Bernardo Medeiros (bernardo10medeiros@usp.br )
Em 1919, Fritz Haber, químico alemão e então diretor do Instituto Kaiser Wilhelm, ganhou o prêmio Nobel de Química pela descoberta que transformou a agricultura moderna. A sua síntese de amônia a partir de nitrogênio e hidrogênio presentes na atmosfera foi uma das primeiras aplicações do recém-descoberto Princípio de Le Chatelier, e, junto ao industrial Robert Bosch, revolucionou a indústria de fertilizantes através do desenvolvimento da chamada reação de Haber-Bosch. Atualmente, a síntese de amônia artificial a partir da reação é responsável pelo alimento de cerca de 40% da população mundial, revela Heitor Cantarella, pesquisador do Instituto Agronômico do Estado de São Paulo, tendo sido uma das principais contribuições para o aumento populacional a partir da década de 1950.
O químico e a sua descoberta
A síntese artificial da amônia é uma das principais reações do mundo. Antes mesmo de ser descoberta, muitos químicos e cientistas tentaram realizá-la, sem sucesso. A importância dessa transformação química advém do seu produto, a amônia, que pode ser utilizada para a aplicação de fertilizantes.
Antes do processo industrial de Haber-Bosch, o uso de fertilizantes era extremamente limitado e a sua principal forma de obtenção era a partir do Guano. Essa substância, composta de fezes petrificadas de aves marinhas, era obtida em ilhas da costa peruana. Durante a década de 1850, o quilo de Guano atingiu uma máxima de 150 dólares por quilo, mostrando quão valioso e raro era o produto. Sendo extremamente limitado, grande parte das plantações ainda utilizava métodos de rotação de culturas ou adubação orgânica para obter safras melhores.
No entanto, o medo do crescimento populacional e da escassez de comida exigia uma produção cada vez maior de alimentos. Autores e intelectuais influentes, como o pastor Thomas Malthus, declararam que a exaustão da terra junto a esse crescimento da população mundial iriam levar a uma crise social sem precedentes em um futuro próximo. As alternativas eram ou reduzir a população gradualmente, com políticas de controle, ou aumentar a produção de alimentos. Nesse contexto, surge a necessidade de se produzir a amônia.
A criação de um fertilizante artificial a partir de dois elementos facilmente encontrados na atmosfera iria facilitar a produção de alimentos. Além de tornar mais acessível a tecnologia dos fertilizantes e aumentar a produção de commodities agrícolas em uma escala global. Com muitas tentativas de encontrar a solução para realizar a reação, foi apenas em 1918 que Fritz Haber desvendou esse enigma.
A descoberta do químico alemão iniciou-se muito antes da sua trajetória científica. A base da sua revelação começou três décadas antes, em 1888, quando o químico francês Henri Louis Le Châtelier escreveu a Lei do Equilíbrio — também conhecida como o Princípio de Le Châtelier.
A Lei descreve um dos princípios mais básicos e importantes da química moderna. Ela define que ao manter outras características constantes, a alteração da pressão, da temperatura ou da quantidade de um reagente ou produto numa reação irá gerar um deslocamento para equilibrar essa perturbação.
Na prática, isso significa que reações endotérmicas, que absorvem calor para serem realizadas, por exemplo, podem produzir mais rápido e em maiores quantidades se mais energia for dispensada durante o processo. Uma vez que temperaturas maiores perturbam o equilíbrio da reação e, para restaurar esse equilíbrio, é preciso que a reação consuma mais energia, portanto, gerando mais produtos.
Foi a partir desse princípio que Fritz Haber conseguiu realizar a primeira síntese artificial de amônia. Ele conseguiu deslocar o equilíbrio da reação e formar a substância em pequenas quantidades. Com a ajuda de Robert Bosch — fundador da multinacional de tecnologia Bosch — e da BASF — empresa alemã com a maior produção de químicos no mundo — a síntese tomou proporções industriais, e, por meio do uso de catalisadores e altas pressões, entre 200 a 400 atmosferas, a produção se tornou economicamente viável em grandes quantidades.
N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3
A reação de síntese da amônia é uma reação de dupla troca (⇌), ou seja, o seu equilíbrio pode ser alterado, propiciando a formação de produtos.
Entre o sucesso e a tragédia
Um ano após a descoberta da reação, em 1919, Fritz Haber foi laureado com o prêmio Nobel de Química. O mérito não foi pouco, como destaca o professor Heitor Cantarella, especialista no assunto: “a síntese é considerada uma das maiores invenções do século XX.” No entanto, o Nobel foi controverso, como destaca o pesquisador: “a premiação foi considerada polêmica e foi criticada por muitos jornais”.
A polêmica se refere ao uso que teve a amônia sintetizada. Além de ser usada na produção de fertilizantes e aumentar a produção de alimentos, a invenção foi responsável pela produção massiva de nitrato durante a Primeira Guerra Mundial, um composto usado em explosivos, esclareceu Heitor. Haber foi um agente ativo durante o período, e usava recorrentemente o Instituto Kaiser Wilhelm como um centro de produção de armas para a guerra. Ele ainda foi responsável pelo projeto de criação de armas químicas, que, em 1914, desenvolveu o gás mostarda, uma das armas químicas mais mortais usadas durante o período.
Pela sua afiliação com o exército alemão e pelo seu papel na produção de armas químicas, Haber não foi tão celebrado como outros laureados em 1919. A sua ligação com o setor bélico ainda gerou desconforto em muitos cientistas e familiares próximos, como a sua esposa, a química Clara Immerwahr, que criticavam o seu posicionamento.
“O que Fritz ganhou nesses oito anos, isso — e muito mais — eu perdi.
E o que permanece à minha frente me gera o maior repúdio.”
Clara Immerwahr em carta ao seu mentor, Richard Abegg
O legado na agricultura
Atualmente estima-se que cerca de 40% da população mundial sobrevive por causa de alimentos que usam fertilizantes nitrogenados advindos do processo de Haber-Bosch. Heitor destaca que, embora a amônia produzida possa ser utilizada para fins diversos, mais de 70% da substância sintetizada anualmente é destinada à produção de fertilizantes nitrogenados sintéticos.
Em comparação com épocas anteriores à industrialização da síntese, a produção de fertilizantes aumentou substancialmente. No final do século 19, como aponta o artigo Population Growth and Nitrogen: An Exploration of a Critical Existencial Link, do cientista canadense Vaclav Smil, eram aplicados cerca de 60 mil toneladas anuais de nitrogênio, advindos do processamento de Guano ou de nitratos encontrados em minas chilenas. Atualmente, Heitor declara que: “a Indústria de fertilizantes produz 120 milhões de toneladas de fertilizantes nitrogenados”, ou seja, uma diferença de mais de 119 milhões de toneladas.
O estudo de Smil ainda indica que grande parte do nitrogênio presente na proteína que se come no dia a dia advém dos fertilizantes: “ao menos uma em cada três pessoas, e mais provavelmente duas em cada cinco, consomem a proteína em suas dietas por meio da síntese de Haber-Bosch”. Outros estudos ainda mostram que cerca de metade dos átomos de nitrogênio presentes em um adulto de um país desenvolvido provém de fertilizantes nitrogenados.
A importância que essa tecnologia possui na dieta humana atual é evidente, como destaca Heitor: “não existe produção de alimentos sem fertilizantes”. Muitos pesquisadores destacam que o boom populacional após a Segunda Guerra, e o crescimento subsequente, são fatores consequentes da Revolução Verde, que introduziu tecnologias agrícolas no campo, como os fertilizantes nitrogenados.
“Se não houver nutrientes, não tem plantas, se não houver plantas, não há alimentos.”
Heitor Cantarella, professor do Instituto Agronômico do estado de São Paulo
População e fertilizantes
O aumento da população mundial já era visto desde da Primeira Revolução Industrial, mas esse processo culmina apenas na década de 50, com o fim da Segunda Guerra Mundial e a chegad da Revolução Verde. É o que diz Roberto Luiz do Carmo, professor livre docente do Departamento de Geografia da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).
De acordo com o professor, a Revolução Verde foi produto direto do desenvolvimento de armas químicas na Segunda Guerra Mundial, como o gás Cloro desenvolvido no Instituto Kaiser Wilhelm, ou mesmo o gás Mostarda, desenvolvido pelo próprio Fritz Haber na Primeira Guerra. “Outro processo importante foi o desenvolvimento de armas químicas, que levou ao desenvolvimento de outros produtos químicos como os fertilizantes”, ele esclarece.
Embora parte da população mundial tenha sido beneficiada com o aumento da produtividade agrícola após a implementação dos fertilizantes, Roberto explica que a relação entre crescimento populacional e o uso dessa tecnologia não é tão direta quanto se imagina: “a produção que se seguiu à Revolução Verde não acabou com a fome, como se prometia na época. Embora a produção tenha aumentado, em muitos lugares a insegurança alimentar também aumentou”.
O pesquisador destaca que a disponibilidade de alimentos não está diretamente associada à qualidade ou quantidade de comida nos mercados. Embora a produção tenha aumentado, grande parte desses novos alimentos foram destinados para países desenvolvidos, deixando regiões historicamente marginalizadas fora da rota de produção global.
Outras correntes científicas, destacadamente o Malthusianismo e o Neomalthusianismo, declaram que existe sim um vínculo entre produção agrícola e o tamanho de uma população. E, sem dúvidas, diversos estudos comprovam que a síntese de Haber-Bosch é responsável por grande parte dos nutrientes que o mundo consome hoje. Nesse cenário de disputa acadêmica, Roberto faz um alerta: “os processos que estamos vivendo hoje são extremamente complexos, não há resposta fácil”.
Com muitas saídas radicais sendo oferecidas, como o controle imposto da população ou a expansão do agronegócio, como destacou o professor. Ele avisa que é preciso buscar respostas mais viáveis e sustentáveis. “Precisamos buscar soluções integradas na sociedade, buscar diminuir a população ou expandir os sistemas de irrigação não são respostas”, completa.
Os problemas e o futuro dos fertilizantes
Ainda que essencial para a produção de alimentos, a invenção que revolucionou o século 20 não é barata. Estima-se que a indústria que utiliza o método Haber-Bosch consome cerca de 1% de toda a energia elétrica produzida no mundo e é responsável pela emissão de 451 milhões de toneladas de gás carbônico (CO2) por ano — cerca de 3% das emissões totais.
“A aplicação de 1 kg de fertilizante equivale à emissão de 10 a 12 kg de gás carbônico”, destaca Heitor. “ Uma cultura normal de plantio costuma receber 100 kg de amônia por meio de fertilizantes nitrogenados, o que equivale à emissão de mais de 1000 kg de CO2.” O pesquisador reforça que a emissão de carbono não se dá apenas na síntese, mas, principalmente, na aplicação desses produtos na hora do plantio.
Esse peso é causado principalmente pela natureza da reação, que exige altas pressões para ser sintetizada. Por isso, cientistas e pesquisadores buscam outras maneiras de produzir a amônia sem recorrer ao processo de Haber-Bosch. Uma das formas que está sendo mais eficiente atualmente é por meio da chamada “amônia verde”.
A amônia verde é produzida pelo mesmo processo, no entanto, ao invés de utilizar hidrogênio proveniente de combustíveis fósseis, ele utiliza o hidrogênio verde, que é obtido através da eletrólise da água — um processo limpo e renovável. No entanto, Heitor destaca que este tipo de tecnologia opera ainda em escala pré-industrial, principalmente pela produção ainda muito cara do hidrogênio verde: “o custo do hidrogênio neste processo equivale a cerca de 80% do preço da produção dos fertilizantes”.
Em comparação, 1 tonelada de fertilizantes produzidos da maneira tradicional produz cerca de cinco vezes mais CO2 do que a mesma quantidade de amônia verde.Mesmo com o processo intenso e danoso ao meio ambiente, o pesquisador destaca que ele é um processo essencial para a vida humana: O cientista afirma que a produção de fertilizantes é essencial para a sustentação de grande parte da sociedade. “Cerca de 5% da matéria seca de vegetais é composta de fertilizantes inorgânicos, nós não podemos demonizar eles”, alerta.
Roberto ainda alerta sobre os impactos dos fertilizantes na natureza: “a integração de fertilizantes químicos acaba afetando toda a cadeia alimentar e a cadeia da vida”. Ainda assim, de acordo com o professor, eles são estritamente necessários, com um claro policiamento. O pesquisador lembra que o Brasil possuía uma das melhores regulações quanto à aplicação de fertilizantes, que acabou sendo desmobilizada aos poucos a partir de 2010.Melhores técnicas agronômicas e de plantio, aliado à avanços e fomento na pesquisa científica, são caminhos que podem levar a alternativas mais sustentáveis e eficientes.
*Imagem de capa: LEX Danmarks Nationalleksikon