Tecnologias para fertilizantes nitrogenados. Prof. Dr. Douglas Guelfi
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1 Tecnologias para fertilizantes nitrogenados Prof. Dr. Douglas Guelfi
2 Desnitrificção Volatilização Ciclagem do N N 2 N 2 O NO Gás Amônia Matéria prima (NH Amônia 3 ) Adubos N tecido da planta Matéria orgânica Nitrato (NO 3- ) Nitrito (NO 2- ) Amônio (NH 4+ ) Lixiviação
3 Consumo de Fertilizantes Nitrogenados Ureia ( t) Nitrato de Amônio ( t) Sulfato de Amônio ( t) t de N t N 53% 72% N foi mportado 13% 11% t N Nacional Importado Anda, 2016 MAP ( t) Outros ( t) 0 11% 12% 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 Milhões de toneladas (t)
4 NH 3 Volatilização Atmosfera Hidrólise NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 Ureia + H + Urease NH 4 + NH 3 NH 3 Solução do solo Ar do solo Argila NH 4 + NH 3 (gás) M.O NH 4 + NH 4 + NH 4 + (aq) Equilíbrio NH (aq) + 3 H +
5 Atmosfera Hidrólise da ureia na superfície do solo CTC + Chuva Temperatura = Volatilização Ureia Ureia Ureia NH 3 Ureia NH + 4 NH + H + 4 H + H + H + H + H + H + H CTC + NH NH 3 NH 3 NH 4 + NH NH 3 NH + NH NH 3 NH 3 NH 4 + 1,5 cm ph
6 Hidrólise da ureia abaixo da superfície do solo CTC + Chuva Temperatura = Volatilização Ureia Ureia Ureia Ureia Ureia Ureia Ureia Ureia NH + NH + 4 NH NH + 4 H + 4 NH + H + 4 H + H + H + H + H + H + CTC NH + 4 NH + 4 NH + 4 ph cm
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? Urea Ureia Urea Ureia Urea Ureia Resíduos? Evaporação? 5 cm Ureia Ureia Ureia
9 Como melhorar a eficiência no uso de nitrogênio pelas plantas? A F
10 Classificação das Tecnologias Fertilizantes nitrogenados Convencionais Estabilizados Lenta Controlada Ureia NA SA Inibidores de urease Inibidores de nitrificação UF IBDU CDU SCU SCU PSCU URP Ureia + NBPT Ureia + DMPP Preço ($): convencionais < estabilizados < blends liberação lenta < liberação controlada
11 Processo de fabricação da ureia formaldeído (UF) Liberação lenta Ureia formaldeído (UF) - 38 % N - Patente - DRP (1924) Estrutura química UF N C N C N N C N C N C N C N C N Peso molecular Tamanho da cadeia N C N C N C N C N C N C N C N C N N N C N N C N N N C N C N C N C N C C C N C N N C N C N N Grau de polimerização Insolubilidade
12 Ureia formaldeído (UF) Liberação do N Os micro-organismos quebram a cadeia carbônica longa, geram energia para o seu metabolismo liberando N no solo. Nitrificação UREIA A ureia liberada é convertida em amônio que entra no ciclo do N Carbono Nitrogênio Oxigênio Hidrogênio no solo.
13 Processo de fabricação do IBDU Liberação lenta Isobutileno diureia (IBDU ) - 32% N Produzida a partir da reação pela reação de condensação do isobutiraldeído líquido com a ureia sólida. O O O N NH 2 H + 2 H 2 N NH 2 N H O IBDU NH 2 Liberação do N ocorre por hidrólise (reação com água) e depende do tamanho. Aplicação em temperaturas mais baixas.
14 Processo de fabricação do CDU Liberação lenta Ciclo diureia (CDU ) 32,5 % N Patente Chisso em 1959 (Acetaldeído). Patente BASF em (Crotonaldeído). Produzido a partir da reação do acetaldeído/crotonaldeído com a ureia. Liberação mais lenta que a do IBDU (solos ácidos). O H N O O N N O H + 2 H 2 N NH 2 H N 2 C NH 2 H CDU
15 Fertilizantes estabilizados Modos de ação Inibidores da Nitrificação Inibidores da Urease Volatilização Desnitrificação Inibidores da urease NH 3 NH 4 + Inibidores de nitrificação NO 3 - (NH 2 ) 2 CO NH 4 NO 3 (NH 4 ) 2 SO 4 Lixiviação
16 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).
17 Processos de fabricação de fertilizantes nitrogenados estabilizados Ureia + NBPT (Modo de ação) S NBPT (S) CH 3 (CH 2 ) 3 N P NH 2 H NH 2 Átomos de Ni da urease e NBPT formam Ligação tridentada = Enzima inativada O Urease NBPT (O) CH 3 (CH 2 ) 3 N P NH 2 H NH 2
18 % Recuperação Temperatura 80 armazenagem T = 11,9ºC 9 meses New melted Recuperação do NBPT (Após 9 meses) New Melt Old melt Superfície UAN Old melted UAN Superfície 4ºC 98,3 89,5 66,3 85,2 15ºC 88,0 55,5 42,0 43, ºC 75,0 14,3 19,3 3,3
19 Nova formulações de ureia estabilizada Milho Perdas de N-NH 3 de fertilizantes nitrogenados aplicados no cafeeiro na safra 2015/2016 (Tese: Taylor em realização) Formulação N-NH 3 Produtividade (kg ha -1 ) Controle 0,8 a 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
20 Ureia NBPT Cafeeiro- 2015/2016 Perdas de N-NH 3 de fertilizantes nitrogenados aplicados no cafeeiro na safra 2015/2016 (Tese: Taylor em realização) Fertilizantes Perdas de N-NH 3 (kg ha -1 ) 3 parcelamentos 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 (450 kg ha -1 ) 3,0 d 4,5 d 1,2 d 9 d 95 UNBPT(150 kg ha -1 ) 3,0 d 4,7 d 2,4 d 10 d 68 UNBPT (450 kg ha -1 ) 34,9 b 39,1 b 37,4 b 111 b 41
21 Inibidores da nitrificação (IN) Bactericida ou bacteriostático NH 4 + Nitrosomonas Bactéria O inibidor de nitrificação age sobre a bactéria. Nitrobacter Bactéria NO 2 - NO 3 - Amônio Nitrito Nitrato Principais compostos utilizados: - DCD: Dicianamida (H 4 C 2 N); DMPP: (3,4 dimetilpirazole fosfato), Nytrapirin. Reduzem a lixiviação e desnitrificação. E a volatilização?
22 Fertilizantes nitrogenados estabilizados Perdas de N-NH 3 e produtividade do milho (Leite, 2016) Tipos de ureia Perdas de N-NH 3 Produtividade (% do N aplicado) (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 11,55 a 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
23 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.
24 o TVA em SCU contêm: Grânulos perfeitos, danificados selados o A fabricação inicia-se com aquecimento da ureia (71-82ºC) e, posteriormente e danificados e realizada = Irregularidade a aplicação de S na pré-aquecido liberação (150 C de N 40 µm) e os poros selados com parafina ou ceras. S 0 SO meses a 12 meses
25 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). O recobrimento é aplicado na superfície dos grânulos
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28 Os polímeros ficam intactos A temperatura, umidade e espessura controlam a difusão. Água Ureia Ureia Dissolvida Água Ureia Dissolvida Ureia Dissolvida Liberação Completa
29 A = µm Taxa de liberação e função de: 1) Temperatura e umidade do solo. 2) Tipo e espessura do revestimento. B = µm
30 Teste de liberação de N Blend A - Temperatura 40ºC Ureia "A" 87% N liberado (%) Dias 233
31 Teste de liberação de N Blend B - Temperatura 40ºC Ureia "B" 71% N liberado (%) Dias 233
32 Tecnologias N - Cafeeiro (Dominghetti et al., 2016) Perdas de N-NH 3 (% N aplicado) kg ha -1 ano -1 1º ano (2013/2014) 2º ano (2014/2015) Fertilizante Adubação Adubação Média Redução 1ª 2ª 3ª 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 0,2 a 0,1 a 0,2 a -99 Sulfato de amônio 1,5 a 0,5 a 0,7 a 0,5 a 1,2 a 0,1 a 0,7 a -98 Ureia formaldeído (UF) 2,2 a 0,6 a 0,6 a 0,7 a 0,6 a 0,1 a 0,8 a -98 Ureia dissolvida (água) 8,8 b 2,3 b 2,6 a 4,6 a 9,3 b 2,2 a 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
33 Milho 2014/2015 (Souza et al., 2017) Fertilizantes Perdas de N-NH 3 (%) Redução (%) Produtividade (kg ha -1 ) Ureia granulada 39 a a Ureia perolada 38 a a Ureia + 16% S 0 32 b a Blend 32 b b Ureia incorporada (2 cm) 24 c a Ureia + NBPT 8 d a Ureia + resina 3 e b Sulfato de amônio 1 e a Nitrato de amônio 0,7 e a
34 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
35 Fertilizantes Perdas de N por volatilização (kg ha -1 N-NH 3 ) Ano agrícola N-NH / /2016 (kg ha -1 ) N-NH 3 (% N aplicado) Ureia 83,4 a 82,1 a Ureia (3 parcelamentos) 79,6 a 36,9 c 58,3 b Nitrato de de amônio amônio 83,16 a 48,5 a 65,8 a 2.2 f 1,8 e 4 0,9 Blend (3 parcelamentos) A - 100% 81,1 a 43,5 b 62,3 a Blend a A - 100% - 70% 82,0 a 39,8 c 60,9 a 60.2 b 53,7 b (2 parcelamentos) Blend a B - 70% - 70% 34,7 d 81,8 28,4 ac 6344,7 b 2063,3 a (2 parcelamentos) Blend b - 100% (1 parcelamento) Blend b - 70% (1 parcelamento) Blends Cafeeiro (Chagas et al., 2016) Perdas de N-NH 3 de blends de fertilizantes nitrogenados aplicados no cafeeiro por duas safras (Chagas et al., 2016) Produtividade (sacas ha -1 ) Tratamentos Média Blend B - 100% 78,9 a 49,8 a 64,3 a Controle 77,1 a 28,5 d 52,8 c 47,4 c 31,8 c ,3 e 19,3 d 44 14
36 Blends Cafeeiro- 2015/2016 Perdas de N-NH 3 de blends de fertilizantes nitrogenados aplicados no cafeeiro na safra 2015/2016 (Tese: Leandro em realização) Perdas de N-NH 3 (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 g 97 56,8 b N. amônio (3x) 0,7 g 0,6 c 0,6 c 2 g 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 d 10 59,4 b Blend 2 (1x) 37 c e 49 67,4 a Blend 3 (1x) 61 b c 23 59,8 b Blend 4 (1x) 18 f - 34 f 63 68,0 a Controle ,5 c
37 Absorção de N (kg ha -1 ) Liberação acumulada de N (%) Absorção de N (kg ha -1 ) Blends Milho safrinha /2016 Ureia Adubação convecional (C) (semeadura e cobertura) Dias após plantio Blend 2 (89% Blend N - V14) 1 Estádios Fenológicos Adubação em linha (L2) Adubação em linha (L1) Adubação em linha (L2) Adubação em linha (L3) Dias após plantio Grãos Curva de liberação de N no campo Blend 1 (93% N - V14) Palha Colmo Folha Grãos Dias pós após Pantioo plantio Palha Estádios fenológicos Blend 3 (83% N - V14) P 0 V6 0 V10 0 VT/R1 0 R3 0 R6 0 Colmo Folha Porcentagem total (%) Porcentagem total (%) Absorção de N (kg ha -1 ) Produção (kg ha -1 ) Blend 2 Adubação em linha (L1) Absorção de N (kg ha -1 ) Produção Dias após plantio Estádios Fenológicos Blend 3 Adubação em linha (L3) Y = 16,76N ,37 R 2 =0,96* Dose de nitrogênio (kg ha -1 ) Dias após plantio Estádios Fenológicos Grãos Palha Colmo Folha Grãos Palha Colmo Folha Porcentagem total (%) Porcentagem total (%)
38 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 e investimentos para sua produção.
39 Que saber mais sobre o assunto?
40 Obrigado! Faça parte desse desafio! O Brasil precisa conhecer os benefícios dos fertilizantes
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