El superfosfato es un fertilizante químico sintetizado por primera vez en la década de 1840 mediante la reacción de huesos con ácido sulfúrico . El proceso se mejoró posteriormente mediante la reacción de coprolitos de fosfato con ácido sulfúrico. Posteriormente, se descubrieron y utilizaron otros depósitos ricos en fosfato, como la fosforita . El fosfato soluble es un nutriente esencial para todas las plantas, y la disponibilidad de superfosfato revolucionó la productividad agrícola.
Los primeros fertilizantes ricos en fosfato se elaboraban a partir de guano , estiércol animal o huesos triturados. [1] Estos recursos eran tan valiosos durante la Revolución Industrial que los cementerios y catacumbas de toda Europa fueron saqueados en busca de huesos humanos para satisfacer la demanda. [1]
En 1842, el reverendo John Stevens Henslow encontró coprolitos (excrementos fosilizados de dinosaurios) en los acantilados del sur de Suffolk, en Inglaterra. Conocía las investigaciones previas realizadas en Dorset por William Buckland , que demostraban que los coprolitos eran ricos en fosfatos que podían estar disponibles para las plantas mediante su disolución en ácido sulfúrico. John Bennet Lawes , que cultivaba en Hertfordshire , se enteró de estos descubrimientos y llevó a cabo su propia investigación en su granja de Rothamsted (que más tarde se convirtió en una estación de investigación agrícola), bautizando el producto resultante como "superfosfato de cal". [2] Patentó el descubrimiento y, en 1842, comenzó a producir superfosfato a partir de excrementos fosilizados de dinosaurios a escala industrial; este fue el primer abono químico producido en el mundo. [1]
Edward Packard , reconociendo la importancia del trabajo de Lawes, transformó un molino en Ipswich para producir este nuevo fertilizante a partir de coprolitos excavados en el pueblo de Kirton . En la década de 1850 trasladó su operación a Bramford, junto a una nueva fábrica similar operada por Joseph Fisons. Estas operaciones estaban destinadas a formar parte de la empresa de fertilizantes Fisons . La calle donde se encontraba el molino original todavía se llama Coprolite Street . [3]
Todas las plantas y animales necesitan compuestos de fósforo para llevar a cabo su metabolismo normal, aunque en el caso de las plantas puede constituir tan sólo el 2% de su materia seca. [4] El fósforo puede estar en forma de fosfatos inorgánicos solubles o compuestos orgánicos que contienen fósforo. En la célula viva, la energía se acumula o se gasta utilizando una gama compleja de procesos bioquímicos que implican la transformación de trifosfato de adenosina en difosfato de adenosina cuando se gasta energía y lo inverso cuando se acumula energía como en la fotosíntesis . [5]
El superfosfato es relativamente barato [6] en comparación con otras fuentes de fosfato disponibles. El precio más bajo contribuye a su adopción generalizada, en particular en las regiones en desarrollo donde los costos de los insumos agrícolas son un factor importante. [7]
El destino de los fosfatos en el suelo es complicado, ya que forman fácilmente complejos con otros minerales como arcillas y sales de aluminio y hierro [4] y, en general, pueden no estar disponibles para las plantas, excepto por la erosión y por la acción de las bacterias y el microbioma del suelo [4] . La ventaja de los fertilizantes de superfosfato es que una proporción significativa del contenido de fosfato es soluble y está inmediatamente disponible para las plantas. Por lo tanto, proporciona un impulso muy rápido al crecimiento de las plantas. Sin embargo, la compleja dinámica del suelo tiende a inmovilizar el fosfato en complejos minerales o ligandos orgánicos , lo que reduce la disponibilidad para las plantas. Los fosfatos también se pierden en el suelo y el entorno vegetal cuando los cultivos son cosechados o consumidos por los animales o se pierden de otra manera en el sistema local. Los fosfatos tienden a estar fuertemente ligados a los sedimentos finos del suelo [8] . La lixiviación de sedimentos del suelo puede provocar concentraciones elevadas de fosfato en el curso de agua receptor [9] .
La adición de fósforo en forma de superfosfato permite obtener rendimientos agrícolas mucho mayores. [4] Aunque el fósforo del suelo se repone en cierta medida a partir de fuentes minerales y se libera de los complejos del suelo mediante mecanismos físicos y biológicos, la tasa de resolubilización es demasiado baja para sustentar la productividad agrícola moderna. El fósforo orgánico contenido en la materia vegetal o animal se resolubiliza mucho más fácilmente a medida que el material se descompone mediante la acción microbiana . [4]
Sin embargo, la cualidad clave que hizo que el superfosfato fuera tan atractivo (la solubilidad del fosfato) también creó una demanda constante del producto, ya que las sales de fósforo solubles y el fosfato unido a sedimentos finos se eluyen de los campos a los ríos y arroyos, donde se pierden para la agricultura [10], pero ayudan a fomentar una eutrofización no deseada . [5]
Los superfosfatos se fabrican en todos los principales centros industriales del mundo, incluidos Europa, China y Estados Unidos. [11] En 2021, se produjeron alrededor de 689.916 toneladas de superfosfato, más de la mitad de ellas en Polonia y cantidades sustanciales en Indonesia, Bangladesh, China y Japón. [12]
Todas las formulaciones de superfosfato contienen una proporción significativa de iones de fosfato solubles y disponibles, que es la cualidad clave que las ha hecho esenciales para la agricultura moderna. [7]
El superfosfato simple se produce utilizando el método tradicional de extracción de roca fosfórica con ácido sulfúrico , una mezcla aproximada de 1:1 de Ca(H 2 PO 4 ) 2 y CaSO 4 . [13]
El término "superfosfato doble" se refiere a una mezcla de superfosfato triple y simple, resultante de la extracción de roca fosfórica con una mezcla de ácidos fosfórico y sulfúrico. [13]
El superfosfato triple es un componente de muchos fertilizantes patentados . Se compone principalmente de fosfato monocálcico , Ca(H2PO4 ) 2 . Se obtiene tratando la roca fosfórica con ácido fosfórico. Muchos fertilizantes patentados se derivan del superfosfato triple, por ejemplo, mezclándolo con sulfato de amonio y cloruro de potasio . El superfosfato triple de calidad fertilizante típica contiene 45% de P2O5 eq , el superfosfato simple 20% de P2O5 eq. [ 13]
El uso continuo de superfosfato puede provocar la acidificación del suelo, en particular en suelos mal amortiguados, alterando los niveles de pH y limitando potencialmente la disponibilidad de nutrientes. [14] Esto requiere un control y una gestión cuidadosos del pH del suelo para evitar la degradación del suelo a largo plazo . [15]
La producción y el transporte producen cantidades significativas de CO2 que , según algunas estimaciones, ascienden a 1,2 kg/kg para la fabricación de superfosfato y 238 g/kg para el transporte. [16] Otras fuentes señalan que, suponiendo que todo el azufre para el ácido sulfúrico se recupera del endulzamiento del petróleo y el gas , [17] y que la reacción para producir superfosfato es exotérmica, siempre que el calor generado se reutilice por completo, todo el ciclo puede tener una huella de carbono negativa tan baja como -518 g/kg solo para la producción. [16]
Si bien el superfosfato enriquece el suelo con fósforo, una aplicación excesiva o desequilibrada puede alterar las proporciones de nutrientes, lo que provoca deficiencias o toxicidades en las plantas. Están surgiendo pruebas de que los niveles elevados pueden estar asociados con infecciones mortales por Phytophthora cinnamomi . [18] Las prácticas de fertilización sostenibles, que incluyen pruebas de suelo y aplicaciones específicas, son esenciales para mitigar este riesgo. [19]
La disponibilidad de rocas ricas en fosfato adecuadas es limitada y las estimaciones del " pico de fósforo " varían entre 30 años a partir de 2022, [20] o en algún momento entre 2051 y 2092. [21] A medida que aumenta la población humana y la demanda de alimentos, la disponibilidad de fertilizantes de superfosfato en el futuro puede ser menos segura, lo que sugiere que puede ser necesario desarrollar fuentes alternativas de fosfato. [10]
Un número significativo de plantas, especialmente aquellas que evolucionaron en Gondwana , tienen una sensibilidad al exceso de fósforo, [18] obteniendo todo lo que necesitan de asociaciones con micorrizas arbusculares . Ejemplos de plantas que son intolerantes a la aplicación de superfosfato incluyen Hakea prostrata y Grevillea crithmifolia . Muchas orquídeas terrestres que dependen de asociaciones micorrízicas pueden tener sensibilidades similares a niveles elevados de fosfato [22] y las poblaciones pueden ser suprimidas por aplicaciones de fertilizantes que contienen superfosfato. [23]
La eutrofización de ríos, lagos y mares está muy bien documentada y está relacionada con el aumento de las concentraciones de fosfato. Sin embargo, determinar la contribución del uso de superfosfato a este problema es difícil debido a la amplia variedad de otras fuentes de compuestos de fósforo presentes en los desechos humanos y animales. Los problemas recientes en el río Wye se han atribuido a la cría intensiva de aves de corral, en la que el exceso de fosfato procede de un estiércol de pollo mal gestionado. [24] [25]