I fertilizzanti a base di azoto contribuiscono agli alti rendimenti attesi dalle colture nel mondo sviluppato, ma il suo uso intensivo danneggia anche le acque e gli ecosistemi vicini. Al contrario, i paesi in via di sviluppo che hanno più bisogno di miglioramenti della resa devono affrontare strozzature nell'ottenere quei fertilizzanti a causa dei costi elevati e dei bassi prezzi dei raccolti.

Scienziati della Purdue University, guidato da Nick Carpita, professore presso il Dipartimento di Botanica e Patologia vegetale, credo che ci sia un modo per risolvere entrambi i problemi. Nei risultati pubblicati sulla rivista Biofuels, Bioprodotti e bioraffinazione, i ricercatori descrivono come gli agricoltori potrebbero coltivare abbastanza colture bioenergetiche per produrre fertilizzanti a base di azoto in modo più economico e ridurre la portata di tali fertilizzanti nei corsi d'acqua vicini.

"L'uso della biomassa come fonte di idrogeno ed energia per fertilizzanti ammoniacali è competitivo con l'elettricità in sostituzione del gas naturale o di altri combustibili fossili. Inoltre, l'integrazione di una coltura di biomassa perenne come filare di confine alle colture alimentari è particolarmente interessante perché fornisce i substrati per la produzione di fertilizzanti mitigando l'impatto ambientale dell'eccesso di azoto, " scrivono gli autori.

Carpita, Maureen McCann, professore nel Dipartimento di Scienze Biologiche; Rakesh Agrawal, Winthrop E. Stone Distinguished Professor di ingegneria chimica di Purdue; Gary Burnske, amministratore delegato del Purdue Center for Global Food Security; e altri ricercatori della Purdue stimano che gli agricoltori potrebbero utilizzare il 5% o meno dei loro campi per coltivare abbastanza colture bioenergetiche, come il sorgo dolce o un'erba perenne come il switchgrass, per creare il carburante necessario per produrre fertilizzanti azotati come l'ammoniaca.

Non solo usare la bioenergia sarebbe una scelta ambientale più pulita rispetto al gas naturale o al carbone, ma le colture potrebbero essere utilizzate ai margini dei campi come tamponi per limitare la quantità di azoto che viene dilavato da quei campi nelle acque locali.

"È una piccola quantità della superficie di un coltivatore per produrre l'energia necessaria per soddisfare completamente il fabbisogno di fertilizzanti per un intero campo. Potresti applicare 150 libbre di azoto per acro, che è più che sufficiente, e ti servirebbe solo il 5% di biomassa per acro, Ha detto Carpita. “La biomassa ha un bonus. Dove si coltiva potrebbe migliorare l'ecologia. La tua biomassa potrebbe creare intrappolamento del suolo, filari antierosione che migliorano lo spartiacque locale”.

Le colture di biomassa potrebbero essere gassificate direttamente o trasformate in H2Bioil per il trasporto al gassificatore, fornendo una fonte di idrogeno necessaria per l'ammoniaca e l'energia per alimentare la produzione. Lo studio mostra che costa circa $ 54 per abbastanza gas naturale per creare 150 chilogrammi di ammoniaca. I costi equivalenti dell'elettricità o della biomassa nelle nazioni sviluppate sono attualmente circa quattro volte superiori, il che significa che i costi di produzione dovrebbero diminuire o i prezzi del gas naturale dovrebbero aumentare in modo significativo per rendere il processo conveniente.

Ma potrebbe essere ancora vantaggioso nei paesi in via di sviluppo, dove impianti di lavorazione mobili o impianti chimici più piccoli potrebbero portare la produzione vicino alle aziende agricole che non hanno accesso ai fertilizzanti a base di azoto. Quelle strutture più piccole non esistono ancora, ma Agrawal ha detto che il suo team sta lavorando per svilupparli.

"Noi ingegneri chimici siamo abituati a costruire grandi impianti. Dobbiamo ripensare non solo alle operazioni unitarie, ma come semplificheremo tutto in un impianto per farlo funzionare su una scala distribuita più piccola, " Agrawal ha detto. "La cosa buona è che abbiamo iniziato a lavorarci. Questo potrebbe accadere entro il decennio".

Burniske ha affermato che la strategia della biomassa per la produzione di ammoniaca probabilmente sarebbe realizzabile prima nell'Africa sub-sahariana, dove i terreni sono poveri di azoto e c'è poca produzione di fertilizzanti nella regione.

"L'Africa è la regione più carente di fertilizzanti azotati al mondo, e dove è disponibile il fertilizzante, è costoso, di scarsa qualità e fuori dalla portata del piccolo contadino, " ha detto Burnske.

Un'area dell'Africa orientale, dove i paesi sono più piccoli e potrebbero condividere un grande impianto di produzione, e avere l'infrastruttura di trasporto da consegnare, potrebbe utilizzare la strategia della biomassa per creare fertilizzanti a base di azoto a prezzi accessibili.

"La riduzione del costo dei fertilizzanti e il conseguente aumento della qualità aumenterebbero l'uso da parte dei piccoli agricoltori e aumenterebbero i raccolti nelle aree in cui ci sono grandi popolazioni di persone con insicurezza alimentare, " ha detto Burniske. "Le colture orticole in particolare ne trarrebbero beneficio perché sono più esigenti nell'assunzione di azoto, e le colture orticole sono ricche di micronutrienti in una regione in cui la carenza di micronutrienti è dilagante. Gli agricoltori che producono colture orticole di maggior valore vedrebbero un aumento del reddito e un effetto moltiplicatore aumentando lo sviluppo economico nelle comunità rurali".

Gli autori hanno dedicato il loro articolo al collega autore Wally Tyner, che era il professore James e Lois Ackerman di economia agraria a Purdue, un membro anziano della U.S. Association for Energy Economics e un senatore statunitense Richard Lugar "Energy Patriot". Tyner è morto l'anno scorso.