La solución de los científicos españoles para la crisis de los fertilizantes: un vidrio que se disuelve a gran velocidad

La crisis de 2022 a rebufo de la guerra de Ucrania no fue solo energética o alimentaria. Agricultores de todo el mundo sufrieron, y lo siguen soportando, una crisis de los precios de los fertilizantes industriales. Unos productos que son vitales para el campo, pero que siguen teniendo otras desventajas, además de su precio y la dependencia que crean para unas cosechas rentables: la ineficiencia, al perder nutrientes en el proceso que lo encarecen aún más, y la contaminación del suelo. Son, además, hijos de los combustibles fósiles, y tienen también su impacto en el calentamiento del planeta.

Una investigación española del Instituto de Cerámica y Vidrio (ICV) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) lleva desde 2015 trabajando en usar vidrio sostenible como fertilizante. En concreto, un vidrio diseñado para disolverse más rápido, no contaminar en el proceso y además fabricarse con el mínimo impacto de carbono posible. 

Lo primero es aclarar de qué hablamos cuando decimos 'vidrio', porque una cosa es lo que entendemos en el lenguaje del día a día. Sí, las botellas están hechas de vidrio, pero hay más tipos. Aitana Tamayo, investigadora del ICV-CSIC, explica que, en términos técnicos, el vidrio "una estructura inorgánica que es amorfa, es decir, que no tiene fases cristalinas", y el resultado puede ser el que conocemos en ventanas o botellas, pero también de otro tipo. Existen vidrios naturales y artificiales, como los que fabricamos los humanos y forman parte de nuestra vida cotidiana.

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Lo relevante en este caso es que aunque en una conversación en casa no haya diferencia, lo que separa que un objeto sea cristal o vidrio es, explica Tamayo, "que un cristal tiene una estructura perfectamente definida y un vidrio, pues es una composición un poco más variable". Ese "poquito" permite que a la estructura de base de sílice o fósforo del segundo se le puedan añadir otros elementos de la tabla periódica y así manipular sus propiedades.

La investigación del ICV ha consistido en ajustar la rapidez a la que sus vidrios se disuelven. "Sabemos que los vidrios resisten durante miles de años sin alterarse químicamente", explica la científica. "Si dejamos una botella en la playa, puede estar ahí durante muchísimos años. Lo que nosotros hemos hecho es modificar los nuestros para que se vayan disolviendo gradualmente. Y en ese proceso lo que va haciendo es que los distintos elementos que tiene esa matriz vítrea van llegando al sustrato, a la tierra".

Vidrio 'eco'

¿Y esos elementos añadidos en el laboratorio en este 'vidrio verde' cuáles son? "Pues los que necesitan las plantas: nitrógeno, fósforo, potasio y los diferentes micronutrientes de los que se alimentan para crecer".

Además, estos vidrios se han diseñado para que disuelvan solo si hay agua presente y "en función de las necesidades del medio". Tamayo aclara que "un fertilizante convencional se disuelve y la mayor parte de esos micronutrientes, fundamentalmente el nitrógeno, se va a las aguas subterráneas".

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En ese escenario, se producen dos desventajas: es poco eficiente, porque pierdes lo que estaba destinado a alimentar a la planta, que era tu objetivo, y además contaminas el terreno cuando se filtra, y se produce lo que llamamos eutrofización de las aguas del subsuelo, entre otros fenómenos. "Una disolución lenta y sostenida en función de la necesidad de la planta evita la contaminación", añade la investigadora.

La investigación empezó en 2015 cultivando tomate y brócoli. En 2018, Año Internacional de las Legumbres, el trabajo se orientó hacia las leguminosas, donde continúa actualmente. "Estamos probando fertilizantes para frijol canario, guisantes y también arvejas, que es un tipo de guisantes que tienen en Perú, y también estamos orientándonos al campo de frijoles y judías", añade la experta. Parte del objetivo es  "centrarnos y contribuir al desarrollo de países en vías de desarrollo, cuya industria agrícola depende fundamentalmente de este tipo de cultivos".

Retos y oportunidades

Actualmente, los científicos del ICV trabajan con universidades y cooperativas de ambos lados del Atlántico. Por un lado, en Perú y Bolivia, donde se están plantando los diferentes cultivos y también fabricando algunos de los vidrios, buscando escalar a una cantidad mayor que la del laboratorio. En España ese papel lo cumplen varias cooperativas agrícolas extremeñas, gracias a las cuales ya se trabaja en una hectárea de terreno completa.

El paso siguiente es el escalado industrial, algo que "requiere investigación y espacios como los que tenemos ahora, pero también financiación", explica Ana Tamayo. "Somos investigadores y queremos potenciar las empresas de base tecnológica, pero no es fácil. El primer paso es este nivel de producción semiindustrial".

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El proceso de fabricación del 'vidrio fertilizante' es, además, 100% sostenible. Por un lado, su materia prima actual es vidrio reciclado y lodos de depuradoras. Aparte de reducir residuos, es que este último es muy rico en elementos nutrientes que necesita el proceso. 

Su principal inconveniente dichos residuos es que también llegan cargados de bacterias y otros microorganismos, así que la investigadora nos explica que el primer paso es "quemar estos lodos de bacterias para convertirlos en óxidos, que ya sean completamente inertes e inocuos, y luego mezclarlo con lo que es nuestra matriz". 

Como el vidrio convencional, se funde a temperaturas superiores a 1.500 grados, y luego se enfría rápidamente para tener esta "estructura amorfa" de la que hablábamos al comienzo. Una vez la tenemos, explica Tamayo, "se moldea y se obtienen granos del tamaño como de lentejas, para que sean fácilmente manipulables, pero no generen polvos que luego puedan dañar a las personas que están aplicando el producto, como los agricultores cuando lo apliquen". Esta parte fue crucial, pues al comienzo de la investigación les preocupaba que se produjesen partículas de sílice dañinas.

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Los retos a futuro del 'vidrio verde' del CSIC son, según la investigadora, "expandirlo a más tipos de cultivos y centrarnos en lo que les preocupa a los agricultores, que es el control de plagas". Por el momento, "son solo vidrios fertilizantes, pero estamos investigando cómo incorporar algún tipo de moléculas o componente que sirva para controlar el crecimiento de malas hierbas o la aparición de enfermedades de las plantas, insectos, etcétera". 

Una necesidad que es "uno de los grandes problemas de la agricultura y sobre todo de la agricultura extensiva y ecológica, en la que por supuesto no se quiere añadir ningún tipo de sustancia que pueda dañar ni a la planta ni al medio", aclara.

El reto final sería ajustar tan bien la disolución que sea "fertilizante y ajustado a los momentos de crecimiento de la planta, porque hay que tener en cuenta que las plantas no necesitan los mismos nutrientes durante todo su proceso de crecimiento. Primero cuando se plantan necesitan unos, en el momento de la salida del tallo necesitan otros, en el momento de la floración o del fruto necesitan otros", explica la investigadora. "Entonces, estamos modulando esa velocidad".