Tecnologias para fertilizantes nitrogenados

Apresentação em tema: "Tecnologias para fertilizantes nitrogenados"— Transcrição da apresentação:

1 Tecnologias para fertilizantes nitrogenados
70º SIMPAS Tecnologias para fertilizantes nitrogenados Prof. Dr. Douglas Guelfi

2 Ciclagem do N Adubos Volatilização Desnitrificção Lixiviação
Gás Amônia (NH3) N2 N2O NO Nitrato (NO3-) Amônio (NH4+) Nitrito (NO2-) Amônio (NH4+) N tecido da planta Nitrato (NO3-) Matéria orgânica Matéria prima Amônia Adubos

3 Consumo de Fertilizantes Nitrogenados - 2016 Milhões de toneladas de N
Mundo = t de N Brasil (4º) = t de N t N t N 56,4% 10,4% 9,2% 9,8% 14,2% Ureia ( t) 83% N foi importado Nitrato de Amônio ( t) Nacional Sulfato de Amônio ( t) Importado MAP ( t) Outros ( t) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Milhões de toneladas de N ANDA, 2017

4 (gás) NH3 Volatilização (aq) (aq) Atmosfera NH4+ NH4+ NH4+ Equilíbrio
Hidrólise Ureia Urease + H+ NH4+ NH4+ (gás) Ar do solo (aq) Solução do solo NH4+ Argila (aq) + Equilíbrio H+ M.O

5 ↓ CTC + ↓ Chuva ↑ Temperatura = ↑Volatilização
Atmosfera Hidrólise da ureia na superfície do solo ↓ CTC + ↓ Chuva ↑ Temperatura = ↑Volatilização Ureia Ureia Ureia Ureia NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ H+ H+ 1,5 cm H+ H+ H+ H+ H+ H+ CTC pH 6 7 8 9

6 ↑ CTC + ↑ Chuva ↓ Temperatura = ↓Volatilização
Hidrólise da ureia abaixo da superfície do solo ↑ CTC + ↑ Chuva ↓ Temperatura = ↓Volatilização Ureia Ureia Ureia Ureia Ureia NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ 5 cm H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ pH CTC 6 7

7 Condições ótimas para: ↑Volatilização
↓Penetração da ureia no solo ↓Precipitação pluviométrica nos 7 primeiros dias após a aplicação da ureia ↓ CTC ↑ Evaporação = Solo úmido secando ↑Temperatura

8 Quantos milímetros de chuva?
Resíduos? Evaporação? Urea Ureia Ureia 5 cm

9 Como melhorar a eficiência no uso de nitrogênio pelas plantas?

10 Classificação das Tecnologias
Fertilizantes nitrogenados Convencionais Estabilizados Lenta Controlada Blends UF IBDU CDU SCU SCU PSCU URP Ureia NA SA Inibidores de urease Inibidores de nitrificação Ureia + NBPT Ureia + DMPP Preço ($): convencionais < estabilizados < blends ≤ liberação lenta < liberação controlada

11 Estrutura química Peso molecular
Processo de fabricação da ureia formaldeído (UF) → Liberação lenta → Ureia formaldeído (UF) % N - Patente - DRP (1924) Estrutura química UF N C N C N Peso molecular Tamanho da cadeia N C N C N C N C N C N N C N C N C N C N C N C N C N C N N N C N C N N → Reação pela reação do formaldeído com excesso de ureia em condições controladas de: pH, temperatura, proporção molar e tempo de reação resultando em uma mistura de ureia/metileno com polímeros de cadeia de diversos tamanhos. Reações em condições básicas = cadeias curtas = + N solúvel em água Reações em condições ácidas = cadeias longas = - N solúvel em água N C N C N C N C N Grau de polimerização Insolubilidade N C C C N C N N C N C N N

12 Ureia formaldeído (UF) → Liberação do N
Micro-organismos Hidrólise Nitrificação Os micro-organismos quebram a cadeia carbônica longa, geram energia para o seu metabolismo liberando N no solo. A ureia liberada é convertida em amônio que entra no ciclo do N. UREIA Carbono Nitrogênio Oxigênio Hidrogênio

13 Fertilizantes estabilizados → Modos de ação
Inibidores da Nitrificação ≠ Inibidores da Urease Volatilização ↑NH3 NH4+ NO3- Inibidores de nitrificação Desnitrificação Lixiviação (NH4)2SO4 NH4NO3 Inibidores da urease (NH2)2CO

14 Processos de fabricação de fertilizantes nitrogenados estabilizados
→ Ureia + NBPT (Inibidor de urease) → Ureia tratada durante ou após a granulação com 400 a ppm de NBPT. → NBPT é instável em: solos ácidos (Engel et al., 2013), ↑temperatura e em meio aquoso (Whitehurst et al., 2014).

15 Processos de fabricação de fertilizantes nitrogenados estabilizados
→ Ureia + NBPT (Modo de ação) S NBPT (S) CH3 (CH2)3 N P NH2 H NH2 Átomos de Ni da urease e NBPT formam Ligação tridentada = Enzima inativada O Urease NBPT (O) CH3 (CH2)3 N P NH2 H NH2

16 Novas formulações de ureia estabilizada → Milho
Perdas de N-NH3 de fertilizantes nitrogenados estabilizados aplicados no milho na safra 2015/2016 Formulação N-NH3 Produtividade __________ (kg ha-1) __________ Controle 0,8 a 7.886 b Ureia + NBPT + Solvente “X” 6,1 a (-72%) a (+11%) Ureia + NBPT + Solvente “Y” 7,3 a (-67%) a (+11%) Ureia + NBPT + Hidroquinona + Cu + Hg 8,5 a (-61%) ab (+4%) Ureia + Hidroquinona + Ni + Solvente “Y” 10,3 ab (-53%) a (+11%) Ureia + Pirocatecol + Solvente “Y” 21,0 bc (-4%) a (+14%) Ureia granulada convencional 21,8 bc ab Ureia + Hg + Cu + Solvente “Y” 22,0 bc ab Ureia + Hg + Solvente “Y” 23,5 c a Ureia + Hidroquinona + Solvente “Y” 26,1 c a Ureia + Ni + Solvente “Y” 26,2 c ab 300 kg ha de N ano

17 Produtividade (kg ha-1)
Milho → 2014/2015 – (Souza et al., 2017) Fertilizantes Perdas de N-NH3 (%) Redução (%) Produtividade (kg ha-1) Ureia granulada 39 a - a Ureia perolada 38 a 3 a Ureia + 16% S0 32 b 18 a Blend 19 b Ureia incorporada (2 cm) 24 c 39 a Ureia + NBPT 8 d 79 a Ureia + resina 3 e 92 Sulfato de amônio 1 e 97 a Nitrato de amônio 0,7 e 98 a Controle 9.036 c Controle = kg ha

18 Ureia NBPT → Cafeeiro- 2015/2016
Perdas de N-NH3 de fertilizantes nitrogenados aplicados no cafeeiro na safra 2015/2016 (Tese: Taylor em realização) Perdas de N-NH3 (kg ha-1) → 3 parcelamentos Fertilizantes 1ª 2ª 3ª Total Redução (%) Ureia (150 kg ha-1 N) 7,2 c 11,6 c 12,4 c 31 c - Ureia (400 kg ha-1 ) 57,5 a 61,9 a 68,5 a 188 a NA (150 kg ha-1) 0,8 d 1,4 e 0,3 d 3 e 92 NA (400 kg ha-1) 3,0 d 4,5 d 1,2 d 9 d 95 UNBPT(150 kg ha-1 ) 4,7 d 2,4 d 10 d 68 UNBPT (400 kg ha-1) 34,9 b 39,1 b 37,4 b 111 b 41 300 kg ha de N ano

19 O inibidor de nitrificação age sobre a bactéria.
Inibidores da nitrificação (IN) Bactericida ou bacteriostático O inibidor de nitrificação age sobre a bactéria. Nitrosomonas Bactéria Nitrobacter Bactéria NH4+ NO2- NO3- Amônio Nitrito Nitrato → Principais compostos utilizados: DCD: Dicianamida (H4C2N); DMPP:(3,4 – dimetilpirazole fosfato) e Nytrapirin. → Reduzem a lixiviação e desnitrificação. E a volatilização?

20 Fertilizantes nitrogenados estabilizados
Perdas de N-NH3 e produtividade do milho (Leite, 2016) Tipos de ureia Perdas de N-NH3 (% do N aplicado) Produtividade (t ha-1) Controle - 9,00 b Ureia + DMPP (IN) 52,2 a 10,64 a Ureia + 0,15% Cu + 0,4% B 37,6 c 11,28 a Ureia + PA 46,5 b 9,70 b Ureia + PA+ 3% Zn 44,5 b 11,00 a Ureia + PA + 1,5% Cu 44,3 b 11,55 a Ureia + PA + 0,1% Cu + 0,3% B + 0,05% Mo 42,7 b 11,36 a Ureia + PA + 3% Cu 41,0 c 11,74 a Ureia perolada 39,4 c 11,03 a Ureia + PA + 1,5% Zn 37,7 c Ureia + PA + 0,25% Cu + 0,68% B 36,2 c 11,67 a Ureia + PA + 0,34% Cu + 0,94% B 36,1 c 11,53 a

21 Fertilizantes nitrogenados de liberação controlada
São fertilizantes convencionais aos quais após a granulação ou perolamento recebem um recobrimento para controlar a penetração de água e, consequentemente, a taxa de dissolução do fertilizante e duração do tempo de liberação do N.

22 TVA em 1961. A fabricação inicia-se com aquecimento da ureia (71-82ºC) e, posteriormente e realizada a aplicação de S pré-aquecido (150°C – 40 µM) e os poros selados com parafina ou ceras. SCU contêm: Grânulos perfeitos, danificados selados e danificados = Irregularidade na liberação de N Hole = buraco e Flaw = defeito. S0 → SO42- 3 meses a 12 meses

23 O recobrimento é aplicado na superfície dos grânulos
→ S, gel, polietileno, etileno vinil acetato, poliésteres, resina de ureia formaldeído, Poli-cloreto de Vinidileno (PVDC), poliuretano, látex e ceras, fosfatos de Ca e Mg, gesso, extrato de nim, dentro outros. → f = (propriedades físicas e químicas, custo e disponibilidade). Fertilizante convencional solúvel O recobrimento é aplicado na superfície dos grânulos

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26 Os polímeros ficam intactos A temperatura, umidade do solo e a espessura do revestimento controlam a difusão. Água Ureia Ureia Dissolvida Água Ureia Dissolvida Liberação Completa Ureia Dissolvida

27 Taxa de liberação e função de:
1) Temperatura e umidade do solo. 2) Tipo e espessura do revestimento. A = µm B = µm

28 Teste de liberação de N → Blend A - Temperatura 40ºC
87% 233 63

29 Teste de liberação de N → Blend B - Temperatura 40ºC
233 63 71%

30 Tecnologias N - Cafeeiro → (Dominghetti et al., 2016)
Perdas de N-NH3 (% N aplicado) kg ha-1 ano-1 Fertilizante 1º ano (2013/2014) 2º ano (2014/2015) Média Redução (%) Adubação 1ª 2ª 3ª Ureia 28,3 c 22,2 d 43,2 e 31,5 d 55,3 e 22,0 d 33,8 g - Nitrato de amônio 0,7 a 0,1 a 0,2 a 0,3 a -99 Sulfato de amônio 1,5 a 0,5 a 1,2 a -98 Ureia formaldeído (UF) 2,2 a 0,6 a 0,8 a Ureia dissolvida (água) 8,8 b 2,3 b 2,6 a 4,6 a 9,3 b 5,0 b -85 Ureia + resina plástica 1,4 a 3,7 b 20,5 b 5,6 a 14,7 b 23,6 d 11,6 c -66 Ureia + NBPT 3,3 a 3,0 b 29,5 c 22,5 c 38,2 d 9,7 b 17,7 d -48 Ureia + cobre + boro 25,4 c 17,1 c 34,3 d 15,4 b 27,0 c 7,7 b 21,2 e -38 Blend 29,6 c 23,5 d 39,8 e 23,3 c 38,0 d 16,9 c 29,0 f -15 Ureia + polímero 32,6 c 30,2 e 44,7 e 38,0 e 43,0 d 27,5 e 36,0 g +6 Controle = kg ha

31 Blends → Mistura física de grânulos com diferentes tecnologias na forma de blends. → Alternativa para redução de custos e ajuste da curva de liberação do N. 100% PSCU 70:30 50:50 30:70 100% Ureia

32 Blends → Cafeeiro (Chagas et al., 2016)
Perdas de N-NH3 de blends de fertilizantes nitrogenados aplicados no cafeeiro por duas safras (Chagas et al., 2016) Fertilizantes Perdas de N por volatilização (kg ha-1 N-NH3) Ano agrícola N-NH3 (kg ha-1) (% N aplicado) 2014/2015 2015/2016 Ureia (3 parcelamentos) 83,4 a 82,1 a 166 37 Nitrato de amônio (3 parcelamentos) 2.2 f 1,8 e 4 0,9 Blend “a” - 100% (2 parcelamentos) 60.2 b 53,7 b 114 25 Blend “a” - 70% 34,7 d 28,4 c 63 20 Blend “b” - 100% (1 parcelamento) 47,4 c 31,8 c 79 18 Blend “b” - 70% 24,3 e 19,3 d 44 14 Produtividade (sacas ha-1) Tratamentos 2015 2016 Média Ureia 79,6 a 36,9 c 58,3 b Nitrato de amônio 83,16 a 48,5 a 65,8 a Blend “A” - 100% 81,1 a 43,5 b 62,3 a Blend “A” - 70% 82,0 a 39,8 c 60,9 a Blend “B” - 100% 78,9 a 49,8 a 64,3 a Blend “B” - 70% 81,8 a 44,7 b 63,3 a Controle 77,1 a 28,5 d 52,8 c

33 Fertilizantes/Blends
Blends → Cafeeiro- 2015/2016 Perdas de N-NH3 de blends de fertilizantes nitrogenados aplicados no cafeeiro na safra 2015/2016 (Tese: Leandro em realização) Perdas de N-NH3 (kg ha-1) Fertilizantes/Blends 1ª 2ª 3ª Total Redução (%) Produtividade (kg ha-1) Ureia (3x) 33 d 30 a 29 a 92 a - 56,5 b N. amônio (1x) 2 g 97 56,8 b N. amônio (3x) 0,7 g 0,6 c 98 68,5 a U. poliuretano (2x) 25 e 27 b 52 d 37 64,6 a U. M. orgânica (3x) 27 e 25 b 21 b 73 c 20 65,2 a Blend 1 (1x) 73 a 82 d 10 59,4 b Blend 2 (1x) 37 c 46 e 49 67,4 a Blend 3 (1x) 61 b 70 c 23 59,8 b Blend 4 (1x) 18 f 34 f 63 68,0 a Controle 28,5 c 300 kg ha de N ano

34 Conclusões: → Existem diferentes tecnologias para produção de fertilizantes nitrogenados convencionais, estabilizados, de liberação lenta ou controlada e seus blends. → Isso influência o custo, a eficiência no uso do N e o preço. → Reduzem à lixiviação, volatilização e desnitrificação em comparação a ureia, mas nem sempre a redução nessas perdas de N está associada ao aumento de produtividade das culturas. → São uma realidade, mas precisamos de mais estudos científicos nas condições brasileiras.

35 Que saber mais sobre o assunto?
Número 157, Março/2017 300 kg ha de N ano

36 Faça parte desse desafio!
O Brasil precisa conhecer os benefícios dos fertilizantes, pois sem eles não existira Agricultura!

37 Obrigado!