Superfosfato

El superfosfato es un fertilizante químico sintetizado por primera vez en la década de 1840 mediante la reacción de huesos con ácido sulfúrico . Posteriormente, el proceso se perfeccionó haciendo reaccionar coprolitos de fosfato con ácido sulfúrico. Más tarde, se descubrieron y utilizaron otros depósitos ricos en fosfato, como la fosforita . El fosfato soluble es un nutriente esencial para todas las plantas, y la disponibilidad de superfosfato revolucionó la productividad agrícola.

Los primeros fertilizantes ricos en fosfato se elaboraban a partir de guano , estiércol animal o huesos triturados. ^{[ 1 ]} Estos recursos eran tan valiosos durante la Revolución Industrial que se saquearon cementerios y catacumbas de toda Europa en busca de huesos humanos para satisfacer la demanda. ^{[ 1 ]}

En 1842, el reverendo John Stevens Henslow encontró coprolitos —excremento de dinosaurio fosilizado— en los acantilados del sur de Suffolk , en Inglaterra. Estaba al tanto de investigaciones previas realizadas en Dorset por William Buckland, que demostraban que los coprolitos eran ricos en fosfato, el cual podía ser aprovechado por las plantas mediante su disolución en ácido sulfúrico. John Bennet Lawes , agricultor de Hertfordshire , se enteró de estos descubrimientos y llevó a cabo su propia investigación en su granja de Rothamsted (posteriormente una estación de investigación agrícola), denominando al producto resultante «superfosfato de cal». ^{[ 2 ]} Patentó el descubrimiento y, en 1842, comenzó a producir superfosfato a partir de excremento de dinosaurio fosilizado a escala industrial; este fue el primer fertilizante químico producido en el mundo. ^{[ 1 ]}

Edward Packard , reconociendo la importancia del trabajo de Lawes, transformó un molino en Ipswich para producir este nuevo fertilizante a partir de coprolitos extraídos en el pueblo de Kirton . En la década de 1850, trasladó su planta a Bramford, junto a una fábrica similar operada por Joseph Fisons. Estas instalaciones estaban destinadas a formar parte de la compañía de fertilizantes Fisons . La calle donde se ubicaba el molino original aún se llama Calle Coprolito . ^{[ 3 ]}

Todas las plantas y animales necesitan compuestos de fósforo para llevar a cabo su metabolismo normal, aunque en el caso de las plantas este puede constituir tan solo un 2 % de su materia seca. ^{[ 4 ]} El fósforo puede presentarse en forma de fosfatos inorgánicos solubles o compuestos orgánicos que lo contienen. En la célula viva, la energía se acumula o se gasta mediante una compleja gama de procesos bioquímicos que implican la transformación del trifosfato de adenosina en difosfato de adenosina cuando se gasta energía y viceversa cuando se acumula, como en la fotosíntesis . ^{[ 5 ]}

El superfosfato es relativamente barato ^{[ 6 ]} en comparación con otras fuentes de fosfato disponibles. Su menor precio contribuye a su amplia adopción, especialmente en regiones en desarrollo donde los costos de los insumos agrícolas son una consideración importante. ^{[ 7 ]}

El destino de los fosfatos en el suelo es complejo, ya que forman complejos fácilmente con otros minerales como arcillas y sales de aluminio y hierro, ^{[ 4 ]} y generalmente no están disponibles para las plantas, excepto por la meteorización y la acción de bacterias y el microbioma del suelo . ^{[ 4 ]} La ventaja de los fertilizantes superfosfato es que una proporción significativa del contenido de fosfato es soluble y está disponible de inmediato para las plantas. Por lo tanto, proporciona un impulso muy rápido al crecimiento de las plantas. Sin embargo, la compleja dinámica del suelo tiende a inmovilizar el fosfato en complejos minerales o ligandos orgánicos , reduciendo su disponibilidad para las plantas. Los fosfatos también se pierden en el suelo y el entorno vegetal cuando se cosechan los cultivos, son consumidos por animales o se pierden de otra manera en el sistema local. Los fosfatos tienden a estar fuertemente unidos a sedimentos finos en el suelo. ^{[ 8 ]} La lixiviación de sedimentos del suelo puede provocar concentraciones elevadas de fosfato en el curso de agua receptor. ^{[ 9 ]}

La adición de fósforo en forma de superfosfato permite obtener rendimientos de cultivos mucho mayores. ^{[ 4 ]} Si bien existe cierta reposición de fósforo en el suelo a partir de fuentes minerales y su liberación de los complejos del suelo mediante mecanismos físicos y biológicos, la tasa de redisolución es demasiado baja para sustentar la productividad agrícola moderna. El fósforo orgánico contenido en la materia vegetal o animal se redisolvifica con mucha mayor facilidad a medida que el material se descompone por acción microbiana . ^{[ 4 ]}

Sin embargo, la cualidad clave que hizo que el superfosfato fuera tan atractivo —la solubilidad del fosfato— también creó una demanda constante del producto, ya que las sales de fósforo solubles y el fosfato unido a sedimentos finos se eluyen de los campos hacia ríos y arroyos donde se pierden para la agricultura ^{[ 10 ]} pero ayudan a fomentar la eutrofización indeseada . ^{[ 5 ]}

Los superfosfatos se fabrican en todos los principales centros industriales del mundo, incluidos Europa, China y Estados Unidos. ^{[ 11 ]} En 2021, se produjeron alrededor de 689.916 toneladas de superfosfato, de las cuales más de la mitad procedían de Polonia y cantidades sustanciales de Indonesia, Bangladesh, China y Japón. ^{[ 12 ]}

Todas las formulaciones de superfosfato contienen una proporción significativa de iones fosfato solubles y disponibles, que es la cualidad clave que los ha hecho esenciales para la agricultura moderna. ^{[ 7 ]}

El uso continuo de superfosfato puede provocar la acidificación del suelo , especialmente en suelos con baja capacidad tampón, alterando los niveles de pH y limitando potencialmente la disponibilidad de nutrientes. ^{[ 14 ]} Esto requiere un control y manejo cuidadosos del pH del suelo para prevenir la degradación del suelo a largo plazo . ^{[ 15 ]}

La producción y el transporte generan cantidades significativas de CO₂ _que , según algunas estimaciones, ascienden a 1,2 kg/kg para la fabricación de superfosfato y a 238 g/kg para el transporte. ^{[ 16 ]} Otras fuentes señalan que, suponiendo que todo el azufre para el ácido sulfúrico se recupera del endulzamiento de petróleo y gas , ^{[ 17 ]} y que la reacción para producir superfosfato es exotérmica: siempre que el calor generado se reutilice por completo, todo el ciclo puede tener una huella de carbono negativa de tan solo -518 g/kg para la producción. ^{[ 16 ]}

Si bien el superfosfato enriquece el suelo con fósforo, su aplicación excesiva o desequilibrada puede alterar las proporciones de nutrientes, provocando deficiencias o toxicidad en las plantas. Existen indicios de que niveles elevados pueden estar asociados con infecciones mortales por Phytophthora cinnamomi . ^{[ 18 ]} Las prácticas de fertilización sostenibles, que incluyen análisis de suelo y aplicaciones específicas, son esenciales para mitigar este riesgo. ^{[ 19 ]}

La disponibilidad de rocas ricas en fosfato adecuadas es limitada y las estimaciones del " pico de fósforo " varían entre 30 años a partir de 2022, ^{[ 20 ]} o entre 2051 y 2092. ^{[ 21 ]} A medida que aumenta la población humana y la demanda de alimentos, la disponibilidad de fertilizantes superfosfato en el futuro podría ser menos segura, lo que sugiere que podría ser necesario desarrollar fuentes alternativas de fosfato. ^{[ 10 ]}

Un número significativo de plantas, especialmente aquellas que evolucionaron en Gondwana , tienen sensibilidad al exceso de fósforo, ^{[ 18 ]} obteniendo todo lo que necesitan de las asociaciones con micorrizas arbusculares . Ejemplos de plantas que son intolerantes a la aplicación de superfosfato incluyen Hakea prostrata y Grevillea crithmifolia . Muchas orquídeas terrestres que dependen de asociaciones micorrícicas pueden tener sensibilidades similares a los niveles elevados de fosfato ^{[ 22 ]} y las poblaciones pueden verse suprimidas por aplicaciones de fertilizantes que contienen superfosfato. ^{[ 23 ]}

La eutrofización de ríos, lagos y el mar tiene una relación bien documentada con el aumento de las concentraciones de fosfato. Sin embargo, resulta difícil determinar la contribución del uso de superfosfato a este problema debido a la amplia gama de otras fuentes de compuestos de fósforo presentes en los desechos humanos y animales. Los problemas recientes en el río Wye se han atribuido a la cría intensiva de aves de corral, cuyo exceso de fosfato proviene de un manejo inadecuado del estiércol de pollo. ^{[ 24 ] [ 25 ]}