O preço da fartura: fixado em nitrogênio

Jul 12, 2023

Nas margens do sinuoso rio Mississippi, no sudeste da Louisiana, o Complexo Donaldsonville de 1.400 acres da CF Industries ergue-se em um espetáculo steam-punk. O gigante das torres de resfriamento, tanques, fornos, tubulações e chaminés exala vapor – e às vezes os vazamentos de amônia que podem resultar em um pedido de abrigo no local para a comunidade local.

À noite, o colossal complexo parece uma pequena cidade. Uma vasta gama de luzes brilhantes guia os trabalhadores em uma movimentada colmeia de fabricação de produtos químicos. Quase 1.000 trabalhadores na fábrica ajudam a produzir cerca de 8 milhões de toneladas de produtos de nitrogênio por ano para a agricultura e outras indústrias. Amônia, nitrato de amônio, ureia e fluido de escapamento de diesel saem do complexo por meio de dutos, ferrovias, caminhões e barcaças fluviais e oceânicas.

A operação da CF em Donaldsonville é a maior fábrica de amônia do mundo, de acordo com a empresa. A amônia, composta por três átomos de hidrogênio ligados a um átomo de nitrogênio, faz parte do processo de síntese do nitrogênio. Entre os nutrientes "Big 3" em fertilizantes comerciais - nitrogênio, fósforo e potássio - o nitrogênio é crucial para construir as proteínas que, por sua vez, constroem os tecidos na maioria dos seres vivos.

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Um dos elementos químicos mais comuns, o nitrogênio compõe 78% do ar. Plantas, animais e pessoas não podem viver sem ele. Mas eles também não podem usá-lo em sua forma de gás. Isto precisa ser consertado." A correção acontece lentamente na natureza, à medida que plantas e microorganismos convertem nitrogênio atmosférico em amônia. No século passado, a correção também foi supercarregada para fins industriais no chamado processo Haber-Bosch, que combina nitrogênio do ar com hidrogênio sob pressão extremamente alta para criar amônia.

Em 1918, o processo rendeu ao químico alemão Fritz Haber o Prêmio Nobel de Química por seus "meios extremamente importantes de melhorar os padrões da agricultura e o bem-estar da humanidade". Um século depois, os demógrafos estimam que apenas metade dos 8 bilhões de pessoas que agora vivem no planeta poderia ser alimentada sem fertilizantes nitrogenados sintéticos.

Mas o mesmo nutriente que alimenta bilhões de pessoas também pode matar, em armas químicas, explosões de fábricas ou overdoses no meio ambiente. Aplicado em excesso em fazendas, o excesso de nitrogênio escorre para os cursos d'água, onde alimenta as algas que proliferam, bloqueiam a luz e privam outras plantas e animais de oxigênio.

"Não há dúvida de que o fertilizante de nitrogênio oferece um tremendo benefício para a sociedade ao aumentar a produção de alimentos para alimentar bilhões de pessoas em todo o mundo, inclusive em países em desenvolvimento", informou o Projeto de Integridade Ambiental nesta primavera em um apelo por maior regulamentação do devido a ameaças à segurança pública e ao meio ambiente. “Mas a aplicação excessiva de fertilizantes químicos também acarreta um custo para o meio ambiente, e esse dano aumenta quando a fabricação de produtos químicos é mal regulamentada”.

No início do século 20, os agricultores da Europa e dos Estados Unidos dependiam de importações como salitre do Chile e enormes montanhas de guano do Peru como fonte de nitrogênio fixo. A descoberta de Haber da produção de amônia sintética mudou o mundo, disse o físico Benjamin Johnson, do Instituto Max Planck para a História da Ciência, em Berlim.

Uma grande transição energética, naquela época para combustíveis fósseis, estava em andamento. A agricultura estava se industrializando. As pessoas ficaram entusiasmadas com a invenção de Haber, mas a parte difícil foi ampliá-la, disse Johnson, autor do livro de 2022 Making Ammonia: Fritz Haber, Walther Nernst e a natureza da descoberta científica.

No mesmo ano em que patenteou sua descoberta, em 1908, a empresa química BASF contratou Haber para desenvolver uma síntese de amônia em alta pressão em escala industrial. O engenheiro químico da BASF, Carl Bosch, foi designado para o projeto. Ele teve que construir a planta e a mecânica que pudessem suportar pressões e temperaturas de gás intensas. A Bosch "teve que inventar alguns invólucros especiais para manter essa mistura de gás sob pressão e mantê-la selada para que os fornos de pressão não quebrassem", disse Johnson.