Fertilizante

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Antecedentes

O fertilizante é uma substância adicionada ao solo para melhorar o crescimento e a produtividade das plantas. Usado pela primeira vez por fazendeiros antigos, a tecnologia de fertilizantes se desenvolveu significativamente à medida que as necessidades químicas das plantas em crescimento eram descobertas. Os fertilizantes sintéticos modernos são compostos principalmente de nitrogênio, fósforo e compostos de potássio com nutrientes secundários adicionados. O uso de fertilizantes sintéticos melhorou significativamente a qualidade e a quantidade dos alimentos disponíveis hoje, embora seu uso a longo prazo seja debatido por ambientalistas.

Como todos os organismos vivos, as plantas são feitas de células. Dentro dessas células ocorrem inúmeras reações químicas metabólicas que são responsáveis ​​pelo crescimento e reprodução. Como as plantas não comem alimentos como os animais, elas dependem dos nutrientes do solo para fornecer os produtos químicos básicos para essas reações metabólicas. O fornecimento desses componentes no solo é limitado, entretanto, e conforme as plantas são colhidas, ele diminui, causando uma redução na qualidade e na produtividade das plantas.

Os fertilizantes substituem os componentes químicos retirados do solo pelo cultivo das plantas. No entanto, eles também são projetados para melhorar o potencial de crescimento do solo, e os fertilizantes podem criar um ambiente de cultivo melhor do que o solo natural. Eles também podem ser ajustados para se adequar ao tipo de cultura que está sendo cultivada. Normalmente, os fertilizantes são compostos de compostos de nitrogênio, fósforo e potássio. Eles também contêm oligoelementos que melhoram o crescimento das plantas.

Os principais componentes dos fertilizantes são nutrientes vitais para o crescimento das plantas. As plantas usam nitrogênio na síntese de proteínas, ácidos nucléicos e hormônios. Quando as plantas são deficientes em nitrogênio, elas são marcadas por crescimento reduzido e amarelecimento das folhas. As plantas também precisam de fósforo, um componente dos ácidos nucléicos, fosfolipídios e várias proteínas. Também é necessário fornecer energia para impulsionar as reações químicas metabólicas. Sem fósforo suficiente, o crescimento da planta é reduzido. O potássio é outra substância importante que as plantas obtêm do solo. É usado na síntese de proteínas e outros processos essenciais da planta. Amarelecimento, manchas de tecido morto e caules e raízes fracas são indicadores de plantas com falta de potássio.

Cálcio, magnésio e enxofre também são materiais importantes no crescimento das plantas. Eles são incluídos apenas em fertilizantes em pequenas quantidades, no entanto, uma vez que a maioria dos solos contém naturalmente uma quantidade suficiente desses componentes. Outros materiais são necessários em quantidades relativamente pequenas para o crescimento das plantas. Esses micronutrientes incluem ferro, cloro, cobre, manganês, zinco, molibdênio e boro, que funcionam principalmente como cofatores em reações enzimáticas. Embora possam estar presentes em pequenas quantidades, esses compostos não são menos importantes para o crescimento e, sem eles, as plantas podem morrer.

Muitas substâncias diferentes são usadas para fornecer os nutrientes essenciais necessários para um fertilizante eficaz. Estes compostos podem ser extraídos ou isolados de fontes de ocorrência natural. Os exemplos incluem nitrato de sódio, algas marinhas, ossos, guano, potássio e rocha fosfática. Os compostos também podem ser sintetizados quimicamente a partir de matérias-primas básicas. Isso inclui coisas como amônia, ureia, ácido nítrico e fosfato de amônio. Uma vez que esses compostos existem em vários estados físicos, os fertilizantes podem ser vendidos como sólidos, líquidos ou lamas.

História

O processo de adição de substâncias ao solo para melhorar sua capacidade de crescimento foi desenvolvido nos primórdios da agricultura. Os fazendeiros antigos sabiam que os primeiros rendimentos em um lote de terra eram muito melhores do que os dos anos subsequentes. Isso fez com que eles se mudassem para novas áreas não cultivadas, que novamente apresentavam o mesmo padrão de produção reduzida ao longo do tempo. Eventualmente, foi descoberto que o crescimento das plantas em um lote de terra poderia ser melhorado espalhando estrume animal por todo o solo.

Com o tempo, a tecnologia de fertilizantes tornou-se mais refinada. Novas substâncias que melhoraram o crescimento das plantas foram descobertas. Os egípcios são conhecidos por terem adicionado cinzas de ervas daninhas queimadas ao solo. Os antigos escritos gregos e romanos indicam que vários excrementos de animais eram usados, dependendo do tipo de solo ou planta cultivada. Nessa época, também se sabia que o cultivo de leguminosas em parcelas antes do cultivo do trigo era benéfico. Outros tipos de materiais adicionados incluem conchas do mar, argila, resíduos vegetais, resíduos de diferentes processos de fabricação e outros tipos de lixo.

A pesquisa organizada em tecnologia de fertilizantes começou no início do século XVII. Os primeiros cientistas, como Francis Bacon e Johann Glauber, descrevem os efeitos benéficos da adição de salitre ao solo. Glauber desenvolveu o primeiro fertilizante mineral completo, que era uma mistura de salitre, cal, ácido fosfórico, nitrogênio e potássio. À medida que as teorias químicas científicas se desenvolveram, as necessidades químicas das plantas foram descobertas, o que levou a melhores composições de fertilizantes. O químico orgânico Justus von Liebig demonstrou que as plantas precisam de elementos minerais como nitrogênio e fósforo para crescer. Pode-se dizer que a indústria de fertilizantes químicos teve seu início com uma patente concedida a Sir John Lawes, que delineou um método para produzir uma forma de fosfato que era um fertilizante eficaz. A indústria de fertilizantes sintéticos experimentou um crescimento significativo após a Primeira Guerra Mundial, quando as instalações que produziam amônia e nitratos sintéticos para explosivos foram convertidas para a produção de fertilizantes à base de nitrogênio.

Matérias-primas

Os fertilizantes descritos aqui são fertilizantes compostos compostos de fertilizantes primários e nutrientes secundários. Estes representam apenas um tipo de fertilizante, e outros tipos de nutrientes individuais também são feitos. As matérias-primas, na forma sólida, podem ser fornecidas aos fabricantes de fertilizantes em grandes quantidades de milhares de toneladas, em tambores ou em tambores de metal e recipientes de sacos.

Os fertilizantes primários incluem substâncias derivadas de nitrogênio, fósforo e potássio. Várias matérias-primas são usadas para produzir esses compostos. Quando a amônia é usada como fonte de nitrogênio em um fertilizante, um método de produção sintética requer o uso de gás natural e ar. O componente de fósforo é feito com enxofre, carvão e rocha fosfática. A fonte de potássio vem do cloreto de potássio, um componente primário do potássio.

Nutrientes secundários são adicionados a alguns fertilizantes para ajudar a torná-los mais eficazes. O cálcio é obtido a partir do calcário, que contém carbonato de cálcio, sulfato de cálcio e carbonato de cálcio e magnésio. A fonte de magnésio nos fertilizantes é derivada da dolomita. O enxofre é outro material extraído e adicionado a fertilizantes. Outros materiais extraídos incluem ferro de sulfato ferroso, cobre e molibdênio de óxido de molibdênio.

O processo de fabricação

Fábricas totalmente integradas foram projetadas para produzir fertilizantes compostos. Dependendo da composição real do produto final, o processo de produção será diferente de fabricante para fabricante.

Componente de fertilizante de nitrogênio

• 1 A amônia é um componente de fertilizante de nitrogênio que pode ser sintetizado a partir de matérias-primas caras. Como o nitrogênio constitui uma porção significativa da atmosfera terrestre, foi desenvolvido um processo para produzir amônia do ar. Nesse processo, gás natural e vapor são bombeados para um grande recipiente. Em seguida, o ar é bombeado para o sistema e o oxigênio é removido pela queima de gás natural e vapor. Isso deixa principalmente nitrogênio, hidrogênio e dióxido de carbono. O dióxido de carbono é removido e a amônia é produzida pela introdução de uma corrente elétrica no sistema. Catalisadores como magnetita (Fe ₃ O ₄ ) têm sido usados ​​para melhorar a velocidade e a eficiência da síntese de amônia. Todas as impurezas são removidas da amônia, e ela é armazenada em tanques até ser processada.
• 2 Embora a própria amônia às vezes seja usada como fertilizante, muitas vezes é convertida em outras substâncias para facilitar o manuseio. O ácido nítrico é produzido pela primeira mistura de amônia e ar em um tanque. Na presença de um catalisador, ocorre uma reação que converte a amônia em óxido nítrico. O óxido nítrico é posteriormente reagido na presença de água para produzir ácido nítrico.
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  3 O ácido nítrico e a amônia são usados ​​para fazer nitrato de amônio. Este material é um bom componente de fertilizante porque possui uma alta concentração de nitrogênio. Os dois materiais são misturados em um tanque e ocorre uma reação de neutralização, produzindo nitrato de amônio. Este material pode então ser armazenado até que esteja pronto para ser granulado e misturado com os outros componentes do fertilizante.
  
  
  

Componente de fertilizante de fósforo

• 4 Para isolar o fósforo da rocha fosfática, ele é tratado com ácido sulfúrico, produzindo ácido fosfórico. Parte desse material reage posteriormente com ácido sulfúrico e ácido nítrico para produzir um superfosfato triplo, uma excelente fonte de fósforo na forma sólida.
• 5 Parte do ácido fosfórico também reage com a amônia em um tanque separado. Essa reação resulta em fosfato de amônio, outro bom fertilizante primário.

Componente de fertilizante de potássio

• 6 O cloreto de potássio é normalmente fornecido a fabricantes de fertilizantes a granel. O fabricante o converte em uma forma mais utilizável, granulando-o. Isso facilita a mistura com outros componentes do fertilizante na próxima etapa.

Granulação e mistura

• 7 Para produzir fertilizantes da forma mais utilizável, cada um dos diferentes compostos, nitrato de amônio, cloreto de potássio, fosfato de amônio e superfosfato triplo são granulados e misturados. Um método de granulação envolve colocar os materiais sólidos em um tambor rotativo com um eixo inclinado. À medida que o tambor gira, pedaços do fertilizante sólido assumem pequenas formas esféricas. Eles são passados ​​por uma tela que separa as partículas de tamanho adequado. Uma camada de pó inerte é então aplicada às partículas, mantendo cada uma delas discreta e inibindo a retenção de umidade. Por fim, as partículas são secas, completando o processo de granulação.
• 8 Os diferentes tipos de partículas são misturados em proporções apropriadas para produzir um fertilizante composto. A mistura é feita em um grande tambor de mistura que gira um número específico de voltas para produzir a melhor mistura possível. Após a mistura, o fertilizante é despejado em uma esteira transportadora, que o transporta até a ensacadora.

Saco

• 9 Os fertilizantes são normalmente fornecidos aos agricultores em grandes sacos. Para encher esses sacos, o fertilizante é primeiro colocado em uma grande tremonha. Uma quantidade apropriada é liberada da tremonha para uma bolsa que é mantida aberta por um dispositivo de fixação. A bolsa fica sobre uma superfície vibratória, o que permite uma melhor embalagem. Quando o enchimento é concluído, o saco é transportado na vertical para uma máquina que o fecha. A sacola é então transportada para um paletizador, que empilha várias sacolas, preparando-as para envio aos distribuidores e, eventualmente, aos agricultores.

Controle de qualidade

Para garantir a qualidade do fertilizante produzido, os fabricantes monitoram o produto em cada etapa da produção. As matérias-primas e os produtos acabados são todos submetidos a uma bateria de testes físicos e químicos para comprovar que atendem às especificações previamente desenvolvidas. Algumas das características testadas incluem pH, aparência, densidade e ponto de fusão. Como a produção de fertilizantes é regulamentada pelo governo, os testes de análise de composição são executados em amostras para determinar o teor de nitrogênio total, teor de fosfato e outros elementos que afetam a composição química. Vários outros testes também são realizados, dependendo da natureza específica da composição do fertilizante.

Subprodutos / resíduos

Uma quantidade relativamente pequena de nitrogênio contido nos fertilizantes aplicados ao solo é realmente assimilada pelas plantas. Muito é levado para os corpos d'água circundantes ou filtrado para o lençol freático. Isso adicionou quantidades significativas de nitratos à água consumida pelo público. Alguns estudos médicos sugeriram que certos distúrbios dos sistemas urinário e renal são resultado do excesso de nitratos na água potável. Pensa-se também que isso é particularmente prejudicial para bebês e pode até ser potencialmente cancerígeno.

Os nitratos contidos nos fertilizantes não são considerados prejudiciais por si próprios. No entanto, certas bactérias no solo convertem nitratos em íons nitrito. A pesquisa mostrou que quando os íons de nitrito são ingeridos, eles podem entrar na corrente sanguínea. Lá, eles se ligam à hemoglobina, proteína responsável pelo armazenamento de oxigênio. Quando um íon nitrito se liga à hemoglobina, ele perde sua capacidade de armazenar oxigênio, resultando em sérios problemas de saúde.

As nitrosaminas são outro subproduto potencial dos nitratos nos fertilizantes. Eles são o resultado de uma reação química natural de nitratos. Foi demonstrado que as nitrosaminas causam tumores em animais de laboratório, alimentando o medo de que o mesmo possa acontecer em humanos. No entanto, não houve nenhum estudo que mostre uma ligação entre o uso de fertilizantes e tumores humanos.

O Futuro

A pesquisa de fertilizantes está atualmente se concentrando na redução dos impactos ambientais prejudiciais do uso de fertilizantes e na descoberta de novas fontes de fertilizantes menos caras. As coisas que estão sendo investigadas para tornar os fertilizantes mais ecológicos são métodos de aplicação aprimorados, fornecendo fertilizantes em uma forma menos suscetível ao escoamento e fazendo misturas mais concentradas. Novas fontes de fertilizantes também estão sendo investigadas. Verificou-se que o lodo de esgoto contém muitos dos nutrientes necessários para um bom fertilizante. Infelizmente, ele também contém certas substâncias como chumbo, cádmio e mercúrio em concentrações que podem ser prejudiciais às plantas. Esforços estão em andamento para remover os elementos indesejados, tornando este material um fertilizante viável. Outra fonte que está sendo desenvolvida são os adubos. Os primeiros fertilizantes foram adubos, porém, eles não são utilizados em grande escala porque seu manuseio tem se mostrado muito caro. Quando a tecnologia melhorar e os custos forem reduzidos, esse material será um novo fertilizante viável.