Fertilizantes: produção sustentável e GEEsimpas.org.br/assets/arquivos/DIA2_PN2_PAL1-FertilizantesEmissao... · Tópicos Nutrientes & Ambiente Gases de Efeito Estufa (GEE) & Fertilizantes

Heitor Cantarella

Centro de Solos e Recursos Ambientais

Fertilizantes: produção

sustentável e GEE

67 SIMPAS (Cantarella)

Tópicos

Nutrientes & Ambiente

Gases de Efeito Estufa

(GEE) & Fertilizantes

Agricultura e emissões

de gases de GEE

Oportunidades de

mitigação

Comentários finais


IACINSTITUTO AGRONÔMICO

Nutriente & Ambiente

Fertilizantes: impacto positivo pelo aumento de

produção de biomassa, mas....

Nutriente fora do lugar ou em excesso no

ecossistema: potencial para impactos negativos

Manejo: manter no solo onde têm papel essencial de

nutrir as plantas.

Nutrientes transferidos para outros ecossistemas

além daquele previsto pode causar poluição

Exemplos: lixiviação, erosão (águas subterrâneas e

superficiais); atmosfera (GEE, NH3, chuva ácida etc)



Problemas associados ao excesso

de N no ambiente (EPA)

Problema Associação com o N no

ambiente

Efeito estufa N2O

Acidificação de águas,

perda de biodiversidade

Deposições atmosféricas (S,

HNO3, NH3, NH4+

Hipoxia em águas costeiras Excesso de nutrientes,

lixiviação, erosão, eutroficação,

Crescimento de algas

tóxicas

Excesso de nutrientes, variação

climática

Perdas na agricultura Ozônio (O3)

Perda de biodiversidade Deposição de N

Perda de florestas O3, chuva ácida 67 SIMPAS (Cantarella)


Gasto de Energia para produzir NH3

Nitrogenados: 94% do uso de energia

no setor de fertilizante

NH3: 87 do consumo da indústria

HNO3 (para fertiliz nítricos): 6-8 kg

N2O/t HNO3

Sirviö (2009): IFA Fertil, Climate Change &

Enhancing agric. productvitity 67 SIMPAS (Cantarella)


Solo e gases da atmosfera

Gases de efeito estufa (GEE):

potencial de aquecimento global

CO2

N2O: 297 x CO2

CH4: 25 x CO2



Fertilizantes e gases de efeito estufa

N: alto consumo de energia na fabricação

(53 MJ/kg N; 1,400 m3/t NH3) e alto impacto

ambiental devido à emissão de N2O no

campo

3.2 + 5.1 = 8.3 kg CO2eq/kg N

Síntese da NH3: 1% da energia e 5% do gás

natural do mundo

Agricultura: 80% do N2O (antropogênica)

Fertilizantes: 18% dos GEE da agricultura

e 2,5% dos GEE (antropogênico) totais.



GEE e Fertilizantes

Manufatura de NPK 465 0,93

Uso de fertilizantes na agricultura 738 1,48

N2O do solo (605)

CO2 da ureia (106)

Transporte & Distribuição 37 0,07

TOTAL LCA 1240 2,48


Enhancing agric. productvitity

N2O corresponde a 49 do total de

emissões associadas a fertilizantes



Emissões e gasto de energia com

fertilizantes: Valores usados na Europa

Fertilizante UR (46) NA (34) SA (21) ST (48) KCl (60)

-------------- kg CO2 Eq/kg de produto ------------

Fábrica 0,91 1,18 0,58 0,26 0,25

N2O uso no campo 2,37 1,26 0,98 0 0

N2O via NH3 0,28 0,01 0,02 0 0

N2O via lixiviação NO3 0,48 0,35 0,22 0 0

CO2 Calagem 0,36 0,27 0,50 0,01 0

TOTAL (Prod+Uso)/kg

nutriente

11,19* 9,14 10,95 0,56 0,43

Energia (MJ/kg nutriente) 51,0 41,9 38,4 2,7 5,0

Fertilizer Europe 2011

* Ureia inclui 0,73 kg CO2 eq pela hidrólise no solo



Produção de N2O: reação natural do

ciclo do N


Desnitrificação (condições anaeróbias) é principal

rota

Em solos inundados, o NO3- é consumido em 2 a 7 dias

Pequenas quantidades também durante a

nitrificação (condição aeróbia)

O2N

2NO ]NOH[ OH2NH 4NH

2Ne

O2Ne

]NO[e

2NOe2

3NO

)0()1()2()3()5(



Agricultura (adubação) no foco da

discussão de GEE


A cascata de nitrogênio: N reativo

N2: gás pouco reativo;

78% da atmosfera

N reativo (Nr): NH3, NH4

+, NO3-

Compostos orgânicos....

NOx

N2O

EPA, 2011



Além dos limites de alguns dos 9

sistemas planetários

Rockstrom et al. Nature,

2009

O ciclo do N foi um dos

sistemas que extrapolou

os limites de operação

segura.

Autor propõe que o

fluxo de novo N reativo

seja de 25% do valor

atual: 35 Mt/ano

Atualmente: 120 Mt/ano

(fertilizante e FBN)



Questões ambientais: implicações

para a agricultura

2011 REPORT



EPA-SAB recomenda recomenda

redução de 20% no NR em 10-20 anos

-2 Mt/ano de NOX da queima de comb. fósseis

-20% (1 Mt N/ano) no fluxo de NR em rios, águas superficiais e costeiras

Aumento de 25% na absorção de N pelas culturas

Boas práticas agrícolas

Fertilizantes de eficiência aumentada

-20% na aplicação de NR artificial (fertilizante N) na agricultura sem redução de produção

-20% emissão de NH3 de fertilizantes

-30% emissão de NH3 em confinamentos



Sutton et al, 2013



Rotulação de pegada de C de suco de

laranja


Fertilizantes são insumos

essenciais para a produção

agrícola

Usar (e produzir) com eficiência

Eles podem até ajudar a mitigar o

aquecimento global

E daí?



Problemas com N no Brasil são

muito menores

Não há evidências de excesso de N na

agricultura brasileira

Baixas doses usadas

Aplicações parceladas são regra

Solos profundos

Perdas por lixiviação geralmente muito menores do

que em solos de regiões temperadas



Desafios para a produção

agrícola

FAO: até 2050: aumento previsto da

população mundial: ~2 bilhões de

habitantes

Demanda por produtos agrícolas deve aumentar 50

a 80%

Vegetais têm ~5% de nutrientes na matéria seca

Não usar fertilizantes não é opção



Produção mundial de cerais e consumo

de fertilizantes: 1961-2011

Bruulsema et al, 2013 67 SIMPAS (Cantarella)


Gasto de Energia para produzir NH3: Esforço da indústria para reduzir pegada C

ENERGIA: 38 a 51 GJ/t NH3

Hoje: 30% menos energia que há 40 anos

BMP na indústria: 32 GJ/t NH3

Filtros & Catalizadores: redução N2O de 25

a 40%




Reduzindo Emissões na

Agricultura

1. Aumentar a eficiência de uso de nutrientes

40 a 50% de recuperação do N pelas culturas no 1º.

Ano; Valores ainda menores para P

Melhores Práticas: 4C

Inibidores, fertilizantes de eficiência aumentada

2. Intensificação: Fertilizantes podem evitar ou

substituir emissões

Aumento da produtividade: menos terra, menos

insumos, máquinas etc: redução de área

Sequestro de C no solo


Melhores Práticas: 4C (4R)

Reduzindo emissões na

agricultura



BPM: boas práticas de manejo de

fertilizantes


Teoria do 4-C

Fertilizante certo

Dose certa

Local certo

Época certa

Debate promovido pelo IPNI

Aproveitamento médio de nutrientes ???

N: 60%

P: 30%

K: 70%

Intensificação: fertilizantes

permitem economizar terras


agricultura



Área cultivada (Mha): soja 30; milho 15, cana 8.5; Eucalipto e Pinus 6.5

Pasto 200

Evolução da produção de grãos e área

cultivada no Brasil

grãos

fertilizante

Área

cultivada

Pro

duçã

o d

e g

rãos

(Mt)

e

áre

a c

ultiv

ada (

Mh

a)

Fert

iliz

ante

(M

t)

CONAB, 2013; Cortez et al., 2014 67 SIMPAS (Cantarella)


Tendências de Uso de Fertilizante (kg NPK/ha)

no Brasil e Eficiência de Uso (kg NPK/t grãos)

IFA (2015) Managing Water and Fertilizer for Sustainable... 67 SIMPAS (Cantarella)


Produtividade & Eficiência de Uso de N:

exemplo do milho nos EUA 40 anos

A produtividade continuo

aumentando;

As taxas de aplicação de N se

estabilizaram nos anos 1980

Aumento de eficiência de uso de N



Práticas para a redução de

perdas de NH3 com o uso de

ureia

Ureia: ~60% do N fertilizante


agricultura




Volatilização de amônia

NH4+ NH3 + H+

solo ácido solo alcalino

Condições:

•pH alto: qualquer fertilizante com N

amoniacal

•Ureia: hidrólise eleva pH ao redor dos

grânulos pH 6,5 a 9,0

Ureia: perdas de 0 a 40% do N

aplicado



Incorporar ureia ao solo

Enterrar: 5-10 cm são suficientes

CHUVA:

Dados de outras culturas/sistemas: 10 - 20 mm



Fechamento do sulco de adubação é

importante para evitar perdas de NH3

Uréia

Sulcos abertos sob a palha

Sulco não

adequadamente

coberto

NH3

Condições que podem dificultar o fechamento do sulco:

•Desenho inadequado da máquina

•Solo argiloso e/ou muito úmido

•Alta velocidade de operação

Maximização da Eficiência N – Piracicaba 2008


Incorporação do N de cobertura é difícil

em solos com palha na superfície

67 SIMPAS (Cantarella) 34



Inibidor de urease

*3CO2H42NH urease

O22H2H2)2CO(NH X

Várias formulações contendo NBPT

no mercado



Perdas de NH3 em campo. Brasil

Volatilização de NH3 (Percentagem de

redução comparado à uréia) 1.1.1.1 Cultura/Local

UR UR-NBPT

-------- % do N aplicado -----

Milho Mococa 45 24 (47)

Milho Rib. Preto 37 5 (85)

Milho Mococa 64 22 (65)

Milho e Pindorama 48 34 (29)

Pastagem 1 18 6 (69)

Pastagem 2 51 22 (56)



Média 37 15 (60)

Cantarella, 2005

Inibidores de nitrificação Reduz lixiviação

Reduz emissões de N2O


agricultura



INIBIDORES DE NITRIFICAÇÃO


Muitos compostos testados Nitrapirina (2-cloro-6-(triclorometil) piridina)

Para fluidos

Dicianodiamida (DCD) Bom efeito mas doses são relativamente altas

É também fertilizante de liberação lenta (65% N)

DMPP (fosfato de 3,4-dimetil pirazole) Molécula comercial recente

38

NH4+ + 1,5 O2 X NO2

- + H2O + 2H+

NO2- + 0,5 O2 NO3

-


Inibidores de nitrificação para mitigar

emissões de N2O

1st year (217 days of N2O measurements)

Soares et al., 2014

Field study with long term measurements conducted for 2 years. GHGs evaluated for

217 and 382 days in the 1st and 2nd year)



Treatment

N-N2O emission

(g ha-1) % of N

applied

Difference

from urea (%)

No N 312 b# -

UR 700 a 0.32 -

UR+DCD 316 b 0.00 - 99

UR+DMPP 331 b 0.02 - 95

PSCU 438 b 0.10 - 68

Inibidores de nitrificação reduzem emissões de

N2O

Fonte: Vargas et al. (2013). Nitrification

inhibitor decreases N2O emission from soils

amended with fertilizer N and sugarcane trash.

3rd. Intl. Conf. on Slow- and Controlled-Release

and Stabilized Fertilizers.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

0 8 16

N2O

em

issi

on

(µ

g N

m-2

)

Sugarcane trash rate (Mg ha-1)

N0

N0+DCD

N100

N100+DCD



Inibidores de nitrificação: resumo


No Brasil: poucas evidências de efeitos na produtividade

Potencial em solos leves e com riscos de lixiviação

Nem sempre são substitutos para bom manejo mas, oferecem flexibilidade para alternativas de manejo (antecipação de aplicação, redução de parcelamentos)

Inibidores de nitrificação geralmente também reduzem emissão de N2O: quem paga a conta?

Fertilizantes de eficiência

aumentada


agricultura




Fertilizantes de eficiência aumentada

Diminuir problemas de excesso de N no ambiente (poluição)

Fornecer N acompanhando a necessidade da planta

Diminuir perdas

Produtos de baixa solubilidade

Liberação lenta

Inibidores

*“Enhanced efficiency fertilizers (EEF)”


Fertilizantes nitrogenados de liberação

controlada – Coberturas com polímeros


Ureia (ou outra

fonte)

Polímero (resina sintética – permeabilidade controlada)

Água penetra

Ureia liberada

Vários produtos, com diferentes tecnologias de produção da cobertura

Osmocote; Meister Nutricote; Poly-S

Liberação é controlada pela composição ou

espessura do recobrimento:

Ex. 80% liberado em 30 dias, 90 dias etc

polímero

enxofre uréia

S e polímeros


Mecanismo de ação de FLC


1. Água penetra no

grânulo pelos poros do

polímero

2. Dissolve nutrientes =

aumenta pressão

osmótica

3. Solução sai por difusão


Relação de preços de fertilizantes LL/C

67 SIMPAS (Cantarella) 46

SCU – PCSCU 2:1

UF 3 a 5:1

Polímeros 4 a 8:1

Custo do polímero: 10 a 30 vezes o custo do fertilizante

Indústrias no Japão, Israel e EUA trabalham para

reduzir custo de fertilizantes LL/C

Mercado pequeno mas em grande crescimento

Estocar C no solo

Adubação para mitigar a

emissão de GEE



Solo: o grande reservatório de C


Solo (até 2 metros: 3,3 vezes o C da atmosfera e 4 vezes o C-

biota)

560; 9%

1700; 26%

700; 11%

3500; 54%

Estoque de C (Gt)Vegetação

Solo

Subsolo

Rochas sed + comb. Fósseis'

Mitigação dos efeitos dos GEE: estocar C no solo


Práticas que podem aumentar ou

diminuir o estoque de C do solo

ESTO

QU

E D

E CA

RB

ON

O N

O S

OLO

TEMPO

Solo sob cultivo: decaimento do teor de C em função da mudança de uso e do tipo (A, B, C) de solo

Recuperação de C no solo: manejo conservacionista com grande aporte de matéria orgânica

Manejo conservacionista

A

B

C



Para Aumentar MOS é Preciso Adicionar

N

Para aumentar MOS (0-10 cm) em 1,0% (10 g/dm3): 10.000 kg/ha MO

5.800 kg/ha C

480 kg/ha N

Acúmulo de C depende de alta produção de palha e aporte de N (leguminosas ou adubo)




Estoque de C e N orgânico no solo em SPD em

função de 18 anos de rotação em SPD.

Bayer et al, 2006

------------------------------------ t/ha --------------------------------------


Maior acúmulo de C no solo sob plantio direto que

convencional (mitigando emissões de CO2) em

Latossolos com alto Fe (15 anos)



Comentários finais

A sociedade está atenta para os impactos

ambientais de todas as atividades

Emissões de GEE e gastos energéticos com fertilizantes

têm pouco impacto geral, mas, não podem ser ignorados

Grupos de interesse podem usar como barreira não alfandegária

O Brasil tem condições de conciliar seu destino de

grande produtor de alimentos de maneira

sustentável.

Boas práticas agrícolas permitem mitigar impactos

negativos.


Heitor Cantarella

[email protected]

Obrigado


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