Bentonitemodified urea fertilizer for controlled release of nitrogen

Abstract

O Brasil é o quarto país em demanda global de fertilizantes com um consumo médio anual de 40 milhões de toneladas. Em torno de 85% da quantidade total de fertilizantes utilizados no país são importadas. Com o aumento nos preços e uma possível carência de ureia no Brasil, é importante o manejo consciente para evitar desperdícios. A falta de fertilizante encadeia uma série de problemas socioeconômicos, a começar pela elevação nos preços de alimentos básicos, como já foi constatado em 2021, diminuindo a segurança alimentar, aumentando a fome e a quantidade de pessoas abaixo da linha da pobreza. Fertilizantes de liberação controlada são grandes aliados visando uma menor necessidade em quantidade de fertilizante para se ter a mesma eficiência no plantio, diminuindo custos tanto de transporte quanto de compra. Com a liberação controlada de nitrogênio, a planta recebe a quantidade necessária desse mineral durante um tempo prolongado e não uma alta carga de imediato que vai se perdendo ao longo do tempo como é no caso da aplicação de ureia. Outro aspecto interessante do fertilizante de liberação controlada é a diminuição de perdas de nitrogênio por volatilização e lixiviação, levando a um menor risco de contaminação de solo e efluentes além da melhor gestão de recursos. O presente trabalho propõe analisar diversos aspectos sobre um fertilizante modificado a base de bentonita e ureia (BUF), visando obter dados sobre o mecanismo de interação entre estes dois compostos e analisar quais características que viabilizam a liberação controlada de nitrogênio. Cerca de 20% da ureia presente no BUF está intercalada nas camadas de bentonita, mostrando que a intercalação é eficaz, e a esfoliação obtida pelo processo de extrusão é importante para a obtenção de um fertilizante de liberação lenta. Além disso, foi possível concluir que as moléculas de ureia estão fortemente ligadas às camadas intermediárias de bentonita no fertilizante BUF, especialmente cerca de 20% do conteúdo total de ureia. Essa liberação mais lenta e sustentada de ureia confere ao BUF a importante característica de um eficiente fertilizante de nitrogênio de liberação lenta. A análise de volatilização de amônia no solo mostrou que a ureia perde nitrogênio por volatilização 60% mais rápido do que o BUF. Além disso, a metodologia do ácido bórico pôde ser validada em comparação com os testes do sensor de amônia. Foi possível concluir que a volatilização da amônia é 68% maior do que a do BUF no mesmo intervalo de tempo. Outro ponto a se observar é que a volatilização de amônia é mais rápida e elevada quando a ureia é usada como fertilizante do que quando a BUF é usada.

Abstract: Brazil is the fourth country in global demand for fertilizers, with an average annual consumption of 40 million tons. Around 85% of the total fertilizers used in the country are imported. With the increase in prices and a possible shortage of urea in Brazil, it is essential to manage it consciously to avoid waste. The lack of fertilizer triggers a series of socioeconomic problems, starting with the rise in prices of basic foodstuffs, as has already been seen in 2021, decreasing food security, increasing hunger, and the number of people below the poverty line. Controlled-release fertilizers are great allies aiming at a lower need in fertilizer quantity to have the same efficiency in planting, reducing costs in transportation and purchase. With the controlled release of nitrogen, the plant receives the necessary amount of this mineral over a prolonged period and not a high immediate load lost over time, as is the case with the application of urea on the soil surface. Another exciting aspect of controlled-release fertilizer is the reduction of nitrogen losses by volatilization and leaching, leading to a lower risk of soil and effluent contamination, besides better resource management. The present work proposes to analyze several aspects of bentonite-modified urea fertilizer (BUF), aiming to obtain data on the interaction mechanism between these two compounds and analyze which characteristics enable the controlled release of nitrogen. Around 20% of the urea present in the BUF is intercalated in the bentonite layers, showing that intercalation is effective, and the exfoliation obtained by the extrusion process is important for obtaining a slow-release fertilizer. In addition, it was possible to conclude that the urea molecules are strongly bound to the intermediate bentonite layers in the BUF fertilizer, especially around 20% of the total urea content. This slower and more sustained release of urea gives BUF the important characteristic of an efficient slow-release nitrogen fertilizer. Analysis of ammonia volatilization in the soil showed that urea loses nitrogen through volatilization 60% faster than BUF. In addition, the boric acid methodology could be validated against the ammonia sensor tests. It was possible to conclude that the volatilization of ammonia is 68% higher than that of BUF in the same time interval. Another point to note is that ammonia volatilization is faster and higher when urea is used as a fertilizer than when BUF is used.