Óxido nitroso (N2O)

El óxido nitroso, de fórmula N2O, es un óxido de nitrógeno incoloro y poco soluble en agua. En la industria de fertilizantes, se forma principalmente durante la oxidación catalítica del amoníaco en ácido nítrico mediante el proceso Ostwald, etapa intermedia en la fabricación de fertilizantes nitrogenados como el nitrato de amonio. El gas también se produce en los suelos por desnitrificación microbiana, especialmente tras la aplicación de fertilizantes nitrogenados. Su vida atmosférica ronda los 120 años^[1].

Emisiones en la producción de ácido nítrico

La formación de N2O durante la oxidación del amoníaco depende estrechamente de los parámetros operativos. Una temperatura elevada favorece la combustión del amoníaco pero reduce el rendimiento en óxido nítrico (NO) al aumentar la producción de nitrógeno molecular (N2) y óxido nitroso^[2]. Las instalaciones operan generalmente entre 850 y 950 °C para obtener rendimientos de NO superiores al 96 %; por encima de 950 °C, las pérdidas de catalizador por vaporización se incrementan^[2]. La relación amoníaco/aire influye directamente sobre la temperatura de reacción: un aumento del 1 % en la proporción de amoníaco la eleva aproximadamente 68 °C^[2]. El N2O, inestable a estas temperaturas, se descompone parcialmente en N2 y O2, fenómeno favorecido por un tiempo de residencia prolongado y una temperatura elevada en el reactor catalítico^[2].

Los niveles de emisión asociados a las mejores técnicas disponibles (MTD) varían según el tipo de instalación. Para las unidades nuevas, las emisiones se sitúan entre 0,12 y 0,6 kg de N2O por tonelada de ácido nítrico al 100 %, es decir, 20 a 100 ppmv^[3]. Para las instalaciones existentes, el rango se extiende de 0,12 a 1,85 kg/t, correspondiente a 20–300 ppmv^[3]. La industria y un Estado miembro impugnaron estos niveles para los sitios existentes, argumentando que las técnicas de reducción de N2O aún estaban en desarrollo y que la vida útil de los catalizadores De-N2O seguía siendo incierta; reclamaron la inclusión de un valor de 2,5 kg/t para estas unidades^[3].

Técnicas de reducción

Existen diversas vías para disminuir las emisiones de N2O. La optimización de la relación NH3/aire, de la presión y de la temperatura en la etapa de oxidación, así como el seguimiento de las prestaciones catalíticas, constituyen palancas de primera línea^[3][4]. El alargamiento de la cámara de reacción en las unidades nuevas permite una descomposición térmica del N2O^[3][4]. La reducción catalítica en el reactor o en postcombustión, junto con el tratamiento combinado NOx/N2O en los gases de cola, representan soluciones complementarias^[3][4].

Un ejemplo de planta tipo M/M, equipada con un catalizador de platino mejorado tipo Heraeus, alcanzó niveles de 500 a 1000 ppm de N2O en campañas semestrales, con una media de aproximadamente 800 ppm, lo que corresponde a una reducción del 30 al 50 %^[5]. Los catalizadores oxidantes alternativos, sin platino, pueden disminuir el N2O en un 80 a 90 %, pero a costa de un menor rendimiento en NO y un mayor consumo de amoníaco^[5]. Los sistemas bicapa, que combinan mallas de platino con un catalizador de óxido no platínico, reducen el uso de platino en un 40 a 50 % y las pérdidas de este metal en un 15 a 30 %^[5].

Regulación europea de productos fertilizantes

El reglamento (UE) 2019 sobre productos fertilizantes regula el uso de inhibidores de la desnitrificación en los productos fertilizantes de la Unión^[6]. Un inhibidor de este tipo debe ralentizar o bloquear la conversión del nitrato (NO3–) en nitrógeno molecular (N2) sin afectar la nitrificación, con el fin de limitar la formación de N2O^[7][8]. Para ser reconocido, debe demostrar una reducción de al menos el 20 % en la tasa de liberación de óxido nitroso en una prueba in vitro, medida a los 14 días de la aplicación con un nivel de confianza del 95 %^[7][8]. Este requisito se aplica a los productos cuyo al menos 50 % del nitrógeno total se presenta en las formas amonio (NH4+) y urea (CH4N2O)^[8].

Contexto agrícola y climático

Las emisiones agrícolas de N2O constituyen la fuente antropogénica predominante de este gas, cuya abundancia atmosférica ha crecido más de un 20 % desde la era preindustrial^[1]. Su contribución actual al calentamiento asciende a aproximadamente 0,1 °C y sigue en aumento^[1]. El óxido nitroso representa además la sustancia más significativa que agota la capa de ozono actualmente emitida^[1]. En las plantas de ácido adípico y nítrico, medidas de reducción relativamente poco costosas permitirían eliminar prácticamente estas emisiones^[1].