Proyección del futuro de la Agricultura en el 2.035




Buscando la autosuficiencia en fertilizantes

Category : Agricultura, Medio Ambiente, Tecnología · by Jul 7th, 2018

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Dasoli inicio la presentación de la segunda gran actividad de nuestra empresa de servicios agrícolas, que era lo que realmente la diferenciaba de una empresa de servicios clásica, ya que su actividad, estaba fundada en conseguir la mayor parte de los input que necesitaba la agricultura, con esquemas de la economía circular, en las mejores condiciones económicas y considerando como prioritario el respeto al medio ambiente. Nos mostró un esquema muy breve de cuáles eran las necesidades de abonado de nuestra explotación, no porque los presentes, que éramos agricultores, no supieran esto, sino por dar una idea global de los volúmenes de los que hablamos para una explotación de nuestro tamaño.

 

De forma general, las plantas demandan 16 elementos nutritivos: C, H y O y 13 elementos que se clasifican como “principales o macronutrientes” (consumo en cantidades elevadas) (N, P, K) “nutrientes secundarios” (consumo en cantidades moderadas) (Ca, S y Mg) y los “oligoelementos o micronutrientes” (consumo en cantidades mínimas) (B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo y Zn).

Fotosíntesis

Proceso de la Fotosíntesis

El carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) tienen una función clorofílica y son los principales componentes estructurales de la materia orgánica. Gracias a la luz solar, las plantas verdes sintetizan sustancias de alto poder energético a partir de sustancias más simples de baja energía. En el proceso de fotosíntesis, el agua se hidroliza dando lugar a oxígeno molecular (O2), que es expulsado de la planta, e hidrógeno molecular (H2) que junto al dióxido de carbono (CO2) que la planta captura del ambiente, se utilizan para sintetizar azúcares (C6H12O6) que son la base para la fabricación de gran cantidad de sustancias necesarias como: almidón, hidratos de carbono complejos, grasas, proteínas, vitaminas, enzimas, etc.

 

Si analizamos los requerimientos[1] de nutrientes del cultivo del trigo, utilizando una de las muchas tablas que hay en la red y con el único propósito de hacernos una idea de orden de magnitud. Las necesidades totales de abonos para 23.000 Ha, con producciones esperadas medias de 6.000 Kg/Ha.

[1] Requerimientos, Es importante tener siempre presente la diferencia semántica que existe entre las palabras, “Requerimiento”, “Absorción” y “Extracción”. Se entiende por “Requerimiento” la cantidad de nutrientes absorbidos por el cultivo durante su ciclo de desarrollo (Materia Húmeda). Se entiende por “absorción” la cantidad total de nutrientes absorbidos por el cultivo para producir una tonelada de materia seca de grano. El término “extracción”, es la cantidad total de nutrientes en los órganos cosechados: grano, forraje u otros. Se expresan en términos de kg de nutrientes por tonelada de grano o materia seca (MS). según la siguiente fórmula MS= MH * [(100-%Humedad)/100)].

 

De la tabla siguiente queda bastante claro la importancia que tiene la fertilización en agricultura, necesitando más de 12.000 Toneladas de fertilizantes en nuestro caso concreto, es sin duda uno de los capítulos más costosos en agricultura. Desde el primer momento, el planteamiento que propusimos, fue el de ser autosuficiente en la generación de fertilizante, por tres razones principalmente. Porque siempre había sido así, al menos antes de la revolución verde, por economía, ya hemos dicho que los fertilizantes son uno del capítulo más costoso en agricultura y por conservación del medio ambiente, la extracción de fertilizante, el trasporte del mismo y el uso inadecuado estaba siendo nefasta para el medio ambiente.

Necesidades-nutricionales-Trigo

Necesidades nutricionales del Trigo

 

El conocimiento del estado del suelo es tan importante, que dependiendo del resultado de su análisis, pudiera darse el caso, en el que no fuese necesaria la aplicación de ciertos fertilizantes. El terreno puede contener nutrientes antes de la siembra, como consecuencia de la descomposición de la materia orgánica, en nuestro caso picábamos casi la totalidad de la paja de los cereales. Cultivos anteriores de leguminosas podrían haber fijado en el suelo cantidades considerables de nitrógeno. Incluso el agua de riego podría aportar una cantidad notable de nitrógeno. La posible acumulación en el suelo de macronutrientes, es mucho más plausible en el caso de los otros dos macronutrientes (fósforo y potasio). Mientras que el N es un elemento móvil y dinámico, el P y el K permanecen más tiempo en el terreno.

Por tanto, es vital tener en cuenta los análisis del suelo. Para ello, disponíamos de un laboratorio rápido robotizado de análisis de suelo, que se utilizaba para recorrer las diferentes parcelas, principalmente de regadío. Este equipo se trasportaba hasta la parcela y a partir de ese momento se movía con piloto automático, en general los grupos de parcelas contiguos entre carreteras superaba las 1.000 hectáreas. Realizábamos al menos dos análisis de suelos anuales, uno nada más cosechar la parcela y el otro antes de sembrar, así que podían estar distanciados entre cuatro meses, si se sembraba un cereal y ocho meses si sembrábamos un cultivo de primavera tipo remolacha, soja o girasol.

 

Robot Curiosity NASA

Robot Curiosity NASA

El equipo disponía de una sonda mecanizada, que realizaba una toma de muestra en un punto determinado controlado por GPS desde el ordenador central, estos equipos estaban inspirados tanto en su software como en su hardware en las sondas que veinte años antes se habían enviado a Marte, pero considerablemente mejoradas y adaptadas a las necesidades de la agricultura. Este tipo de laboratorios robotizados habían adquirido una gran demanda en multitud de sectores, su fabricación en serie, la licenciación que hizo la NASA de sus principales componentes, y la participación de multitud de diseñadores particulares, habían contribuido a que su madurez tecnológica llegara muy deprisa.

En el laboratorio robotizado que disponía el propio vehículo, se realizaba un análisis de los parámetros fundamentales del terreno, que se enviaban al ordenador central a través de wifi. Actualmente utilizábamos una cuadricula de muestreo de 50 x 50 metros, lo que conllevaba la toma de 400 muestras para cada parcela de 100 hectáreas. En nuestro caso siempre tomábamos la muestra en el mismo lugar, ya que esa posición estaba perfectamente georreferenciada. En este punto había una encendida discusión entre los que defendíamos esa postura y aquellos que preferían dar un grado de aleatoriedad a la hora de tomar la muestra dentro de la misma cuadricula.

 

Es interesante destacar que este equipo realiza dos pasadas anuales en cada parcela y 4 tomas por hectárea, lo que hacía un total de 184.000 muestras/año. Este dato nos muestra el interés de tener una explotación de grandes dimensiones, perfectamente organizada, lo cual nos permite utilizar equipos robotizados muy sofisticados, con un resultado unitario muy económico. Sin duda un agricultor individual con 800-1.000 hectáreas no se puede permitir este equipo, ya que su coste inicial es importante y por tanto no podrá amortizar. Por otro si quiere hacer análisis de tierra, tiene que realizar la toma de muestras o el análisis personalmente.

satelites

Banda NDVI Satelite Landsat-8

Otra de la técnica que se había popularizado en la última década, era el seguimiento a través de satélites, desde los populares Landsat 8 y Sentinel 2 con resoluciones espaciales de 30×30 m y temporales de 15 días, hasta los actuales satélites con resoluciones respectivamente de 10×10 m y 5 días. Con ellos obteníamos unas imágenes muy precias del potencial productivo de cada zona en cada parcela. Utilizando esta información con los resultados de los análisis anteriores y de los rendimientos de cosecha, suministrados por las modernas cosechadoras, obteníamos un diagnóstico muy preciso de fertilidad, estimación de requerimiento de nutrientes, elaboración de planes de siembra, abonado o recogida selectiva de producto.

Este constante seguimiento de los parámetros básicos del suelo, es fundamental para tomar decisiones en todo lo relacionado con el abonado. Tanto si añadíamos al terreno un abono orgánico, como si era mineral, siempre estaba condicionado por el modelo que nos proporcionaba el análisis anterior.

 

A la vista de las importantes necesidades de abonado que tenía toda la explotación, la estrategia que propusimos fue: En primer lugar, incorporar al terreno los restos de la cosecha del año anterior, previamente tratada con urea si fuera necesario, esto podría representar, que dejamos en la parcela más de un 35% de los nutrientes consumidos por la planta (grano + paja). En segundo lugar, la utilización del abono orgánico producido por la instalación propia de ganadería ovina, previamente compostado, por otro lado utilizábamos los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) producidos en el entorno urbano de nuestra explotación. En tercer lugar la utilización de leguminosas y abonado en verde, como parte fundamental de la rotación de cultivos, esto contribuye significativamente a la fijación de nitrógeno al suelo gracias a un proceso conocido como fijación biológica de nitrógeno (Una alfalfa puede fijar hasta 350 Kg N2/Ha/año).

Picar-paja

Cosechadora picando paja

Añadido a lo anterior, diseñamos un sistema de producción propia de Nitrógeno atmosférico. Aunque estemos rodeados por una atmósfera que contiene casi el 80 % de nitrógeno, nutriente que junto con el agua, es factor limitante para el crecimiento de las plantas, la mayoría de los seres vivos son incapaces de aprovecharlo en la forma en que se encuentra (N2) y sólo algunos organismos procarióticos pueden reducirlo a amonio.

 

 

El estiércol lo forman excrementos y orina de animales de ganadería y en cuya composición también pueden aparecer restos de distintos materiales de sus camas, como la paja de cereales (u otro componente lignocelulósico). El estiércol es el fertilizante orgánico por excelencia debido a su alto contenido en nitrógeno, en materia orgánica y sirve como inoculante microbiano. Hay que tener en cuenta que no se puede añadir directamente a los cultivos, si no que se debe compostar previamente, para que se produzca una degradación de la materia orgánica. Se ha utilizado desde la antigüedad para aprovechar los residuos del ganado y también, restaurar los niveles de nutrientes de los suelos agrícolas. Como es lógico, sus características nutricionales dependerán fundamentalmente del tipo de ganado en cuestión. Otra cuestión importante a tener en cuenta, es la composición de elementos nutrientes y la dosis a utilizar.

Centrándonos en el ganado ovino y si tenemos en cuenta que dependiendo de la alimentación, de la raza, de la edad del animal, o del tipo de cama utilizado, la producción de estiércol difiere notablemente, sin embargo para tener un orden de magnitud, podemos decir que una oveja estabulada produce una tonelada de estiércol al año. Una tonelada de estiércol contiene en promedio 14,5 kg de Nitrógeno total, 4,25 kg de Fósforo (P2O5) y 12,5 kg de Potasio (K2O), 6,2 Kg de Calcio (CaO) y 2,1 Kg de Magnesio (MgO). Con estos datos necesitaríamos 10 ovejas para un abonado completo de una hectárea.

 

La utilización de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) como abonado, no había sido una excepción y se habían desarrollados novedosos procesos altamente automatizados. En ello habían concurrido varios factores, por un lado la concienciación de las personas a la hora de separar las basuras, ya era tan inconcebible tirar una botella de vidrio en un recipiente de orgánica, como ponerte a fumar un puro en un cine. En el fondo las basuras habían sido valorizadas, esto lo refleja muy acertadamente una frase que leí, no recuerdo donde, en la que definía la basura “…como materia prima, en el lugar equivocado y en el momento indebido…”.

residuos-solidos-urbanos

Composición residuos sólidos urbanos

Cada municipio de cabecera, se hacía responsable de la gestión de sus propias basuras y no como una obligación legal, que también, sino por intereses económicos. Nuestra empresa se hizo cargo de las instalaciones de reciclado de RSU y de la depuración de aguas residuales, para nosotros era una fuente de un abonado orgánico muy económico. Si tenemos en cuenta que una persona produce 500 Kg de basura y 70 m3 de aguas residuales por año, formadas en un 99% de agua y 1 % de sólidos en suspensión y solución, podemos concluir que una persona produce 1 Tonelada de posible compost al año. No estaba nada mal, para algo que antes era un foco de problemas, infecciones y suciedad.

 

El coste de recogida y tratamiento de estos residuos, que pagaba el ciudadano en forma de tasas en su municipio, ascendía en media a una cifra entono a los 140 €/Hab/año, este servicio de recogida y tratamiento lo asumía nuestra empresa de tal forma que al ciudadano no le costaba nada el reciclado de sus basuras, que para un municipio de 4.000 habitantes, suponía un ahorro de 600.000 €.

 

La recogida de basuras se había automatizado totalmente y se desarrollaba en un horario nocturno, con unas horas muy precisas de actuación en cada barrio, era labor del municipio organizar el suyo e informar a sus habitantes. Se realizaba con vehículos eléctricos totalmente silenciosos, los viejos camiones de la basura con ese bombo giratorio y ruidoso habían pasado a la historia. En los municipios, el desplazamiento hasta el centro de reciclado, que solía estar a las afueras del pueblo, era mínimo, por tanto los vehículos que se diseñaron eran de tamaño pequeño y consistían en dos plataformas unidas con una pequeña grúa que las separaba, en una de las plataformas había un contenedor hermético vacío y la otra estaba libre.

Los puntos de recogida en la calle eran muy similares a los actuales contenedores soterrados, con ligeras variaciones, eran herméticos, para evitar malos olores y cuando estaban llenos, bloqueaban la trampilla de las bocas de basura, informando al usuario de que estaba lleno y donde se encontraba el más cercano. Lógicamente estaba totalmente prohibido dejar bolsas de basura fuera de estos contenedores, con el riesgo de una sanción considerable, de eso era difícil librarse, ya que el poste de basura te identificaba inmediatamente a través de tu dindo si cometías la imprudencia de dejar tu bolsa de basura fuera del contenedor.

residuos sólidos urbanos

Recogida automática RSU

Cuando el vehículo llegaba a esos puntos, el sistema se abría automáticamente y con ayuda de la grúa se cargaba el contenedor lleno en el hueco de la plataforma y con la misma grúa se colocaba el contenedor vacío. Con el contenedor lleno se dirigía a la planta de reciclaje, en donde era vaciado y se volvía a colocar en la plataforma, reiniciándose el ciclo. El vehículo tenía un sistema para identificar si el contenedor estaba lleno o podía aguantar un día más, si era así pasaba de largo sin pararse. El sistema era eficiente, limpio, silencioso y muy económico.

Los vehículos los aporto nuestra empresa, así como el mantenimiento y operación de la planta de reciclado, lo mismo ocurría con la planta de tratamiento de aguas residuales, de tal forma que los ayuntamientos dejaron de gastarse dinero en el capítulo de basuras, y los ciudadanos dejaron de pagar ese impuesto, no era mucho, pero…

 

El compostaje es una técnica de bajo coste, que imita a la naturaleza para trasformar de forma acelerada todo tipo de residuos y restos orgánicos, en lo que se denomina compost o humus. El objetivo prioritario del compostaje, es la obtención de un producto final, que debe ser fácilmente manejable y almacenable, cuya materia orgánica debe estar suficientemente estabilizada y humificada, libre de compuestos tóxicos para el hombre, plantas o animales, también de organismos patógenos y semillas de malas hiervas. De esta manera, se debe propiciar su utilización en la mejora de la fertilidad de los suelos, para incrementar la producción y calidad de las cosechas agrícolas, sin que su adición provoque fenómenos adversos. Permite un ahorro considerable de fertilizantes minerales, además de eliminar el impacto ambiental que estos residuos generan.

Compostaje

Instalación tratamiento compostaje

Por otro lado es necesario compostar adecuadamente el estiércol, es decir someterlo a un proceso biológico de fermentación aerobia (con aire), con suficiente humedad y que asegure una transformación higiénica de los restos orgánicos, con lo que se consigue un material final de innumerables ventajas. En este proceso biológico intervienen la población microbiana, como son actinobacterias y los hongos, que son los responsables del 95% de la actividad del compostaje. Además en la fase final de este proceso, intervienen también macroorganismos como colémbolos, ácaros y lombrices. Se requiere al menos 6 meses para conseguir un resultado aceptable. Finalmente se mejora su estructura físico-química. El estiércol, tras su compostaje, se convierte en una materia muy rica en flora microbiana beneficiosa.

 

Se estaba realizando un proyecto de I+D en colaboración con la escuela universitaria de Palencia para probar la paja empacada con una determinada presión como filtro natural en el tratamiento de las aguas residuales, esto aportaría unas ventajas interesantes, ya que por un lado abarataría el tratamiento de las aguas y por otro ayudaba a descomponer los materiales lignocelulosos de la paja e incrementaba los nutrientes de esta como abono orgánico.

 

Mucho antes de crear la empresa, pusimos en marcha en colaboración con varias universidades locales, un proyecto con el objetivo de diseñar un sistema de extracción de nitrógeno atmosférico, de reducidas dimensiones y a un coste asumible. Los parámetros de diseño que propusimos en el proyecto fueron: unas necesidades medias de N2 de 30 Kg N2/Ha, teniendo en cuenta que se enterraban los restos de cosechas, la siembra de forrajeras y el abono orgánico utilizado, se consideró módulos de fabricación de Amoniaco (NH3) para 12.000 Ha. Suponiendo una conversión de 1,22 Kg NH3/Kg N2, esto daba una producción estimada por módulo de fabricación de 440 Toneladas de Amoniaco/Año, si suponemos unas exigencias energéticas de extracción del nitrógeno atmosférico de 10,0 KW-Hr/Kg NH3, tenemos unas necesidades energéticas de 4,4 GW-Hr/Año, esto se puede conseguir con energía renovables.

La clave de la fabricación de nitrógeno está en su elevado consumo energético. La energía renovable ha adquirido el protagonismo que antes no se la dejo tener: como producción distribuida, instalaciones de autoconsumo sin conexión a red, que se liberaron de la enorme carga impositiva a la que estaban sometidas y por último la maduración de las tecnologías, gracias al abaratamiento de la inversión, con nuevos materiales más resistentes y más económicos. Así en el caso que nos ocupa, se decidió diseñar el sistema de producción de nitrógeno, adaptándolo a la producción renovable de energía basada en un aerogenerador de 2,0 Mw y una instalación de potencia similar en fotovoltaica, para los dos módulos que teníamos.

 

Proceso-Haber-Bosh

Proceso Haber Bosh

El proceso Haber-Bosch continúa siendo la base de prácticamente toda la producción comercial de amoníaco, los conceptos fundamentales de la tecnología de síntesis de amoníaco han permanecido prolongadamente sin modificaciones en las últimas décadas. Sin embargo, el aumento de la necesidad de amoniaco en el mundo, demanda mejoras constantes en la producción de amoníaco. Dadas las inevitables pérdidas inherentes en las operaciones unitarias y en los procesos químicos, el consumo actual de energía está probablemente acercándose al mínimo práctico, por lo tanto los márgenes para futuras mejoras en el consumo de energía se espera sean muy pequeños. Se prevé que los nuevos desarrollos en la tecnología, se enfoquen principalmente en la reducción de los costos de inversión y en mejorar la confiabilidad operativa, a través de avances en catalizadores, calidad de equipos, instrumentación y sistemas de control.

Dados los vertiginosos adelantos que habían ocurrido en la última década, tanto en nuevos materiales, en instrumentación de análisis, como en robótica, estudios recientes aportaron nueva luz, sobre los eventos que tienen lugar a escala molecular durante la síntesis del amoniaco a partir de sus elementos. Con estos avances, se consiguió diseñar una micro fábrica de síntesis de amoniaco totalmente robotizada.

 

La robotización, la automatización y mejora de procesos, el desarrollo de nuevos materiales y la Inteligencia Artificial, nos habían traído un nuevo concepto en la industria, que fue el de la industria distribuida. Ya no era necesario el gigantismo de muchas industrias del pasado, en aras a una optimización de costes, principalmente en mano de obra, ahora prácticamente todos los procesos se habían robotizado, es más la reducción de tamaño en muchos procesos había traído la simplificación de los mismos, así ocurrió con la iniciativa que hemos expuesto anteriormente de síntesis de amoniaco.

El resultado del experimento fue muy positivo, el diseño de la micro fabrica (producción de 400 Tn NH3/año, frente al gigantismo de las fábricas del mercado con producciones de 1.000.000 Tn NH3/año), tubo unos índices de conversión de N2 atmosférico en el entorno de los que se consideraban normales en la industria del sector, pero el hecho de que estuviera automatizada y su funcionamiento se adaptara a la producción de energía renovable no gestionable como era la eólica o fotovoltaica, marcaba la diferencia, ya que sus costes anuales eran tan solo la amortización de la inversión realizada y el mantenimiento, ya que no tenía ningún otro coste de operación, resultando que el precio del producto final era irrisorio frente al mercado.

 

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