El fósforo es un nutriente indispensable para los organismos vivos. Debido al crecimiento sostenido de la población, la demanda de alimentos es cada día mayor y con ello también se incrementa el fósforo necesario para su producción. Sin embargo, se sabe que el fósforo se obtiene a partir de minerales que podrían agotarse dentro de los próximos años. En el artículo que se reseña, se presenta la disponibilidad histórica, presente y futura del fósforo en el contexto de la seguridad alimentaria mundial. Se abordan también las opciones que existen para que se satisfaga de modo sustentable la demanda de este elemento.
Palabras clave: Nutriente, fertilizante, agricultura, escasez de recursos
Phosphorus is a key ingredient for living organisms. As long as the world population continues growing, the food production and the phosphorus demand will also increase. However, this nutrient is obtained from phosphate mineral ores that could be depleted in the coming years. In the paper being summarized here, the historical, current and future availability of phosphorus is presented as a critical factor of world food security. Sustainable alternatives for the demand of this element to be satisfied are also discussed.
Keywords: Nutrient, fertilizer, agriculture, resource scarcity
Históricamente, la agricultura ha dependido de los niveles naturales de fósforo en el suelo y la adición de materia orgánica fácilmente disponible, tal como el estiércol animal o el excremento humano. Los chinos han usado las excretas humanas como fertilizante desde los albores de su civilización, y los japoneses hicieron lo propio a partir del siglo XII. No obstante, la paulatina degradación del suelo y las hambrunas europeas de los siglos XVII y XVIII mostraron la necesidad de usar fuentes adicionales de nutrientes. Hacia el siglo XIX, Inglaterra importaba ya grandes cantidades de huesos de otros países europeos con este propósito. Por otra parte, hacia esa época se hicieron avances agrícolas importantes que contribuyeron a aumentar la productividad agrícola. Estos avances incluyeron la rotación de cultivos, un mejor manejo de las excretas animales y, en particular, la introducción de nuevos cultivos fijadores de nitrógeno, como los tréboles.
En 1840 el químico alemán Justus von Liebig propuso la llamada “teoría mineral”, según la cual el fósforo, el potasio y el nitrógeno son elementos que transitan continuamente entre la materia viva y la muerta. Esta teoría surgía al mismo tiempo que tanto la urbanización de Europa como la producción de fertilizantes agrícolas aumentaban. En esa época, las fábricas producían fertilizantes a partir de cenizas y materiales orgánicos tales como excretas humanas y animales, huesos y otros subproductos de los mataderos locales.
Hacia mediados del siglo XIX, la materia orgánica local fue sustituida por materiales fosforados traídos de lugares lejanos: la extracción de guano y de roca fosfórica habían iniciado. El guano es la excreta de aves, principalmente marinas, depositada a lo largo de milenios (Figura 1); fue descubierto primero en islas cercanas a la costa del Perú y luego en ciertas islas del Pacífico Sur. Aunque el comercio de guano creció rápidamente a partir de su descubrimiento, su uso se mantuvo limitado y hacia finales del siglo XIX su disponibilidad ya disminuía. Por el contrario, la roca fosfórica era vista como una fuente ilimitada de fósforo y el mercado de los fertilizantes minerales empezó a crecer rápidamente.
Figura 1. Extracción de guano en las islas Chincha (Perú), c. 1860.
Imagen de dominio público tomada de: http://en.wikipedia.org/wiki/File:DSCN5766-guano-glantz_crop_b.jpg
Al mismo tiempo, se desarrollaron nuevas tecnologías que modificaron la distribución del fósforo en el ambiente; una de ellas fue la introducción de los inodoros, que hizo que los desechos humanos terminaran en las aguas y no en los suelos, lo que a su vez impedía que el fósforo que contienen pudiera ser reutilizado en agricultura. Esto desencadenó protestas de agricultores y de intelectuales; por ejemplo, en Los Miserables, Víctor Hugo lamenta que “No hay grano comparable en fertilidad al detritus de una capital. Una gran ciudad es el mejor de los estercoleros. Emplear la ciudad en abonar la llanura, sería asegurarse un éxito infalible. Si nuestro oro es estiércol, en cambio, nuestro estiércol es oro. ¿Qué se hace con ese oro-estiércol? Se le arroja al abismo”.
La comercialización de alimentos crecía al mismo tiempo que la urbanización, pero la cantidad de nutrientes que regresaba a las áreas productoras de alimentos era insuficiente. A finales del siglo XIX, el uso de fertilizantes minerales fosfatados era rutinario en Europa, y se incrementó sustancialmente en el siglo XX. Los fertilizantes minerales procesados, como el superfosfato ordinario, tienen una concentración de fósforo hasta diez veces mayor que la de las excretas, lo que contribuyó a disminuir el déficit de este elemento en los suelos.
La llamada “Revolución Verde”, iniciada a mitad del siglo XX, aumentó los rendimientos agrícolas en muchos países, principalmente gracias a la introducción de nuevos cultivos y a la aplicación de fertilizantes químicos. Esta revolución disminuyó la proporción de personas con hambruna, a pesar del incremento en la población mundial.
2.1 Demanda de alimentos, demanda de fertilizantes. La generosa aplicación de fertilizantes de alta calidad en los suelos agrícolas de Europa y América del Norte durante más de medio siglo provocó que estos suelos superaran los niveles “críticos” de fósforo; esto significa que sólo se requiere la reposición de la cantidad de fósforo que se pierde durante la cosecha. Así, en estas zonas, la demanda de fósforo se ha estabilizado o disminuido. No obstante, en las naciones emergentes o en desarrollo la situación es distinta, ya que se constató un incremento en la demanda de fósforo de un 3-4% anual hasta el período 2010-2011. Dos tercios de esta demanda se originan en Asia. Para el año 2050, se estima que en estas zonas existirán entre 2 y 2.5 mil millones de personas más que alimentar, por lo que la producción de alimentos tendrá que incrementarse hasta en un 70% para poder satisfacer esta demanda global. Adquirir suficiente fósforo para cultivar tal cantidad de alimentos será todo un reto.
En África Subsahariana, donde al menos un 30% de su población padece desnutrición, la aplicación de fertilizantes es reducida; en consecuencia, el 75% de los suelos agrícolas tiene deficiencia de nutrientes, y presenta cada vez menos rendimientos. La Organización de Naciones Unidas hizo un llamado para una “Revolución Verde” en África Subsahariana que incluyera un mayor acceso a fertilizantes; sin embargo, poco se discutió cuán limitadas son las reservas de fertilizantes fosfatados en el mundo.
En los años 2007 y 2008, la demanda de roca fosfórica y de fertilizantes excedió el abasto, y los precios se incrementaron mundialmente en un 700% en un período de 14 meses. Esto se debió en parte a un cambio en la dieta de los habitantes de la India y China, que han empezado a consumir mayores cantidades de carne y productos lácteos, y a la producción de biocombustibles. De esta manera, la producción de bioetanol no sólo compite con la agricultura por semillas y suelos fértiles, sino también por fertilizantes.
Se estima que el precio de la roca fosfórica seguirá incrementándose, con lo cual los escenarios geopolíticos son inciertos. Por ejemplo, en la India, país que depende por completo de la importación de fertilizantes, se reportaron en 2008 disturbios y muertes de campesinos que reclamaban la solución del problema de desabasto anteriormente mencionado.
2.2 La seguridad alimentaria mundial y la escasez de recursos. El Comité de Seguridad Alimentaria Mundial (CSA) de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura indica que la seguridad alimentaria existe cuando “todas las personas tienen en todo momento acceso físico, social y económico a suficientes alimentos inocuos y nutritivos para satisfacer sus necesidades alimenticias y sus preferencias en cuanto a los alimentos a fin de llevar una vida activa y sana” (CSA, sin fecha) y que garantizarla es una prioridad global. Actualmente existen alrededor de 800 millones de personas que no tienen acceso suficiente a alimentos, y mientras que en África el 40% de su población no tiene asegurada su alimentación día con día, un inmenso número de personas sufren de obesidad tanto en los países desarrollados como en los que no lo están.
La seguridad alimentaria es un reto que sólo puede emprenderse atendiendo varios tópicos de primer orden, como la incidencia de ciertas enfermedades, el saneamiento deficiente, el acceso limitado a agua segura y la falta de poder adquisitivo, entre otros factores. Se reconoce comúnmente que abordar la problemática energética y del agua será decisivo para alcanzar las futuras demandas nutricionales de una población mundial en crecimiento. Sin embargo, el problema de la disponibilidad de fertilizantes fosfatados debería recibir la misma atención. La agricultura consume un 70% de la demanda mundial de agua dulce y el 90% de la demanda de roca fosfórica a nivel global, por lo que se ha previsto que la seguridad alimentaria podría enfrentarse pronto a la escasa disponibilidad de ambos recursos.
2.3 Reservas globales de roca fosfórica y geopolítica. La agricultura moderna depende de fertilizantes fosfatados para compensar el fósforo que los cultivos remueven del suelo, pero la roca fosfórica es un recurso no renovable. Existen reservas de estos minerales a lo sumo para los próximos cien años, que se encuentran bajo el control de un puñado de países, entre ellos China, E.U.A. y Marruecos. Las mayores reservas están en China, pero recientemente este país impuso una tarifa de exportación del 135% para proteger el abasto nacional. Aunque históricamente se reconoce a Estados Unidos como el mayor productor, consumidor, importador y exportador de roca fosfórica y de fertilizantes de fosfato, en realidad las fábricas estadounidenses de fertilizantes importan roca fosfórica de Marruecos. Las reservas norteamericanas sólo durarán 25 años más.
A raíz de la ocupación territorial del Sahara Occidental por parte de Marruecos, conocida como “Marcha Verde” y que tuvo lugar el 6 de noviembre de 1975, este último país controla las reservas de roca fosfórica del primero. Este es un delicado punto de fricción a nivel internacional, ya que la ONU ha condenado la comercialización que Marruecos hace de la roca fosfórica proveniente del país ocupado. Marruecos y el Sahara Occidental poseen en conjunto más de una tercera parte de las reservas mundiales de roca fosfórica. Irónicamente, África es el mayor exportador de minerales fosfatados, pero es el continente en el que existe la mayor escasez de alimentos en el mundo.
2.4 Cuantificación de los flujos actuales de fósforo a través del sistema alimentario. Un estudio sistémico del ciclo del fósforo, en particular de la producción y consumo globales de alimentos, puede identificar y cuantificar pérdidas e ineficiencias y por lo tanto contribuir a localizar puntos que permitan la recuperación del elemento. Según un estudio de este tipo (Jonsson et al., 2004), cerca del 100% del fósforo que la humanidad consume con los alimentos (aproximadamente 3 millones de toneladas anuales a nivel mundial) se excreta en forma de heces y orina. Dado que más de la mitad de la población mundial vive en ciudades, éstas empiezan a considerarse como una fuente alternativa de fósforo. En el pasado este elemento regresaba al suelo, pero hoy los centros urbanos lo direccionan al medio acuático por la vía de las aguas residuales domésticas. El fósforo, junto con el nitrógeno, ocasiona la eutrofización de cuerpos de agua, lo que se traduce en la proliferación de algas y maleza (Figura 2). Así, para evitar este problema y al mismo tiempo recuperar el fósforo que contiene, la recirculación de la orina generada en las ciudades a los campos agrícolas representa un área de oportunidad enorme.
Figura 2. El Mar Caspio visto desde la órbita terrestre. La eutrofización que afecta a la parte norte se evidencia por la presencia de algas (en color azul brillante). Imagen de dominio público tomada de: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Caspian_Sea_from_orbit-NoRedLines.jpg?uselang=es
Un análisis global del uso del fósforo también permite estimar la cantidad de roca fosfórica necesaria para sostener determinadas dietas. A partir de estos cálculos se sabe que una persona vegetariana requiere 4.2 Kg de roca fosfórica al año, mientras que una persona que consume carne necesita cerca de 11.8 Kg. Estudios realizados en Sydney, Australia, y en Linköping, Suecia, indican que el cambio de una dieta occidental convencional a otra basada en vegetales ayudaría a disminuir la demanda de fertilizantes de fósforo entre 20 y 45%. En contraparte, si la población de la India cambiara su dieta vegetariana a una de tipo occidental, la demanda de fósforo de ese país se incrementaría tres veces.
2.5 Los costos ambientales de la industria de la roca fosfórica. Además de la eutrofización, la producción de fertilizantes a partir de roca fosfórica ocasiona otros problemas ambientales, tales como la emisión significativa de carbono a la atmósfera. La roca fosfórica es uno de los materiales con mayor comercialización en el mercado internacional; en consecuencia, aproximadamente 30 millones de toneladas anuales de este producto se transportan por todo el mundo. Debido al cambio climático y a la escasez de recursos como el petróleo, es necesario tener en cuenta que el transporte y la producción de materiales fosfatados requieren energía y conllevan la producción de gases de efecto invernadero, lo que incrementa su costo ambiental.
Además, el procesamiento de la roca fosfórica genera un subproducto tóxico conocido como fosfoyeso, cuyo uso está prohibido en algunos países debido a los altos niveles de radionúclidos (principalmente de uranio y torio) que posee. Este residuo se genera a razón de 5 a 6 toneladas por cada tonelada de roca fosfórica obtenida por el proceso “húmedo” (PGWG, sin fecha) y por consiguiente se apila a razón de 110 millones de toneladas anuales (Figura 3). Estas pilas representan un riesgo de contaminación de suelos y aguas subterráneas cercanos. Los radionúclidos mencionados también se encuentran en la roca fosfórica, aunque en menor grado. Por este motivo, la aplicación directa al suelo de la roca fosfórica triturada representa un riesgo para los agricultores y los trabajadores que tengan exposición directa a este material. Sin embargo, no existen procedimientos normalizados que puedan regular la radioactividad del suelo debida a fertilizantes fosfatados.
Figura 3. Pila de fosfoyeso cerca de Fort Meade, Florida, 2007. Fuente: Harvey Henkelmann. El autor autoriza el uso de la imagen, según consta en: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:GypStack.JPG
En 1949, F. K. Hubbert fue el primero en señalar que la producción de petróleo alcanzará una velocidad máxima, o cenit, después de lo cual su producción disminuirá. Al igual que el petróleo, la roca fosfórica es un recurso no renovable cuya producción mundial eventualmente alcanzará su cenit. Según Hubbert (1949), la etapa crucial no es cuando las reservas se agotan, sino cuando las reservas de alta calidad y de mayor accesibilidad se han agotado; es en este punto en el que la producción ha alcanzado su máximo. Después de llegar a este punto, las reservas serán menores y por lo tanto se volverá incosteable procesarlas. Un análisis conservador concluye que el cenit del fósforo podría ocurrir en 2033. No obstante, el momento real dependerá de las fluctuaciones que sufran los costos de producción, la demanda y el suministro.
Aunque la estimación del cenit del fósforo es algo incierta, los productores coinciden en señalar que la calidad de la roca de fosfato ya está disminuyendo y que muy pronto los fertilizantes de bajo costo quedarán en el pasado. Así, el grado medio de la roca fosfórica era de 15% en el año 1970, mientras que en 1996 equivalía a 13%.
Como ya se mencionó, existen ciertas similaridades en el futuro de recursos no renovables como los minerales fosfatados y el petróleo. Existe, empero, una diferencia importante: el petróleo es una fuente de energía que puede sustituirse por otras. Cuando la roca fosfórica se agote, no habrá fuente que pueda remplazarlo para producir alimentos, debido a que el fósforo es un elemento que no puede ser sintetizado en un laboratorio.
En la actualidad existen tecnologías y una serie de alternativas políticas que se encuentran en diversas fases de desarrollo y que pueden representar soluciones viables a la crisis de fósforo que se avecina.
Durante el procesamiento y consumo de alimentos existen etapas en las que el fósforo puede recuperarse para emplearse de nuevo como fertilizante, ya sea directamente o después de sufrir un tratamiento. Algunas medidas son: el uso de los residuos de cultivos como fertilizante, el compostaje de los residuos alimentarios en hogares, fábricas y establecimientos comerciales y el aprovechamiento de la excreta humana y animal. Estas fuentes son numerosas y se encuentran distribuidas ampliamente; sin embargo, contienen niveles bajos de fósforo. Debido a esto, la recuperación de este elemento se está centrando cada vez más en la obtención de estruvita (cristales de fosfato de amonio y magnesio), tanto a partir de aguas residuales domésticas como industriales. La cristalización de estruvita es un proceso tecnológico con un gran potencial a futuro, que promete ser una fuente renovable de fertilizante.
Según el Instituto Internacional de Manejo del Agua, 200 millones de agricultores de todo el mundo emplean aguas residuales para riego agrícola, con y sin tratamiento alguno. En algunas zonas urbanas de Pakistán, se estima que un 25% de sus cultivos hortícolas son regados con aguas residuales. Aunque éstas son un fertilizante accesible en países pobres, es necesario tomar medidas (i. e., implementar una etapa de desinfección) para evitar riesgos a la salud de los consumidores y de los trabajadores del campo.
La reutilización del agua residual doméstica sería más segura si las excretas humanas no se mezclaran con otros flujos de agua, como los industriales, en donde podrían encontrarse desechos tóxicos e incluso metales pesados. Por otro lado, se ha propuesto que la orina no se mezcle con el excremento humano, ya que aquélla podría almacenarse y reusarse con relativa facilidad. Así, dos municipios en Suecia han decretado que todos los inodoros nuevos estén equipados para que la orina se separe y se use como fertilizante (Figura 4).
Figura 4. Inodoro seco en Johannesburgo, 2006. Fuente: E. von Muench. Imagen tomada de: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cleaning_a_urine-diverting_dry_toilet_(UDDT)_in_Johannesburg_(2947142348).jpg?uselang=es bajo la licencia Creative Commons
En las próximas décadas habrá cerca de dos mil millones de personas más que alimentar, muchas de las cuales nacerán en medio urbano. El uso de fósforo recuperado de excreta humana en la agricultura urbana sería un paso importante en alcanzar los Objetivos del Milenio relativos a pobreza, seguridad alimentaria y salubridad. Según un estudio realizado en zonas urbanas de Zimbabwe, la orina producida por la población podría sostener por sí misma la agricultura que se realiza en los alrededores (Gumbo, 2005).
Por otra parte, también existen alternativas para disminuir la demanda de fertilizantes. Éstas contemplan el incremento en la eficiencia de absorción del fósforo del suelo, la reducción de pérdidas en la cadena de suministro de alimentos y en el fomento de dietas que requieran menor consumo de fósforo. Smil (2007) sugiere que el cambio a dietas ricas en vegetales y la disminución del desperdicio de alimentos permitirían optimizar el uso de agua, energía, suelo y fertilizantes fosfatados, todos los cuales son recursos amenazados hoy en día. Esto también disminuiría la emisión de gases de efecto invernadero y de otros contaminantes. Aunque aún no existe algún estudio que reporte la eficiencia de esta propuesta, es necesario evaluar su costo energético, económico y cultural, así como las consecuencias ambientales.
A pesar del agotamiento de las reservas mundiales de roca fosfórica y de las tensiones geopolíticas relacionadas, la futura crisis del fósforo todavía no se considera un problema importante para aquellos que deciden las políticas agrícolas nacionales o internacionales. Por el momento no existen organizaciones o estructuras gubernamentales dedicadas a la sustentabilidad de este recurso, ni a su manejo en el sistema alimentario mundial. Para prevenir esta crisis, es indispensable que este problema se reconozca y se discuta, y que se emprendan varias medidas para disminuir la demanda de fósforo e incrementar su reúso.
Para saber más acerca de este tema, se recomiendan las siguientes lecturas:
CSA (sin fecha) Comité de Seguridad Alimentaria Mundial. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura [en línea]. http://www.fao.org/cfs/cfs-home/es/.
Gumbo, B. (2005) Short-cutting the phosphorus cycle in urban ecosystems. Ph. D. Thesis. Delft University of Technology.
Hubbert, M. K. (1949) Energy from fossil fuels. Science, 109, 103-109.
Jönsson, H., Stintzing, A. R., Vinnerås, B., Salomon, E. (2004) Guidelines on the use of urine and faeces in crop production. EcoSanRes Programme, Stockholm Environment Institute, Stockholm.
PGWG (sin fecha) Introduction: Phosphogypsum (PG). Phosphogypsum Working Group [en línea]. http://www.pgwg.stackfree.com/Home.aspx.
Smil, V. (2007) Policy for improved efficiency in the food chain. SIWI Seminar: Water for Food, Biofuels or Ecosystems? World Water Week 2007. Stockholm, August 12th-18th.
[1] Reseña elaborada para la asignatura de Manejo de Residuos en la Industria Alimentaria, bajo la supervisión de la Dra. Gabriela Vázquez Rodríguez, a partir de: Cordell, D., Drangert, J., White, S. (2009) The story of phosphorus: Global food security and food for thought. Global Environmental Change, 19(2): 292–305.
[2] Alumna egresada de la Licenciatura en Química en Alimentos, Área Académica de Química. Correo electrónico: duvitas_15@hotmail.com
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