Mientras que la contaminación por carbono acapara todos los titulares por su papel en el cambio climático, la contaminación por nitrógeno es posiblemente un problema más difícil. De alguna manera, tenemos que cultivar más alimentos para alimentar a una población creciente y, al mismo tiempo, minimizar los problemas asociados al uso de fertilizantes nitrogenados.
Sólo en Europa, los costes medioambientales y de salud humana de la contaminación por nitrógeno se estiman entre 70.000 y 320.000 millones de euros al año.
Las emisiones de nitrógeno, como el amoníaco, el óxido de nitrógeno y los óxidos nitrosos, contribuyen a la formación de partículas y a la lluvia ácida. Éstas provocan problemas respiratorios y cánceres en las personas y dañan los bosques y los edificios.
Los gases nitrogenados también desempeñan un papel importante en el cambio climático global. El óxido nitroso es un gas de efecto invernadero especialmente potente, ya que es más de 300 veces más eficaz a la hora de atrapar el calor en la atmósfera que el dióxido de carbono.
El nitrógeno procedente de los fertilizantes, los efluentes del ganado y las aguas residuales humanas favorecen el crecimiento de las algas y provocan la contaminación del agua. La factura estimada de 8.200 millones de dólares australianos en daños a la Gran Barrera de Coral es un recordatorio de que nuestras decisiones sobre la tierra tienen un gran impacto en la tierra, el agua y el aire aguas abajo.
El nitrógeno perdido también perjudica a los agricultores, ya que representa una reducción del crecimiento potencial de los cultivos o el desperdicio de fertilizantes. Este impacto es más grave para los pequeños agricultores de los países en desarrollo, para quienes el fertilizante nitrogenado suele ser el mayor coste de la agricultura. La reducción de la producción por la pérdida de nitrógeno puede representar hasta el 25% de los ingresos del hogar.
La solución al reto del nitrógeno tendrá que venir de una combinación de innovación tecnológica, política y acción de los consumidores.
El ingrediente esencial
El nitrógeno es un componente esencial de los aminoácidos, las proteínas y el ADN. El crecimiento de las plantas depende de él; los animales y las personas lo obtienen al comer plantas u otros animales.
El gas nitrógeno (N₂) constituye el 78% del aire, pero las plantas no pueden utilizarlo. Los fertilizantes suelen estar hechos de amoníaco, una forma de nitrógeno que las plantas prefieren.
Un siglo después de que el desarrollo del proceso Haber-Bosch nos diera una forma de fabricar fertilizantes nitrogenados, nuestra demanda aún no se ha estabilizado.
El uso de fertilizantes nitrogenados ha pasado de 11 millones de toneladas en 1961 a 108 millones en 2014. Como los niveles de dióxido de carbono siguen aumentando en la atmósfera, es probable que algunas plantas, como los cereales, también demanden más nitrógeno.
De hecho, el nitrógeno procedente de los fertilizantes representa actualmente más de la mitad de las proteínas de la dieta humana. Sin embargo, alrededor del 50% del nitrógeno aplicado se pierde en el medio ambiente en la escorrentía de los campos, en los desechos de los animales y en las emisiones de gases del metabolismo de los microbios del suelo.
Estas pérdidas han ido aumentando a lo largo de las décadas a medida que aumenta el uso de fertilizantes nitrogenados. El nitrógeno reactivo causa daños de gran alcance, y causará más daños si no se frenan las pérdidas de nitrógeno.
Enfrentados a una población creciente y a un clima cambiante, necesitamos más que nunca optimizar el uso del nitrógeno y minimizar las pérdidas.
De la granja a la mesa
Una forma de entender nuestro uso del nitrógeno es observar nuestra huella de nitrógeno: la cantidad de contaminación por nitrógeno liberada al medio ambiente por los alimentos, la vivienda, el transporte y los bienes y servicios.
Una investigación realizada por la candidata al doctorado de la Universidad de Melbourne, Emma Liang, muestra que Australia tiene una gran huella de nitrógeno. Con 47 kg de nitrógeno por persona y año, Australia está muy por delante de Estados Unidos, que tiene 28 kg de nitrógeno por persona.
Una dieta rica en proteínas animales parece ser la causa de la gran huella de nitrógeno de Australia. El consumo de productos animales representa el 82% de la huella de nitrógeno de los alimentos australianos.
Los productos animales tienen un alto coste de nitrógeno en comparación con los productos vegetales. Ambos productos comienzan con el mismo coste en nitrógeno como resultado del cultivo, pero se producen pérdidas adicionales significativas a medida que el animal consume alimentos a lo largo de su ciclo de vida.
El proyecto N-Footprint pretende ayudar a particulares e instituciones a calcular sus huellas de nitrógeno. Muestra cómo cada uno de nosotros puede tener un impacto en la contaminación por nitrógeno a través de nuestras elecciones diarias.
Podemos elegir dietas con proteínas de menor huella de nitrógeno, como las verduras, el pollo y el marisco en lugar de la ternera y el cordero. Podemos optar por reducir el desperdicio de alimentos comprando cantidades más pequeñas (y con más frecuencia si es necesario) y compostando los residuos de alimentos. La buena noticia es que si reducimos nuestra huella de nitrógeno, también reducimos nuestra huella de carbono.
De vuelta a la granja
Mientras tanto, los esfuerzos para utilizar el nitrógeno de forma más eficiente en las granjas deben continuar. Cada vez conocemos mejor las pérdidas de nitrógeno del suelo gracias a las técnicas micrométricas.
De estar sentados al sol con cámaras de cubos de plástico, viales de cristal y jeringuillas, los científicos utilizan ahora altas torres y láseres para detectar pequeños cambios en las concentraciones de gas en grandes áreas y enviar los resultados directamente a nuestros ordenadores.
Ahora sabemos que la nitrificación (cuando el amoníaco se convierte en nitrato) contribuye de forma importante a las pérdidas de nitrógeno y, por tanto, al cambio climático y a los daños en los ecosistemas. Es un proceso en el que los investigadores -y los agricultores- se centran para reducir las pérdidas de nitrógeno.
Los inhibidores de la nitrificación se utilizan ahora comercialmente para mantener el nitrógeno en la forma de amonio, que prefieren las plantas, y para evitar la acumulación de nitrato, que se pierde más fácilmente en el medio ambiente.
A medida que esta tecnología avanza, estamos empezando a responder a la pregunta de cómo afectan estos inhibidores a las comunidades microbianas que mantienen la salud de nuestro suelo y forman la base de los ecosistemas.
Por ejemplo, nuestra investigación muestra que el fosfato de 3,4-dimetilpirazol (más conocido como DMPP) inhibe la nitrificación sin afectar a la diversidad de la comunidad microbiana del suelo.
También se ha observado que los sistemas de raíces de algunas hierbas tropicales inhiben la nitrificación. Esto abre una opción de gestión para ralentizar las tasas de nitrificación en el medio ambiente utilizando enfoques genéticos.
Resolver el desafío del uso del nitrógeno requerirá la investigación de formas más eficientes para que los productores primarios utilicen el nitrógeno, pero también necesitará el liderazgo de los gobiernos y las opciones de los consumidores para desperdiciar menos o comer más proteínas vegetales. Estas herramientas harán que los argumentos para el cambio sean más claros, y que la tarea de alimentar al mundo sea más verde.
Del 4 al 8 de diciembre, destacados investigadores internacionales se reúnen en Melbourne en la 7ª Conferencia Internacional de la Iniciativa del Nitrógeno para debatir las mejores soluciones nuevas a los problemas del uso del nitrógeno. Para profundizar en estos temas, visite el sitio web de la INI2016 o únase a una serie de expertos en alimentación y producción en el Foro Comunitario Good Food for 9 Billion: Foro de la Comunidad.