Adubos azotados de síntese

Os adubos azotados de síntese levam às raízes das culturas azoto que a indústria retirou do ar. Quase todos partem hoje do amoníaco, obtido a partir do azoto atmosférico e de hidrogénio pelo processo Haber-Bosch. Uma fábrica experimental em Westeregeln, na Alemanha, começou a produzir cianamida cálcica a partir do azoto do ar no fim de 1904, seguiram-se fábricas de arco na Noruega a partir de 1905, e a primeira instalação de síntese do amoníaco arrancou em Oppau, na Alemanha, em 1913.

O que é

As culturas precisam de muito azoto, que entra nas suas proteínas e na clorofila. O ar que as rodeia é feito sobretudo de azoto, mas numa forma que não conseguem aproveitar. Vão buscá-lo à água do solo, como nitrato ou amónio, e cada colheita leva uma parte para fora do campo. Durante muito tempo, os agricultores devolveram-no com estrume e com leguminosas, cujas bactérias das raízes fixam o azoto do ar, como na rotação de culturas. No século XIX também o compravam, sobretudo como salitre do Chile e como sulfato de amónio recuperado das fábricas de gás.

O salitre do Chile, refinado a partir de uma rocha chamada caliche, era o principal adubo azotado do mercado antes de 1914.

Um adubo azotado de síntese é azoto que um processo industrial retirou do ar e que se vende numa forma que se dissolve na água do solo. Quase todo parte hoje do amoníaco, um composto de azoto e hidrogénio. Uma parte do amoníaco é injetada tal como está no solo, mas a maior parte é transformada noutros adubos, entre eles a ureia e, nos primeiros anos da síntese, o sulfato de amónio. Antes de o amoníaco se impor nos anos 1920, dois outros processos industriais do início do século XX vendiam aos agricultores o azoto do ar: o nitrato de cálcio obtido com um arco elétrico e a cianamida cálcica.

Como funciona

A dificuldade está na molécula de azoto. Os seus dois átomos estão tão fortemente ligados que é precisa muita energia para os separar; na natureza, quem o consegue são sobretudo certas bactérias do solo. Os processos industriais fornecem essa energia como eletricidade ou como calor do carvão e do gás.

O processo de arco de Kristian Birkeland e Sam Eyde servia-se de um arco elétrico para fazer combinar um pouco do azoto do ar com o oxigénio; o que o agricultor comprava no fim era nitrato de cálcio. No processo da cianamida, o azoto ligava-se ao cálcio em fornos elétricos, e a cianamida cálcica assim formada liberta amoníaco num solo húmido. Ambos gastavam muita eletricidade. As fábricas norueguesas de arco ficavam junto a quedas de água, com geradores movidos pela água; a de cianamida de Knapsack, na Alemanha, construída sobre uma jazida de lenhite, produzia a sua corrente numa central própria.

O nitrato que a cultura não absorve sai dos campos pelos drenos e alimenta as algas de valas e rios.

O processo Haber-Bosch, que os substituiu, combina o azoto do ar com hidrogénio e dá amoníaco. Precisa de muito menos eletricidade do que o arco. O hidrogénio vem hoje sobretudo do gás natural e, na maior parte do resto, do carvão, pelo que as fábricas de amoníaco queimam muito combustível fóssil e libertam grandes quantidades de dióxido de carbono.

No campo, a cultura absorve o nitrato e o amónio dissolvidos em volta das raízes. O azoto que não usa pode perder-se. O nitrato desloca-se com a água: infiltra-se até ao aquífero ou escorre para valas e rios, onde, juntamente com o fósforo, alimenta as algas; quando as algas morrem e apodrecem, a água fica sem oxigénio. Uma parte do azoto escapa também para o ar, como amoníaco ou como óxido nitroso, um gás com efeito de estufa.

História e evolução

Até 1914, o salitre das jazidas de caliche do Chile fornecia a maior parte do adubo azotado vendido no mundo, e muitos temiam que as jazidas se esgotassem. Químicos e engenheiros de vários países procuravam uma forma de ir buscar o azoto ao ar.

A cianamida cálcica, que Adolph Frank e Nikodem Caro tinham aprendido a fabricar a partir do azoto do ar, foi proposta como adubo em 1901. Um processo concorrente foi adotado em 1904 em Westeregeln, perto de Magdeburgo, na Alemanha, onde uma fábrica experimental entrou em funcionamento no fim desse ano; Anthony Travis nota que não se revelou rentável. Em Itália, escreve ele, a sociedade de Frank e Caro instalou por volta de 1905 uma fábrica em Piano d’Orta; as primeiras tentativas falharam e a produção começou em 1907. A enciclopédia dinamarquesa Lex data de 1905 o início da produção industrial de cianamida, a história da empresa Evonik de 1908.

Na Noruega, o físico Kristian Birkeland e o engenheiro Sam Eyde juntaram-se em 1903 em torno do forno de arco, e em 1905 começaram as obras de uma pequena fábrica em Notodden, abastecida por uma central hidroelétrica próxima. A Norsk Hydro foi fundada no mesmo ano, e o seu nitrato de cálcio passou a vender-se como salitre da Noruega.

Em Karlsruhe, Fritz Haber procurou uma forma de combinar diretamente o azoto e o hidrogénio. Em 1909, um aparelho de laboratório construído com Robert Le Rossignol produzia amoníaco líquido, e a empresa química BASF, que adquirira o processo, encarregou Carl Bosch de o pôr a funcionar à escala industrial. A sua equipa levou-o do aparelho de laboratório a grandes conversores de aço. A primeira instalação arrancou em Oppau, perto de Ludwigshafen, em 1913, e o seu amoníaco foi transformado em sulfato de amónio para a agricultura.

Um conversor de amoníaco da fábrica de Oppau, hoje conservado como monumento em Karlsruhe.

Durante a Primeira Guerra Mundial, a Alemanha, sem acesso ao salitre chileno, transformou boa parte do novo amoníaco em ácido nítrico para explosivos e abriu em 1917 uma segunda fábrica, maior, em Leuna. Haber recebeu o Prémio Nobel da Química relativo a 1918, e Bosch partilhou o de 1931. Em meados dos anos 1920, o Haber-Bosch tornara-se o principal meio de fixar o azoto, e a própria Norsk Hydro construiu fábricas de amoníaco em 1928 e 1929 para substituir os seus fornos de arco.

O uso de adubos cresceu depressa com a agricultura intensiva do pós-Segunda Guerra Mundial. Vaclav Smil estimou que, em 2000, 40 % da população mundial dependia de alimentos cultivados com azoto de síntese, e a equipa de Jan Willem Erisman elevou essa parte para 48 % em 2008. Os custos cresceram com ele. A União Europeia adotou a sua diretiva Nitratos em 1991 por causa do nitrato nos aquíferos e das proliferações de algas em rios e mares, e o amoníaco continua a ser um dos produtos da indústria pesada com maior intensidade de carbono.