CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA PROCEDENTE DE LA AGRICULTURA

La fertilización con nitrógeno (N) es esencial para el crecimiento y el desarrollo de las plantas, ya que controla los procesos vitales de la respiración y la fotosíntesis. Sin embargo, su escasez en los suelos puede suponer un importante reto común que afecta al rendimiento y la calidad de los cultivos. La fertilización nitrogenada no sólo es esencial para la actividad de la nitrato reductasa para la asimilación del N, sino que también puede mejorar la absorción de fósforo (P) en los cultivos. Especialmente en suelos deficientes en P y con una elevada concentración de CO2. 

Sin embargo, la mayoría de las plantas son intolerantes a los fertilizantes sintéticos y a los altos niveles de nitrógeno. La contaminación por nitrógeno hace que las especies tolerantes al nitrógeno prosperen y superen a las plantas silvestres y los hongos más sensibles. Esto reduce la diversidad de la vida silvestre y perjudica la salud de las plantas. Además, el uso excesivo de fertilizantes sintéticos acidifica el suelo, perjudicando su salud y reduciendo su productividad.

I. LA CRÍA DE ANIMALES

Ruminants are poor N converters, because only about 5 – 30% of ingested N is taken up by the animal and the remaining 70 – 95% is excreted via feces and urine. As a result, the N loads in animal excreta, often exceed plant demands and are vulnerable to losses via gaseous emissions and leaching.

 Air pollutiion in this sector of agriculture, comes from N volatilization into ammonia (NH3) and nitrous oxide (N2O) from manure. The recycling of nitrogen through manure has created a substantial impact on the environment, given the large increase in manure production since the preindustrial era ( ~ 120 Tg N yr-1 ). Agricultural reactive nitrogen emissions, primarily of ammonia (NH3), make up the largest fraction of emitted reactive nitrogen emissions to the atmosphere. Reactive nitrogen emissions from manure and synthetic fertiliser contribute significantly to air quality degradation:  the emissions of NOx result in substantial ozone production and the emissions of ammonia impact atmospheric PM10 and PM2.5 . Agricultural emissions of ammonia are the largest source category for PM2.5  over large portions of the globe. Nitrogen deposition stemming from manure and synthetic fertilizer applications exert a substantial lever on the atmospheric carbon cycle through its impact on plant growth.

Studies have revealed, that the efficiency in the use of N by lactating cows varies between 8.96 and 27.82% in Colombia, which according to the number of animals per unit area can generate the substantial emissions of up to 374 kg of N ha−1 year−1  from manure.

II. SUELOS AGRÍCOLAS Y ALMACENAMIENTO DE GRANO

Mientras que la agricultura es una fuente importante de NOx , las estrategias para reducir las emisiones no puntuales tendrán que incorporar remedios de gestión del suelo fundamentalmente diferentes de las fuentes de combustibles fósiles.

En el estado de California, por ejemplo, se ha comprobado que las tierras de cultivo fertilizadas representan entre el 20 y el 32% de las emisiones totales de NOx-N de todos los sectores del estado, mientras que los suelos naturales representan entre el 5 y el 9%. Los puntos calientes espaciales para las altas emisiones de NOx del suelo se identifican para las zonas del sur del estado, donde se identifica un punto caliente para las emisiones en áreas donde el clima es relativamente cálido y árido. Con la creciente tendencia al aumento de las temperaturas en todo el mundo, se espera que este aumento de las emisiones de NOx por efecto del clima afecte a regiones tan septentrionales como los países nórdicos, donde las temperaturas están alcanzando niveles elevados sin precedentes en verano.

Se estima que los suelos agrícolas abonados son responsables de aproximadamente el 30% de las fuentes mundiales de NOx. En contraste con el alto efluvio de los suelos agrícolas fertilizados (~ 19,8 kg de N ha-1 año-1 ), las emisiones de NOx de los ecosistemas naturales son mucho menores ( ~1,0 kg de N ha-1 año-1 ). En los casos en los que se aplican exclusivamente fertilizantes minerales, por ejemplo, aplicando diferentes formas de abono (por ejemplo, fertilizantes de liberación lenta) o reduciendo las aplicaciones de N y utilizando la agricultura de precisión para dirigirse a las etapas de desarrollo, estos enfoques indican una disminución de las pérdidas de fertilizantes de N del suelo de las tierras de cultivo. En los escenarios en los que se han aplicado enmiendas orgánicas, separando el momento de aplicación del nitrógeno mineral y del fertilizante orgánico, se ha observado una reducción de las emisiones de NOx. 

Esta observación señala el papel crítico de los aportes de nitrógeno en los fertilizantes, en el aumento de la tasa de emisión de NOx por parte de los microbios del suelo e indica la necesidad urgente de estrategias de remediación más inteligentes y eficaces. El mismo fertilizante utilizado para acelerar el crecimiento de los cultivos será, a su vez, la misma fuente de disminución de los mismos y de reducción de la biodiversidad, ya que el aumento de los NOx crea un incremento de la lluvia ácida, en una época en la que las alteraciones de los patrones climáticos están provocando una escasez de lluvias. Si hay menos agua disponible para los cultivos, al menos no debería estar contaminada ni ser perjudicial para los seres humanos y los sistemas ecológicos en general. En particular, ya que las emisiones de NOx son más predominantes, cuando el contenido de agua del suelo está por debajo de la capacidad del campo y de N2O en los escenarios en los que el contenido de agua del suelo está por encima de la capacidad del campo, por ejemplo, durante las inundaciones causadas por las fuertes lluvias repentinas. 

Desde la escasez de lluvia hasta el exceso repentino de la misma, todos los aspectos aceleran las emisiones de NOx en un clima cada vez más errático y esto tiene consecuencias tanto para los seres humanos como para los sistemas ecológicos. 

CONSECUENCIAS SANITARIAS, ECOLÓGICAS Y ECONÓMICAS

La interacción del NO2 y otros óxidos de nitrógeno (NOx) con el agua, el oxígeno y otras sustancias químicas de la atmósfera puede formar una lluvia ácida que perjudica a ecosistemas sensibles como los lagos y los bosques. Los niveles elevados de NO2 también pueden dañar la vegetación, disminuyendo su crecimiento, y reducir el rendimiento de los cultivos.

La tasa de emisión de gases nocivos (NOx y N2O) y de nitrógeno inerte (N2) de los suelos depende en gran medida de la disponibilidad de nitrógeno, la humedad del suelo y la temperatura. Las pérdidas de abono nitrogenado son costosas para los agricultores y acarrean costes económicos que se estiman en países como Estados Unidos en el orden de los 210.000 millones de dólares anuales en daños a la salud y al medio ambiente. Por lo tanto, la reducción de las emisiones de NOx ofrece una situación en la que todos ganan para los agricultores, la salud ambiental y la economía. 

Los gases NOx se han relacionado con las enfermedades de las vías respiratorias superiores, el asma, el cáncer, los defectos de nacimiento, las enfermedades cardiovasculares y el síndrome de muerte súbita del lactante. El NO2 es poco soluble en agua y, al ser inhalado, se difunde en el pulmón y se hidroliza lentamente hasta convertirse en ácido nitroso y nítrico, lo que provoca enfermedades y daños pulmonares y, en caso de exposición crónica, puede resultar mortal. El NO2 también tiene efectos negativos sobre la potencia reproductiva y, en casos graves, provoca cáncer.

En cuanto a la vida acuática, el nitrógeno reactivo es soluble y puede llegar fácilmente a los cursos de agua a través de las escorrentías, donde fomenta el crecimiento de las plantas, dando lugar a veces a "floraciones de algas" que reducen los niveles de luz y oxígeno en el agua. Esto altera las comunidades vegetales y mata a los peces, creando "zonas muertas" marinas. Esto tiene consecuencias desastrosas para la biodiversidad y los medios de vida locales.

Evidentemente, la contaminación atmosférica, la salud y el clima deben ser considerados conjuntamente, en la evaluación de cómo las prácticas agrícolas y de combustibles de combustión afectan a las emisiones de óxido de nitrógeno reactivo. 

Los estudios han estimado que el beneficio de la reducción de las emisiones de amoníaco por la disminución de las muertes prematuras es potencialmente de 14.837 millones de euros. En cambio, los costes anuales de las opciones contemporáneas de reducción de las emisiones de amoníaco (piensos bajos en nitrógeno, almacenamiento cubierto de estiércol, aplicación de fertilizantes de urea y alojamiento de animales con bajas emisiones) se estimaron en unos 4.307 millones de euros. 

Mediante estrategias inteligentes y rentables, se puede contener la emisión de gases nitrogenados y, al mismo tiempo, conseguir un agua limpia, un aire no contaminado y unos productos agrícolas más sanos. En cuanto al sector de los combustibles fósiles, es necesaria una captura más eficiente de los óxidos de nitrógeno procedentes de dichas fuentes.

Teniendo en cuenta que los beneficios económicos de la mejora de la calidad del aire y del agua superan con creces los costes de las medidas de reducción de las emisiones, existen razones de peso para dar prioridad a la contención de las emisiones de nitrógeno, procedentes de fuentes agrícolas, de tráfico, domésticas e industriales.

NUESTRO REMEDIO

Proponemos el uso de bio-nanomateriales no tóxicos, compatibles con el medio ambiente y de alta superficie, que pueden ser utilizados en volúmenes diminutos para 

• absorber altas cantidades de estos contaminantes de la atmósfera, especialmente en fuentes de alta concentración como las granjas, para limitar la dispersión y los NOx sus niveles muy por debajo de los umbrales perjudiciales.

• retener el N durante más tiempo en el suelo y aumentar la biodisponibilidad para las plantas, reduciendo así el uso repetitivo y excesivo de fertilizantes

• equilibrar el pH del suelo para reducir la acidez y preservar la biodiversidad sin crear una inclinación en el equilibrio químico ecológico

ECO - RN

COLOR : Nanopolvo Blanco

SUPERFICIE (BET) : 359300 cm²/g

ABSORCIÓN MEDIA DE NOx : approx. 9473 mg of NOx per gram of nano-biomaterial

DOSIS MEDIA EN LOS REVESTIMIENTOS* (por ejemplo, en sistemas de combustión, en paredes de edificios, silos de semillas, establos libres y paredes de almacenamiento de estiércol) : ~ 0,2 g por litro

DOSIS MEDIA POR m3 DE ESTIÉRCOL: 2 g

1 metro cúbico (m3) de estiércol = 400 kg

DOSIS MEDIA EN EL AGUA DE RIEGO DEL SUELO (para ~ 19,8 kg de N ha-1 año-1 ) *: 0,0004 wt % (es decir, 0,1 g por 25L) - por año o 1,09 kg por hectárea, por año. (más información en la sección de aplicaciones más abajo)

1 hectárea se riega con aproximadamente 250.000 L de agua

APLICACIONES: 

Nanoabsorbente eficaz para NO2, NH3, propionaldehído, benzaldehído, dimetilamina, N-nitrosodietilamina y metanol. Supresión de humos y retardante de llama.

Al reaccionar con el NO2 , se forma una mezcla de nitrato (NO3 ), NO y nitrógeno (N) en la superficie del nanomaterial. El NO3 es una especie térmicamente estable que suele descomponerse a temperaturas entre 177 y 327 °C.. 

Sin embargo, cuando estos adsorbatos se unen a la superficie del nano-biomaterial, las especies NO2 se mantienen en la superficie del nano-biomaterial hasta unos 327 °C , y el NO3 tiende a ser estable a temperaturas de hasta 527 °C. 

Esto significa que el nano-biomaterial puede retener los NOx puede ayudar a minimizar las emisiones del estiércol

Los nitratos (NO3 ) en el suelo son una fuente primaria de nitrógeno que es esencial para el crecimiento de las plantas. Esencialmente, las raíces de las plantas absorben los nitratos para un crecimiento saludable. y necesitan el nitrato para producir aminoácidos que luego se utilizan para formar proteínas. Regula el metabolismo general del nitrógeno y proporciona nitrógeno ininterrumpido para la biosíntesis de la clorofila. Esto hace que la estabilidad térmica del NOx absorbido sea importante porque : 

a) Las tasas de emisión de NOx pueden ser frenadas en climas cálidos y situaciones de sequía y

b) Debido a la naturaleza altamente soluble y biodegradable de la especie de fertilizante NO3 que se une a la superficie del nano-biomaterial, donde las partículas actúan como sistemas de almacenamiento de nitrato. Por lo tanto, el fertilizante NO3 se retiene en el suelo a través de la superficie del nano-biomaterial durante más tiempo a lo largo del año en un mecanismo de liberación retardada. 

Una mayor disponibilidad de NO3 reduce la necesidad de utilizar repetidamente los fertilizantes y ahorra millones de dólares a los agricultores, preserva la salud del suelo, limpia el aire y restablece el equilibrio del ecosistema. 

Este enfoque está pensado para mantener el N en el suelo durante más tiempo y liberarlo lentamente a las plantas a lo largo del tiempo a través de mecanismos difusivos a medida que el contenido de N se desmineraliza en el suelo circundante, en lugar de ser emitido a la atmósfera como un contaminante atmosférico NOx perjudicial.

Al estar ligado a un nanobiomaterial mineral insoluble en el agua, es probable que también reduzca la escorrentía excesiva de nitrógeno en los cursos de agua y minimice la contaminación acuática.

• Reducir la acidez del suelo.

• Reducción de los olores en las pilas de compost y en el suelo

• Enmienda del suelo, acondicionador del suelo

• Agente antipatógeno contra bacterias Gram-negativas (E. coli) y Gram-positivas (S. aureus), los hongos Aspergillus niger y Penicillium oxalicum ( ~ 150 - 250 μg/mL o 0,15 a 0,25g por litro)

• Contiene un elemento esencial para la mayoría de los sistemas biológicos, que pasa a estar disponible para las poblaciones microbianas del suelo y de las aguas subterráneas durante la recuperación de los metales, como beneficio añadido.