Usar a tecnologia de plasma de última geração para fazer fertilizantes baratos para pequenos agricultores pode parecer mágica, mas agora se tornou realidade. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven (TU / e) construíram uma pequena planta movida a plasma que produz fertilizante líquido à base de nitrogênio apenas usando o sol, água e ar. "A planta é fácil de configurar, sustentável e muito eficiente, "diz o pesquisador da TU / e Fausto Gallucci, que junto com parceiros na África, Alemanha e Portugal fizeram testes com sucesso do dispositivo em Uganda. “Agora queremos trazer a mini-fábrica para o mercado, para que seja disponibilizado aos agricultores de todo o mundo. "

Alimentar uma população mundial crescente é um grande desafio. As previsões dizem que haverá 8,6 bilhões de pessoas em nosso planeta em 2030, e quase 10 bilhões em 2050. Fertilizantes artificiais, em particular fertilizantes à base de nitrogênio, desempenham um papel fundamental para enfrentar este desafio.

Nitrogênio vital

O nitrogênio é um dos três principais macronutrientes usados ​​pelas plantas para crescer (ao lado do fósforo e do potássio. Em 2015, cerca de um em cada dois humanos foi alimentado por alimentos cultivados com fertilizantes à base de nitrogênio, proporção que deverá aumentar nos próximos anos.

Embora amplamente disponível no mundo desenvolvido, fertilizantes artificiais não são tão comuns no mundo em desenvolvimento. Na África, onde 60 por cento de todos os agricultores têm menos de um hectare de terra à sua disposição, os fazendeiros geralmente não têm dinheiro para comprar o produto. Além disso, fertilizantes são frequentemente produzidos por grandes multinacionais, que só entregam a granel e de locais centrais.

De baixa tecnologia

É aqui que entra o projeto da Leap-Agri na África. Ele usa um reator de pequena escala para fazer fertilizante à base de nitrogênio líquido que pode ser usado por qualquer agricultor que tenha acesso à luz solar e à água.

Embora a tecnologia por trás disso seja de última geração, o aplicativo é de tecnologia muito baixa. "Enviamos um sistema baseado em nosso reator de plasma para a Organização Nacional de Pesquisa Agrícola (NARO) em Uganda, que nunca havia trabalhado com tecnologia de plasma antes, e eles foram capazes de produzir fertilizantes em um mês, "diz Fausto Gallucci, professor do departamento de Engenharia Química e Química.

"Nosso sistema é pequeno, simples e muito rápido. Depois de ligá-lo, é realmente uma questão de segundos antes que comece a produzir fertilizante. Isso o torna também muito flexível:você só o dirige quando o sol está brilhando e você precisa de fertilizante. "

Plasma frio

Então, como esse dispositivo funciona? O professor Gallucci explica:"Nossa mini-planta usa tecnologia de plasma. Plasma, como você sabe, é o quarto estado da matéria e consiste em átomos e moléculas ionizados. Você pode estar familiarizado com ele por causa de sinais de luz ou neon, que consistem em plasma. "

O plasma usado na fábrica de fertilizantes é não térmico:enquanto os elétrons que impulsionam a reação atingem temperaturas extremamente altas, o gás ao redor pode permanecer relativamente frio. É claro que isso economiza energia.

Isso torna a tecnologia de plasma uma alternativa atraente para a forma tradicional de produção de nitrogênio, o chamado processo Haber-Bosch, que requer alta pressão e altas temperaturas. Estima-se que o processo Haber-Bosch consuma 1 a 2% da energia total mundial, emitindo cerca de 300 milhões de toneladas de CO ₂ todos os anos no ar.

Fixando o nitrogênio

A produção de fertilizantes à base de nitrogênio em um reator de plasma envolve um processo conhecido como fixação de nitrogênio. Enquanto 78 por cento do ar consiste em N2, o gás não reage com outros elementos (é quimicamente inerte). Isso dificulta o uso das plantas.

A fixação de nitrogênio resolve esse problema. Ele converte o nitrogênio (N ₂ ) do ar para o NOx, que por sua vez reage com oxigênio e água para formar nitrato (NO _{3 -} ) Isso pode então ser usado como ingrediente para fertilizante líquido.

"Para iniciar o processo de conversão, "explica Sirui Li, pesquisadora do grupo do professor Gallucci, "então ₂ as moléculas primeiro precisam ser "ativadas" pela introdução de uma carga elétrica. Isso garante que as ligações que mantêm os átomos de nitrogênio juntos sejam quebradas, criando um plasma. "

No caso da mini-planta Leap Agri, a eletricidade para geração de plasma é fornecida por energia solar, uma fonte barata e sustentável amplamente disponível nos países em desenvolvimento.

Eficiente e acessível

O processo é altamente eficiente:produz um fertilizante líquido com alto teor de nitrato que pode ser facilmente assimilado pelas plantas. Uma análise foi feita em Uganda pela pesquisadora da NARO Stella Kabiri, que comparou este fertilizante com outros fertilizantes no mercado local. O resultado mostrou que o teor de nitrato era de cerca de 20 por cento, que é 14, 42 e 51 pontos percentuais a mais do que os fertilizantes sólidos Nitrato de amônio, NPK e Ureia respectivamente.

"Mais importante, o fertilizante líquido pode ser produzido no local e sob demanda, para que cada agricultor possa escolher exatamente a quantidade de fertilizante e nitrato de que precisa para sua plantação e lote de terra, "diz Sirui Li.

No momento, o custo da mini-planta ainda é bastante alto (cerca de 70, 000 euros), mas Gallucci espera que o preço caia consideravelmente quando for produzido em maior escala. "Um dia, pequenos produtores na África poderão comprar sua própria unidade de fertilizantes, individualmente ou coletivamente como uma aldeia. O coletivo pode então alugar a mini-planta para seus membros, ou vender o fertilizante para outras aldeias. "