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La Huella de Carbono en la Fabricación y Uso de los Fertilizantes. Particular referencia a los fertilizantes N Frank Brentrup, Yara International Luis Angel López F. Yara Iberian, S.A. Contenido de la Presentación El papel esencial de los Fertilizantes Minerales en una agricultura sostenible. Cambio climático – La contribución de la Agricultura, en general, y de los Fertilizantes Minerales, en particular. Alta intensidad en producción de cultivo – ¿Problema o Solución? Opciones para mejorar la Huella de Carbono de los fertilizantes en la producción del cultivo. Conclusión. Palabras clave Huella de Carbono: Conjunto total de emisiones de gases invernadero GHG causadas directa e indirectamente por un individuo, organización, evento o producto. (Carbon Trust, 2007). GHG: Gases efecto invernadero: CO2 , N2O , NOx , CH4 . LCA: Evaluación Ciclo de vida desde materia prima hasta aportación del fertilizante. The International Panel on Climate Change (IPCC) es una red global de científicos independientes que aporta la mayoría de los datos aceptados sobre el Calentamiento Global. El papel esencial de los Fertilizantes Minerales en una Agricultura Sostenible Los Nutrientes son esenciales para el desarrollo del cultivo El desarrollo de la planta depende de la disponibilidad de nutrientes, además de agua y clima apropiado. Cada nutriente tiene su función fisiológica específica y no puede ser reemplazado por ningún otro nutriente. Los Fertilizantes Minerales reemplazan los nutrientes exportados con la cosecha Aporte de restos de cultivo y fertilizantes orgánicos Exportación de nutrientes con la cosecha Materia Orgánica, Humus Mineralización K N P Mg S … Suelo El Suelo queda exhausto sin Fertilizantes Minerales Los Fertilizantes Minerales son necesarios M Millones de personas 8 6 4 48% 2 Personas alimentadas por el uso de Frtilizantes Minerales Sin Fertilizantes Minerales 0 2008 Hoy Source: adopted from Erisman et al. (2008), Nature Geoscience Sin fertilizante Hoy, casi el 50% de la población mundial se alimenta a través del uso de Fertilizantes Minerales Con fertilizante Desarrollo de la Producción de Cereal, Población Mundial, Uso de los Fertilizantes y Suelo Arable Incremento Relativo. % 160 Producción de cereal(+ 50%) 150 Población (+ 40%) Uso de Fertilizantes(+ 37%) 140 130 120 110 Suelo Arable (+ 7%) 100 1995 2030 Año Source: FAO (2003): World Agriculture: towards 2015/2030. An FAO Perspective. Ed. Jelle Bruinsma, Earthscan Publications Ltd, London. Una Población Mundial creciente ha de alimentarse de un área cultivable decreciente Superficie arable (Ha por persona) Población Mundial (M Millones) La Población Mundial crece hasta 8,27 MM en 2030. Al mismo tiempo, la superficie arable puede extenderse sólo un 7%. Por tanto, la Superficie Arable por persona decrece rápidamente 1998 2015 2030 Source: FAO (2003): World Agriculture: towards 2015/2030. An FAO Perspective. Ed. Jelle Bruinsma, Earthscan Publications Ltd, London. Efectos medioambientales del uso de los Fertilizantes Nitrogenados Beneficios Incremento de la producción de biomasa Eutrofización Alimentos, Forrajes, Energía Potencial de conservación del suelo Impactos Lixiviación de Nitratos Volatilización de Amoníaco Off-site acidification Volatilización de Amoníaco Uso efieciente del suelo Fijación del Carbono Calentamiento Global CO2 emisiones N2O emisiones Cambio Climático – Contribución de la Agricultura, en general y de los Fertilizantes, en particular Contribución de los diferentes sectores a la emisiones globales de gases invernadero en 2004 The International Panel on Climate Change (IPCC) es una red global de científicos independientes que aporta la mayoría de los datos aceptados sobre el Calentamiento Global. Agricultura 14% Forestal 17% Suministro energético 26% Industria 19% Edificios y Tratamiento de Resíduos 11% Source: 4th IPCC Assessment Report (2007) Transporte 13% Desglose de la emisón global de gases invernadero, GHG, en 2004 *1 Agricultura (13.5%): Forestal 17% energético 26% *1 Agricultura 14% Industria 19% GHG Agrícolas GHGs excluyendo N2O de suelos Suministro (principalmente, CH4) (8.4%) Suelo: N2O de fertilizantes minerales N (1.3%) *2 Transporte Edificios y Tratamiento de Resíduos 11% Suelo: N2O de fuentes orgánicas N (3.8%) Transporte 13% Based on IPCC (2007), Bellarby et al. (2008), *2 own calculation Desglose de la emisón global de gases invernadero en 2004 Producción de Fertilizantes N, (0.8%) Forestal 17% *1 Agricultura (13.5%): GHG Agrícolas GHGs excluyendo N2O de suelos Suministro (principalmente, CH4) (8.4%) energético 26% *1 Agricultura 14% Suelo: N2O de fuentes orgánicas N (3.8%) Suelo: N2O de fertilizantes minerales N (1.3%) *2 Industria 19% Edificios y Tratamiento de Resíduos 11% Transporte 13% Based on IPCC (2007), Bellarby et al. (2008), *2 own calculation Desglose de la emisón global de gases invernadero en 2004 Producción de Fertilizantes N, (0.8%) *1 Agricultura (13.5%): GHG Agrícolas GHGs excluyendo N2O de suelos (principalmente, CH4) (8.4%) *2 Forestal 17% *1 Agricultura 14% Suministro energético 26% Suelo: N2O de fuentes orgánicas N (3.8%) Suelo: N2O de fertilizantes minerales N (1.3%) *3 Industria 19% Edificios y Tratamiento de Resíduos 11% Transporte 13% *2 Forestal (17.4%): Cambio de uso del suelo a agricultura (12%) Emisión total de GHG relacionado con la agricultura: 26% (17-32%) Based on IPCC (2007), Bellarby et al. (2008), *3 own calculation Forestal (5,4%) Alta Intensidad en Producción de Cultivos ¿ Problema o Solución ? Respuesta en rendimiento a la aportación de N en un ensayo a largo plazo sobre Trigo Rendimiento (Tm/Ha) 100% intensidad 50% intensidad Dosis óptimo económico 0% intensidad Dosis de Nitrógeno (kg N/Ha) Long term trial: Rothamsted, UK 100% intensidad 0% intensidad Perspectiva del Ciclo de Vida en el uso de los Fertilizantes N2 CO2, N2O, … CO2, NOx, … NH3, NO3, N2O, N2 … Producción Logística Aplicación Absorción Gas Natural Fuel Minerales Fuel Fuel Luz solar CO2 Suelo Biomasa La Huella de Carbono en la producción de Trigo se incrementa con la dosis de aplicación de N Calentamiento Global: Kg CO2 eq. / Ha De otro lado, el balance positivo de los GHG “en el campo” se incrementa por el uso de los Fertilizantes Calentamiento Global: Kg CO2 eq. / Ha 35000 30000 25000 GHG fijados en biomasa (grano + paja) 20000 15000 10000 5000 GHG, emisiones 0 Sin N Óptimo al 50% Dosis óptima de N Si el cultivo se utiliza como alimento o forraje, la fijación de CO2 es sólo a corto plazo Calentamiento Global: Kg CO2 eq. / Ha 35000 30000 25000 GHG fijados en biomasa (grano + paja) 20000 15000 10000 5000 GHG, emisiones 0 Sin N Óptimo al 50% Dosis óptima de N La fijación de CO2 puede considerarse como un ahorro real de CO2, sólo si la biomasa cosechada se usa como bio-fuel y por tanto, reemplaza a los combustibles sólidos. Para conseguir el mismo rendimiento, una menor intensidad en la producción necesita más suelo e incrementa las emisiones GHG Calentamiento Global: Kg CO2 eq. / Ha 12000 10000 CO2 liberado debido al uso adicional del suelo necesario para compensar rendimientos más bajos 8000 6000 4000 2000 0 Sin N Óptimo al 50% Dosis óptima de N Opciones para mejorar la Huella de Carbono de los Fertilizantes en la producción de cultivos Contribución de las emisiones individuales de los GHG a la Huella de Carbono total por Ha. Basado en un ensayo a largo plazo sobre Trigo (UK), Fuente de N = Nitrato Amónico Hot-spots N2O N2O Diferentes fertilizantes tienen diferentes impactos Producción de Fertilizantes Aplicación al suelo Prespectiva Ciclo de Vida Producción y Aplicación Kg CO2 eq/Kg N 12 10 8 6 4 2 0 12 10 8 6 4 2 0 Urea CAN * 12 10 8 6 4 2 0 Urea CAN * Urea CAN * * La producción de CAN icluye la catálisis de N2O. Una perspectiva del Ciclo de Vida de los fertilizantes es importante (de otro modo, los reguladores pueden favorecer equivocadamente a la urea) Datos actualizados sobre las emisones de GHG en la producción de Fertilizantes (y uso) Un resumen de las emisiones de GHG y consumo de energía en la producción Europea de fertilizantes minerales puede encontrarse en Brentrup & Palliere (2008). Proceedings No 639 de la International Fertiliser Society. Datos actualizados y revisados LCI dataset sobre la producción de fertilizantes (“cradle-to-gate”) estarán pronto disponibles en la website EU LCA como parte de la base de datos ELCD. Los datos sobre fertilizantes son aportados por Fertilizers Europe (former EFMA) y revisados por Fraunhofer (Stuttgart) Fecha de publicación: fin de Junio, 2010 Website: http://lca.jrc.ec.europa.eu/lcainfohub/datasetArea.vm Mejoras en la producción de Ácido Nítrico Planta de Ácido Nítrico Óxido Nitroso (N2O) catalizador de reducción La tecnología se basa en un único proceso catalítico a alta temperatura con pellets de Cobalto y Óxido de Cerio. Los pellets tiene una duración mínima de tres años y no tiene efectos adversos sobre el proceso de producción. Los Óxidos Nitrosos se descomponen en Nitrógeno y Oxígeno y no contienen substancias perjudiciales. La Huella de Carbono del Nitrato Amónico y Urea en la planta de fabricación 8 t CO2-equivalents / t N 7 N2O 6 4,1 CO2 5 4,6 4 con de-N2O catálisis 3 2 0.7 - 1.3 3,4 2,2 1 1,7 2,5 0 AN AN 30 años Promedio Europa old tech. 2003 AN Urea Tecnología Moderna La fijación de CO2 en la producción de Urea no se considera como un crédito, porque la misma cantidad de CO2 que se fija será liberada despuiés de aplicación en el campo (hidrólisis de la Urea) Source: Jenssen & Kongshaug (2003), Yara data (2007) Impacto de la catálisis de-N2O en la Huella de Crabono de la producción de cultivos Basado en un ensayo a largo plazo con Trigo (UK). Fuente N = Nitrato Amónico Huella de Carbono (Kg CO2-eq. / Ha) 3000 sin de-N2O catálisis con de-N2O catálisis 2500 N2O Campo 2000 CO2 Campo 1500 CO2 Transporte N2O Producción 1000 CO2 Producción 500 0 Trigo producido con la dosis óptima económica de N Emisiones N2O del Nitrógeno del suelo El Óxido Nitroso se libera durante la Nitrification del Amonio (NH4+) a Nitrato (NO3-) y durante la Denitrificación de Nitrato (NO3-) a gas Nitrógeno (N2). Reducción controlada por La disponibilidad de NO3 y C y por la deficiencia de O2 Oxidación controlada por la disponibilidad de NH4 y O2 N2O N2O NH4+ NO2- NO3- NO2- N2 Amonio Nitrito Nitrato Nitrito Gas Nitrificación Denitrificación El promedio de las emisiones de N2O son menores de los Nitratos que de la Urea y los Fertilizantes amoniacales Hasta ahora, las emisiones de N2O de los Fertilizantes N se estimaban independientemente de la forma de N (default IPCC factor general promedio; barra en rojo del gráfico) Pero en un nuevo análisis de unas 900 medidas en campo de 139 experimentos muestra diferencias en las emisiones de N2O en diferentes fertilizantes N. Emisión N2O-N (% of N aportado) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 default IPCC factor Source: Bouwman et al. (2002) Urea UAN AS AN CAN Impacto del suelo y el clima sobre la Huella de Carbono en la producción de cultivos 4.67% del N total como N2O. Campo * 2.05% 1.28% 0.84% Drenaje: Textura: Clima: bueno limo temp pobre limo temp pobre arcilla temp pobre arcilla trop Otros factores importantes: - Carbono orgánico del suelo - pH del suelo * Calculated according to Bouwman model (Bouwman et al., 2002), uncertainty range –40% to +70% Conclusiones Los Fertilizantes minerales N son esenciales para soportar rendimientos óptimos que son necesarios para satisfacer las crecinetes necesidades de alimentos, forrajes y bio-energía. La contribución de la Agricultura al Cambio Climático global es substancial, con el cambio de uso del suelo (deforestación), ganadería (metano), y emisiones de N2O procedentes de inputs orgánicos y fertilizantes being the major sources. Producir cultivos agrícolas sobre la superficie agrícola existente, a una intensidad óptima mantiene la conservación de los ecosistemas naturales con alto potencial de secuestración de Carbono. La mejora en la tecnología de producción de fertilizantes (energía, N2O) y las mejores prácticas agrícolas permiten una significativa reducción de la Huella de Carbono en la producción de cultivos. ¡ Gracias ! LAL / Yara Iberian, S.A.