes intermedios mezclados en solución, o tratando la piedra de fosfato con ácido nítrico (nitrofosfatos).

Impactos ambientales potenciales

Los impactos socioeconómicos positivos de esta industria son obvios: los fertilizantes son críticos para lograr el nivel de producción agrícola necesario para alimentar la población mundial, rápidamente creciente. Además, hay impactos positivos indirectos para el medio ambiente natural que provienen del uso adecuado de estas sustancias; por ejemplo, los fertilizantes químicos permiten intensificar la agricultura en los terrenos existentes, reduciendo la necesidad de expandirla hacia otras tierras que puedan tener usos naturales o sociales distintos.

Sin embargo, los impactos ambientales negativos de la producción de fertilizantes pueden ser severos. Las aguas servidas constituyen un problema fundamental. Pueden ser muy ácidas o alcalinas y, dependiendo del tipo de planta, pueden contener algunas sustancias tóxicas para los organismos acuáticos, si las concentraciones son altas: amoniaco o los compuestos de amonio, urea de las plantas de nitrógeno, cadmio, arsénico, y fósforo de las operaciones de fosfato, si está presente como impureza en la piedra de fosfato. Además, es común encontrar en los efluentes, sólidos totales suspendidos, nitrato y nitrógeno orgánico, fósforo, potasio, y (como resultado), mucha demanda de oxígeno bioquímico (DOB5); y, con la excepción de la demanda de oxígeno bioquímico, estos contaminantes ocurren también en las aguas lluvias que escurren de las áreas de almacenamiento de los materiales y desechos. Es posible diseñar plantas de fosfato de tal manera que no se produzcan descargas de aguas servidas, excepto en el caso del rebosamiento de una piscina de evaporación durante las temporadas de excesiva lluvia, pero esto no siempre es práctico.

Los productos de fertilizantes terminados también son posibles contaminantes del agua; su uso excesivo e inadecuado puede contribuir a la eutrofización de las aguas superficiales o contaminación con nitrógeno del agua freática. Además, la explotación de fosfato puede causar efectos negativos. Estos deben ser tomados en cuenta, cuando se predicen los impactos potenciales de proyectos que incluyan las operaciones de extracción nueva o expandida, sea que la planta está situada cerca de la mina o no (ver la sección: "Extracción y Procesamiento de Minerales").

Los contaminantes atmosféricos contienen partículas provenientes de las calderas, trituradores de piedra de fosfato, fósforo (el contaminante atmosférico principal que se originan en las plantas de fosfato), neblina ácida, amoníaco, y óxidos de azufre y nitrógeno. Los desechos sólidos se producen principalmente en las plantas de fosfato, y consisten usualmente en ceniza (si se emplea carbón para producir vapor para el proceso), y yeso (que puede ser considerado peligroso debido a su contenido de cadmio, uranio, gas de radón y otros elementos tóxicos de la piedra de fosfato).

La fabricación y manejo de ácido sulfúrico y nítrico representa un riesgo de trabajo y peligro para la salud, muy grande. Los accidentes que producen fugas de amoníaco pueden poner en peligro no solamente a los trabajadores de la planta, sino también a la gente que vive o trabaja en los lugares aledaños. Otros posibles accidentes son las explosiones, y las lesiones de ojos, nariz, garganta y pulmones.

Como algunos de los impactos que se han mencionado pueden ser evitados completamente, o atenuados más exitosamente a menor costo, si se escoge el sitio con cuidado. (ver, conjuntamente con este capítulo: "Ubicación de Plantas y Desarrollo de Parques Industriales"

Sin embargo se debe de entender el empleo de fertilizantes orgánicos, y lo mismo que de minerales, como un modo importante de intervención del hombre en el ciclo de sustancias de la agricultura. A través de los animales cuyos excrementos son aprovechados, pasan nitrógeno, fósforo, potasio y otros nutrientes a los excrementos.

Temas especiales

Desechos sólidos

Son complejos los desechos sólidos que se producen durante la fabricación de fertilizantes, y estos no pueden ser arrojados, indiscriminadamente, en el suelo. Los materiales potencialmente peligrosos contienen: catalizadores de vanadio, provenientes de las plantas de ácido sulfúrico, y lodos de arsénico, de las fábricas de ácido sulfúrico que utilizan piritas; requieren un manejo y eliminación especial. Si el yeso está contaminado con metales tóxicos, puede ser difícil eliminarlo. La eliminación de la ceniza de las plantas de amoniaco que utilizan gasificación de carbón puede ser un problema. El área de terreno debe ser suficiente para poder colocar almacenar adecuadamente los desperdicios sólidos. Existen oportunidades para reutilizar estos desechos sólidos y éstas deben ser evaluadas para cada proyecto (ver el siguiente párrafo). El diseño del proyecto debe identificar las medidas definitivas necesarias para eliminar los desechos sólidos, las cuales deben evaluarlas completamente en y los estudios de factibilidad.

Reducción de los desperdicios

Se emplean importantes cantidades de agua en la industria de fertilizantes, para los procesos, enfriamiento, y operación de los equipos de mitigación de la contaminación. Los desechos líquidos se originan en los procesos, torres de enfriamiento y purgación de las calderas, causando derrames, fugas y escurrimiento. Sin embargo, existe la oportunidad de reutilizar estas aguas dentro de las plantas, y reducir las demandas de la planta sobre las existencias locales. Por ejemplo, el agua servida que proviene de la producción de ácido fosfórico puede ser utilizada, nuevamente, como agua de proceso en la misma planta. Otras aguas servidas pueden ser empleadas en los condensadores, lavadores de gases y sistemas de enfriamiento.

El yeso de las plantas de fertilizantes de fosfato, puede ser utilizado en la fabricación de cemento y producción de bloques para la construcción, y planchas de yeso. Además, se utiliza el yeso para cubrir los rellenos sanitarios. Si está contaminado con metales tóxicos o material radiactivo, requerirá un tratamiento especial.

Las empresas de agua potables de los Estados Unidos emplean ácido hidrofluosilícico ampliamente, para fluorización porque, como desecho de la producción de fertilizantes de fosfato, es mucho menos costoso que fluoruro de sodio. Se transporta el ácido grandes distancias en los Estados Unidos, pero, en general, su exportación no es económicamente atractiva. Sin embargo, pueden presentarse circunstancias en las que pueda ser reutilizado por un país en desarrollo, especialmente después de convertirlo en una sal de sodio. Además, el ácido puede ser utilizado para producir fluoruro de aluminio.

Amoniaco

La producción, uso y almacenamiento de amoníaco requiere un diseño acertado, buen mantenimiento y monitorización, para reducir al mínimo el riesgo de fugas o explosiones accidentales. Es esencial tener un plan de contingencia para proteger al personal de la planta y las comunidades aledañas.

Alternativas del Proyecto

Selección del sitio

Los temas generales que han de ser considerados durante la selección del sitio para una planta industrial destinada a la producción de fertilizantes se presentan en la sección: "Ubicación de Plantas y Desarrollo de Parques Industriales". La naturaleza de la producción de fertilizantes es tal que los impactos sobre la calidad del agua, y los de la extracción de las materias primas y transporte de los materiales al granel a la planta y fuera de ésta, merecen especial atención durante la evaluación de los sitios alternativos. Si la calidad de las aguas de recepción es inferior, o el caudal es insuficiente, son inadecuadas, han para recibir los efluentes bien tratados. Si la demanda de materia prima para una planta de fosfato requiere la apertura de canteras adicionales, éstas deben ser identificadas (si son conocidas), y sus impactos ambientales deben ser considerados como parte del proyecto.

Proceso de fabricación

Aunque existe una variedad de alternativas para la planificación y ejecución de los proyectos, generalmente, las materias primas que están disponibles y la demanda para los productos terminados específicos, limitan el tipo de proceso de fabricación de fertilizantes que se puede utilizar. Al tratarse de un proceso de ácido fosfórico, la calidad del subproducto de yeso puede ser un parámetro: el proceso hemihidrato puede producir yeso que sirva, directamente, como aditivo para la fabricación de cemento.

Las plantas de coquificación de hierro y acero son una fuente de materia prima alternativa, pero limitada, para la producción de fertilizantes de sulfato de amonio (producido de amoniaco y ácido sulfúrico); el sulfato de amoniaco es un subproducto de la producción de coque, y también de la producción de caprolactam (nylon). El gas natural, el petróleo, la nafta y el carbón son materias primas alternativas para la producción de amoniaco. El azufre y las piritas son opciones para la producción de ácido sulfúrico.

El gas natural, el petróleo y el carbón son diferentes combustibles que pueden servir para generar vapor en las plantas de fertilizantes.

Control de la contaminación atmosférica

Se deben considerar las siguientes medidas para controlar las emisiones atmosféricas que emanan de las operaciones de las plantas: diseño del proceso y selección de los equipos, precipitadores electrostáticos, lavadores de los gases de escape, filtros y ciclones.

Control de la calidad del agua

Se puede controlar la contaminación del agua causada por la descarga de efluentes o el escurrimiento proveniente de las pilas de desechos, si el monitoreo es adecuado. El diseño del proyecto debe contemplar las siguientes opciones, con respecto al tratamiento de las aguas servidas y de enjuague:

• reutilización de las aguas servidas;
• intercambio iónico o filtración de membrana (plantas de ácido fosfórico);
• neutralización de las aguas servidas ácidas o alcalinas;
• sedimentación, floculación y filtración de los sólidos suspendidos;
• uso de las aguas servidas para riego;
• tratamiento biológico (nutrificación-desnutrificación).

Administración y capacitación

Los impactos potenciales de los procesos de fabricación de fertilizantes sobre el aire, el agua y el suelo, implican la necesidad de tener un apoyo institucional, para asegurar que sea eficiente, la supervisión del manejo de los materiales, y para controlar la contaminación y reducir los desperdicios. Se debe capacitar al personal de la planta en las técnicas empleadas para controlar la contaminación del aire y el agua. A menudo, los fabricantes de los equipos, provienen la capacitación necesaria en cuanto a su operación y mantenimiento. Se deben establecer procedimientos normales de operación de la planta, para que sean implementados por la gerencia. Estos deben incluir la operación de los equipos que controlan la contaminación, requerimientos en cuanto a la monitorización de la calidad del aire y el agua, instrucciones a los operadores a fin de prevenir las emisiones malolientes, y directrices con respecto a la notificación de las autoridades competentes en el caso de una descarga casual de contaminantes. Se debe mejorar el manejo de las sustancias tóxicas y peligrosas mediante el uso de detectores alarmas etc y capacitación especial ara el personal operativo.

Son necesarios los procedimientos de emergencia a fin de implementar acción rápida y efectiva en el caso de que ocurran accidentes, (p.ej., derrames, incendios y/o explosiones mayores), que representen graves riesgos para el medio ambiente o la comunidad circundante. Frecuentemente, los funcionarios y agencias del gobierno local, así como los servicios comunitarios (médicos, bomberos, etc.), juegan un papel clave en este tipo de emergencia; por eso, deben ser incluidos en el proceso de planificación. Los ejercicios periódicos son componentes importantes de los planes de respuesta. (Ver la sección: "Manejo de Peligros Industriales", para mayores detalles.)

Se deben establecer e implementar normas de salud y seguridad en la planta, incluyendo las siguientes:

• Provisiones para prevenir y responder a fugas casuales de amoníaco o derrames fortuitos de Acido sulfúrico, fosfórico o nítrico;
• Procedimientos para reducir al mínimo el peligro de explosión del nitrato de calcio y amonio;
• Procedimientos para asegurar que la exposición a los vapores de amoníaco y óxido de nitrógeno (plantas de fertilizantes nitrogenados), a los vapores de di y trióxido de azufre, y a la neblina de ácido sulfúrico, sea inferior a las normas fijadas por el Banco Mundial;
• Un programa de exámenes médicos rutinarios;
• Capacitación permanente sobre la salud y seguridad en la planta, y buenas prácticas de limpieza ambiental;

(Para mayores detalles, ver Occupational Health and Safety Guidelines del Banco Mundial, y los siguientes capítulo: "Manejo de Peligros Industriales", "Manejo de Materiales Peligrosos", y Ubicación de Plantas y Desarrollo de Parques Industriales.")

Se deben fijar normas para las emisiones y efluentes de la planta, en base a los reglamentos nacionales, si existen; caso contrario, deben establecerse de acuerdo a los lineamientos del Banco Mundial. Las agencias gubernamentales que tienen la responsabilidad de monitorear la calidad del aire y el agua, operar los equipos de control de la contaminación, implementar las normas, y vigilar las actividades de eliminación de desperdicios, pueden requerir capacitación especializada y deben tener la autoridad y equipos necesarios. La evaluación ambiental debe incluir la valorización de la capacidad local en este respecto, y recomendar la incorporación, en el proyecto, de los elementos apropiados de asistencia.

Monitoreo

Los planes específicos de monitoreo de las plantas de fertilizantes y los sitios dependen del caso y deben incluir:

• la opacidad del gas de la chimenea en forma continua;
• pruebas periódicas (plantas de fosfato, solamente) para detectar las emisiones de partículas, compuestos de flúor, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre;
• control de los óxidos de azufre en las plantas de ácido sulfúrico y de los óxidos de nitrógeno de las de ácido nítrico;
• pruebas periódicas (plantas de nitrógeno, solamente) para verificar las emisiones de partículas, amoníaco y óxidos de nitrógeno;
• parámetros del proceso (continuo) que verifiquen la operación de los equipos que controlan la contaminación atmosférica (p.ej., los registros de la temperatura del gas de la chimenea indicarán si los lavadores están fuera de servicio);
• la calidad del aire del lugar de trabajo para detectar los siguientes contaminantes, según el tipo de planta y proceso: óxidos de nitrógeno, amoniaco, dióxido de azufre, compuestos de fluoro y partículas;
• la calidad del aire ambiental alrededor de las plantas para verificar la presencia de los contaminantes correspondientes;
• la calidad de las aguas de recepción, aguas abajo, para controlar la presencia de oxigeno disuelto y los contaminantes correspondientes;
• el control del pH (continuo) de las corrientes de desechos líquidos, así como los sólidos totales suspendidos o disueltos, amoníaco, nitratos, nitrógeno orgánico, fósforo, Demanda de Oxigeno Bioquímico (DOB5), aceite y grasa (si se utiliza aceite combustible);
• las descargas de agua lluvia para detectar la presencia de fósforo, compuestos de fluoro, sólidos totales suspendidos y el pH;
• yeso para controlar el contenido de cadmio y otros metales pesados y radioactividad;
• las áreas de trabajo de todas las plantas, a fin de control los niveles de ruido;
• el pH de las aguas de recepción, así como los sólidos totales suspendidos, y la calidad del aire ambiental para controlar la presencia de partículas;
• las pilas de acopio de yeso y las piscinas, para controlar el escurrimiento e infiltración;
• inspecciones para asegurar que se cumplan los procedimientos de seguridad y de control de la contaminación, así como los programas adecuados de mantenimiento.

Véase también

• Biofertilizante
• Impacto ambiental potencial
• Guano
• Dolomita

Enlaces externos

• Diferencias entre abonos y fertilizantes
• Fertilizantes líquidos
• Hilo de inforjardin comentando como se determina la composicion de un fertilizante y si esos valores son adecuados o no