BR112015013462B1

BR112015013462B1 - processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada usando biocarvão como uma matriz de suporte renovável

Info

Publication number: BR112015013462B1
Application number: BR112015013462-9A
Authority: BR
Inventors: Rodrigo Javier Navia Diez; Robinson Eugenio Betancourt Astete; María Cristina Diez Jerez; Noelia Zoila Sepúlveda Ramírez; Gustavo Aner Curaqueo Fuentes; Mara Ximena Cea Lemus; Claudio Andrés Toro Aedo; Aixa González Ruiz; María Eugenia González Quijón
Original assignee: Universidad De La Frontera
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2021-03-16
Also published as: BR112015013462A2; BR112015013462A8; WO2014091279A1

Abstract

FERTILIZANTE NITROGENADO DE LIBERAÇÃO CONTROLADA US ANDO BIOCARVÃO COMO UMA MATRIZ DE SUPORTE RENOVÁVEL. A invenção refere-se a um ecofertilizante que compreende um fertilizante nitrogenado de liberação controlada granular à base de ureia orgânico usando biocarvão como uma matriz de suporte renovável. Ela também diz respeito a um processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, c omo o ecofertilizante dessa invenção. O biocarvão é obtido por pirólise em baixa temperatura a 300 °C, de resíduos agrícolas; e é usado como uma matriz renovável para a impregnação de nitrogênio. Posteriormente, a ureia impregnada no biocarvão é encapsulada usando um polímero biodegradável. O encapsulamento foi realizado por um método de precipitação. O fertilizante nitrogenado de liberação controlada desenvolvido apresentou disponibilidade de nitrogênio substancialmente completa como nutriente vegetal.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção tem aplicação na produção de fertilizantes, particularmente na produção de fertilizante nitrogenado de liberação controlada por impregnação de ureia em biocarvão.

[002] A invenção refere-se a um ecofertilizante que compreende um fertilizante nitrogenado de liberação controlada granular à base de ureia usando biocarvão como uma matriz de suporte renovável, e o processo de produção do mesmo. O biocarvão é obtido por pirólise em baixa temperatura a 300°C, utilizando biomassa residual como matéria-prima.

[003] O ecofertilizante da invenção cumpre novas particularidades, em relação à eficiência de captação de nitrogênio para cultivares específicos, promovendo efetivamente a liberação lenta de nitrogênio em até 30 dias. Essa liberação de nitrogênio controlada da matriz de biocarvão também aumenta o rendimento de produção de dois cultivares de trigo testados em escala de campo em até 20%.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[004] A fertilização é um dos principais elementos da produção de culturas; ela pode acelerar o crescimento da planta, tanto de suas partes aéreas como radicais. Ela também pode alterar a composição nutricional dos tecidos, com efeitos sobre o nível de reservas, a capacidade de fixação e resistência à água, estresse causado pelo frio e doenças, entre outros.

[005] Em relação aos principais fertilizantes utilizados na agricultura, o consumo global de nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K) em 2005/06 foi, respectivamente, igual a 93,2, 37,1 e 25,8 Mt y-1, respectivamente (IFA, 2007). 55% dos nutrientes foram utilizados para a produção de cereais, 12% para as culturas de oleaginosas, 11% para a pastagem, 11% para commodities, 6% para as plantas com tubérculos e apenas 5% para a produção de frutos e vegetais.

[006] Nesse contexto, o nitrogênio é o nutriente vegetal mais amplamente aplicado. Ele tem sido muitas vezes apontado por seus efeitos adversos sobre o meio ambiente, bem como sobre a saúde humana e animal. O consumo estimado de fertilizante de nitrogênio a nível global pela agricultura em 2000 foi de 85,5 Tg, dos quais 60% foram destinados à produção de cereais. No entanto, apenas 33% do N total aplicado para a produção de cereais é efetivamente removido no grão. Isto implica que a eficiência global do uso de N para a produção de alimentos é baixa. Isto leva a significativas perdas econômicas que se tornam cada vez maiores devido ao aumento contínuo dos preços de fertilizantes de nitrogênio em consequência da escassez de combustíveis fósseis.

[007] Especialmente, a ureia é um fertilizante de nitrogênio sólido amplamente utilizado para a produção agrícola, devido ao seu baixo custo. Após ser aplicado ao solo, ele pode ser rapidamente hidrolisado a NH3 e CO2 pela urease no solo, seguida pela formação de NO3 através da nitrificação. Na agricultura, a ureia corresponde a mais da metade do fertilizante de N aplicado, e isto compreende 40% do consumo global anual de ureia. No entanto, a recuperação do N pelas culturas a partir da ureia é muitas vezes tão baixa quanto 30 a 40%, com um custo ambiental potencialmente elevado associado com perdas de N por volatilização do NH3, lixiviação do NO3 e emissão de N2O.

[008] Essas perdas são o resultado de muitos processos químicos, físicos e biológicos, cuja magnitude é afetada por vários fatores, tais como: temperatura, pH do solo, capacidade de troca de cátions (CEC), matéria orgânica e cobertura da dose e local de fertilização.

[009] Uma maneira de melhorar o rendimento de nutrientes e, especificamente, a eficiência do uso de nitrogênio, reduzindo ao mesmo tempo os perigos ambientais, é usando fertilizantes de liberação controlada (CRF). Os CRF são conhecidos há várias décadas. Um grande foco nas pesquisas sobre os CRFs permanece hoje em dia focada em questões de proteção ambiental. Os CRF são projetados para liberar gradualmente o conteúdo de nutrientes e para coincidir com os requisitos de nutrientes de uma planta. Isso garante uma eficácia melhorada de fertilização através da minimizaçãodas perdas entre a aplicação e a absorção, evitando assim as perdas por escoamento, lixiviação e volatilização do N.

[010] A literatura descreve os CRFs como um material nutriente nuclear e granular contendo pelo menos um composto fertilizante hidrossolúvel e um revestimento substancialmente insolúvel aplicado sobre o material do núcleo. A composição fertilizante é estruturada para fornecer uma curva de taxa de liberação de nutrientes Gaussiana ao longo do tempo, com o máximo da taxa de liberação ocorrendo entre 1 e 18 meses após a exposição da composição fertilizante à umidade, de acordo com US6139597 (Tijsma et al. 2000). Além disso, o Comitê Europeu de Normalização (CEN) estabelece que um fertilizante pode ser descrito como sendo de liberação lenta ou controlada se a liberação de nutrientes, em condições definidas, incluindo a de uma temperatura de 25°C, atender a todos os seguintes critérios, a) não maior que 15% em 24 horas, b) não maior que 75% em 28 dias e c) liberação igual a pelo menos 75% no período de liberação estabelecido.

[011] A liberação de nutrientes na fertilização convencional (por exemplo, com ureia) dura de 30 a 60 dias, que em um ciclo de cultivo de culturas longo de 100 a 120 dias significa que os fertilizantes devem ser aplicados 2 ou 3 vezes. Em comparação, os CRFs liberam os seus nutrientes lentamente e gradualmente durante toda a temporada toda estação de vegetação e, consequentemente, eles precisam ser aplicados apenas uma vez, o que reduz muito o consumo de tempo e energia.

[012] Hoje em dia, o desenvolvimento de CFRs é um tema importante de pesquisa, concentrando-se principalmente na obtenção de um sistema no qual um grânulo de fertilizante é encapsulado, ou seja, é revestido com uma camada inerte. No entanto, o uso de materiais de revestimento pode resultar em alto custo de produção e até mesmo na contaminação do solo após a sua liberação no solo. Os valores dos CRF são 3 a 4 vezes mais caros do que os fertilizantes convencionais, esta e a principal razão para o seu uso limitado. No entanto, estes custos podem ser compensados por uma diminuição de aplicação e compra de fertilizantes.

[013] Para solucionar estes problemas, os fertilizantes convencionais são misturados com resíduos orgânicos agrícolas e industriais e com materiais poliméricos, formando uma mistura rica em N e com fertilizante orgânico de alta qualidade.

[014] O biocarvão está entre esses produtos, é um material rico em carbono obtido a partir da combustão incompleta de biomassa lignocelulósica na ausência de oxigênio e de baixas temperaturas. Nos últimos anos, a aplicação de biocarvão como um corretivo de solo atraiu interesse mundial. Essa prática é posicionada como uma nova abordagem para promover uma dissipação significativa de dióxido de carbono (CO2) em ecossistemas terrestres, em longo prazo. Além disso, a produção de biocarvão e sua posterior aplicação no solo poderia proporcionar benefícios em termos de fertilidade do solo e produção de culturas.

[015] Juntamente com os benefícios descritos acima, esse material apresenta certas características, tais como aumento da capacidade de adsorção de compostos poluentes orgânicos e inorgânicos em comparação com outras formas de matéria orgânica. Ele também apresenta uma maior capacidade de troca de cátions e carga negativa de superfície. Devido a essas características, o biocarvão é posicionado, atualmente, como um adsorvente de baixo custo em comparação com o carvão ativado.

[016] Apesar dos benefícios que vêm com a adição de biocarvão ao solo, algumas patentes e estudos sugerem a modificação desse material antes de ser incorporado no solo. Essas modificações incluem a adição de um ou mais nutrientes por um processo de mistura direta, encapsulamento e/ou peletização, entre outros.

[017] A Patente Norte-Americana No. 5.676.727, de Radlein et al. divulgou um processo para produzir fertilizantes nitrogenados orgânicos de liberação lenta a partir de produtos obtidos da pirólise instantânea de biomassa. Eles propuseram usar uma reação química para combinar um composto de nitrogênio contendo o grupo NH2 com os produtos de pirólise. O bio-óleo obtido no processo contém altas concentrações de carbonila, carboxila e grupos funcionais fenólicos, e é provável que esses grupos sejam em grande parte responsáveis pela reação com amônia. Essa invenção consiste no uso do bio-óleo e carvão vegetal rico em N derivado do processo de pirólise rápida pela formulação de um fertilizante de nitrogênio de liberação lenta biodegradável eficiente.

[018] Da mesma forma, outras obras usaram péletes de casca de amendoim pirolisadas em condições brandas a 400 °C, para desenvolver um fertilizante nitrogenado de liberação lenta. Nesse estudo, condições e princípios similares àqueles propostos por Radlein et al. são usados. Esse carvão vegetal também forneceu o material de base para mais adição de nutriente pela reação de pirólise do óleo com ureia para adicionar mais nitrogênio biodisponível. No entanto, a reatividade dos produtos utilizados no desenvolvimento de CRFs vai depender da matéria-prima usada na pirólise, bem como das condições operacionais do reator.

[019] WO/2005/054154, de Kotaka, divulgou um método para a obtenção de fertilizantes nitrogenados, considerando o uso de carvão vegetal como um adsorvente. O método inclui a fermentação da matéria orgânica a partir de resíduos agrícolas para a produção de gás amônia, que é posteriormente adsorvido pelo carvão vegetal. O produto resultante é usado como um fertilizante nitrogenado.

[020] Outro método para a obtenção de um fertilizante de liberação lenta considera a mistura de grânulos de superfosfato amoniado e cloreto de potássio, água, gesso (CaSO4-2H2O) e carvão vegetal. O gesso proporciona uma alta resistência ao produto; e também torna possível a peletização da mistura. Além disso, devido à alta área superficial apresentada pelo carvão vegetal, ele tende a suavizar a taxa de liberação pela concentração de absorção extra de fertilizante quando a taxa de liberação é alta e pela liberação ou dessorção do fertilizante quando a taxa de liberação é baixa.

[021] Outras formas de obter carvão vegetal enriquecido com nitrogênio são por modificações químicas dos carvões vegetais já formados por tratamento termoquímico de matéria-prima comum. Esses últimos procedimentos envolvem reações com vários reagentes que introduzem os grupos de nitrogênio, bem como com sequências de reação. Por exemplo, a oxidação do carbono precedendo a reação com amônia ou os seus derivados (carbonato de amônio, hidrazina, hidroxilamina e ureia) com os grupos carboxila que ocorre naturalmente no carvão vegetal ou com a introdução artificial por oxidação perfórmica, ou a nitração do carbono seguido por hidrogenação dos grupos nitro introduzidos.

[022] Muita atenção está sendo dada à amoxidação do carvão vegetal, que consiste na reação direta dos carbonos ativos com a mistura de ar e amônia. Dependendo do método utilizado, o teor de nitrogênio do carvão vegetal varia, o mesmo ocorrendo com a natureza química dos grupos de nitrogênio.

[023] Essa prática foi descrita na formulação do fertilizante nitrogenado de liberação lenta à base de carvão vegetal usando a reação química entre uma fonte de nitrogênio e matrizes lignocelulósicas. No entanto, esse método tem sido usado hoje em dia para obter os carbonos ativado através da introdução do grupo nitrogênio.

[024] Basicamente, o mecanismo de ação do CRF inclui um sistema em um grânulo (fertilizantes convencionais), que é encapsulado ou revestido. Após uma aplicação de fertilizantes, a água penetra através da membrana em um grânulo. Em seguida, os nutrientes são dissolvidos e a pressão osmótica resultante causa a ruptura parcial da membrana, que permite a liberação dos compostos ativos para o solo.

[025] Nos últimos anos, a produção do CRF centrou-se principalmente na obtenção de fertilizantes orgânicos de determinado tamanho de partícula e em características físico-químicas específicas. Estudos recentes apresentam uma tendência para a produção de fertilizantes à base de biocarvão incorporando nitrogênio em um processo de mistura direta, encapsulamento e/ou peletização.

[026] Verificou-se que vários materiais são adequados para fins de encapsulamento ou revestimento. O mais importante desses inclui cera e enxofre e polímeros orgânicos, tais como poliolefinas, polietileno, lignina kraft de pinho, acetato de celulose e alginato de sódio, entre outros.

RESUMO DA INVENÇÃO

[027] A invenção refere-se a um ecofertilizante que compreende um fertilizante nitrogenado de liberação controlada granular à base de ureia orgânico usando biocarvão como uma matriz de suporte renovável. Ela também diz respeito a um processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, como o ecofertilizante dessa invenção.

[028] O biocarvão é obtido por pirólise em baixa temperatura a 300°C, de resíduos agrícolas; e é usado como uma matriz renovável para a impregnação de nitrogênio. Posteriormente, a ureia impregnada no biocarvão é encapsulada usando um polímero biodegradável. O encapsulamento foi realizado por um método de precipitação. O fertilizante nitrogenado de liberação controlada desenvolvido apresentou disponibilidade de nitrogênio substancialmente completa como nutriente vegetal.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[029] Figura 1: Esquema do processo da presente invenção.

[030] Figura 2: Distribuição dos testes de campo (T0- T3, TS) em dois locais experimentais.

[031] Figura 3: Proporção da porcentagem de componentes da mistura encapsulada.

[032] Figura 4: Estabilidade do nitrogênio da mistura encapsulada durante 6 meses.

[033] Figura 5: Concentração de liberação de amônio (NH4+) em água deionizada da mistura encapsulada a 25°C e a 100 rpm.

[034] Figura 6: Porcentagem de liberação de amônio (NH4+) em água deionizada da mistura encapsulada a 25°C e a 100 rpm.

[035] Figura 7: Resultados do teste de aplicações do ecofertilizante em dois cultivares diferentes (Mg ha-1).

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[036] Figura 1: O esquema ilustra a introdução material biocarvão com tamanho de partícula inferior a 5 mm, preferencialmente < 2 mm ao marmite (1); a introdução de ureia ao marmite (2); a introdução de água ao marmite (3); as partículas de biocarvão em suspensão (4); grânulos de ureia em suspensão (5); um misturador (6) e um termopar (7) para monitorar a temperatura do processo entre 100°C e 200°C, mais preferencialmente a 150°C no dito marmite. Depois de um período de tempo entre 1 hora e 12 horas, mais preferencialmente de 8 horas do processo de impregnação, a solução é removida do marmite (8) e, em seguida, o biocarvão impregnado com nitrogênio é filtrado da solução aquosa (9). O teor de nitrogênio no biocarvão nesse processo foi determinado (10) e, em seguida, o biocarvão impregnado com nitrogênio e solução de alginato de sódio 5% foram misturados (11) a uma razão de mistura (11) de 3:1 (p/v). A mistura é transferida para o cilindro de PVC com aberturas (12) de cerca de 4 mm de diâmetro. A solução é misturada para manter a mistura e o gotejamento constantes. Depois disso, a amostra é precipitada em CaCl2 0,5 M (13). Os grânulos esféricos foram deixados na solução de CaCl2 durante 10 minutos para garantir a completa gelificação. Após completar a gelificação, os grânulos foram separados da solução de CaCl2 (14). Por fim, os grânulos são filtrados e lavados duas vezes com água destilada (15) e, em seguida, os grânulos foram secos em temperatura ambiente de um dia para o outro até peso constante (16).

DETALHES DA INVENÇÃO

[037] O objeto da presente invenção é o desenvolvimento de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada orgânico granular que compreende uma fonte de nitrogênio, uma matriz de suporte e um encapsulamento ou revestimento de polímero biodegradável em um polímero biodegradável.

[038] Em uma modalidade particular da invenção, o fertilizante nitrogenado de liberação controlada orgânico granular usa preferencialmente ureia como fonte de nitrogênio, mas há outras fontes de nitrogênio que podem ser usadas.

[039] Em outra modalidade da invenção, a matriz de suporte é o biocarvão. Em uma modalidade mais preferencial, o biocarvão está sob a forma de partículas menores que 5 mm, mais preferencialmente menores que 2 mm.

[040] Outra modalidade da invenção considera o alginato de sódio como um meio de encapsulamento ou revestimento de polímero biodegradável.

[041] A invenção também considera o processo para a produção do fertilizante nitrogenado de liberação controlada orgânico granular, em que o dito processo compreende as seguintes etapas: a) obtenção de biocarvão por pirólise lenta de uma fonte de biomassa; b) impregnação do biocarvão obtido na etapa anterior com uma fonte de nitrogênio, produzindo partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio; c) revestimento ou encapsulamento das partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio com um polímero biodegradável.

[042] Na etapa a) do processo, o biocarvão é obtido por pirólise sob baixa temperatura de uma fonte de biomassa. Preferencialmente, a temperatura da pirólise varia entre 300°C e 600°C, mais preferencialmente entre 300°C e 500°C. Em outra modalidade, a pirólise é realizada por um período de tempo entre 100 e 400 minutos, mais preferencialmente entre 120 e 315 minutos. Em uma outra modalidade mais específica, a fonte de biomassa é casca de aveia. Em uma outra modalidade, o tamanho de partícula do biocarvão obtido por pirólise sob baixa temperatura é reduzido até um tamanho menor que 5 mm, preferencialmente menor que 2 mm.

[043] Na etapa b) do processo, a impregnação do de biocarvão com uma fonte de nitrogênio é realizada na fase líquida. A reação de impregnação é realizada em um reator apropriado a uma temperatura entre 100°C e 200°C, mais preferencialmente a 150°C. A reação de impregnação é realizada com agitação constante por um período de tempo entre 1 hora e 12 horas, mais preferencialmente durante 8 horas. Em uma modalidade mais particular, o solvente utilizado como uma fase líquida é um solvente polar. Em uma modalidade mais preferencial, o solvente utilizado é a água. Para a reação de impregnação, as fontes de biocarvão e nitrogênio estão presentes em uma razão em peso de biocarvão:fonte de nitrogênio de 2:1 a 1:2, mais preferencialmente igual a 1:1. Em uma modalidade mais específica, o solvente polar está presente em uma razão em peso de biocarvão:fonte de nitrogênio:solvente polar de 1:1:1 a 1:1:10, e mais preferencialmente de 1:1:5. Outras razões diferentes também são englobadas na presente invenção como, por exemplo, a razão em peso de biocarvão:fonte de nitrogênio:solvente polar pode ser de 1:2:10 a 1:2:1, de 2:1:10 a 2:1:1.

[044] Por fim, quando o período de tempo da reação a impregnação termina, a mistura é deixada esfriar em temperatura ambiente e os gases de reação são liberados. Uma vez que os gases de reação foram liberados, o solvente polar é separado por filtração, obtendo partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio.

[045] Na final etapa c), as partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio obtidas na etapa anterior são encapsuladas ou revestidas com um polímero biodegradável. Em uma modalidade mais preferencial, o polímero biodegradável é o alginato de sódio, embora a presente invenção também englobe o uso de outros polímeros biodegradáveis, incluindo acetato de celulose e acetato de etila (ambos usando formamida como solvente). Em uma modalidade mais específica, o polímero biodegradável é dissolvido em um solvente adequado como, por exemplo, água. A razão de polímero biodegradável:solvente varia de 1:100 (1% em peso) a 1:10 (10% em peso), mais preferencialmente 1:20 (ou seja, 5% em peso). A mistura de polímero biodegradável/solvente é misturada com as partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio obtidas na etapa anterior, em uma razão (de partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio):(polímero biodegradável /solvente) de 10:1 (volume em peso) a 1:1 (peso:volume), mais preferencialmente 3:1 (peso:volume). A mistura formada é adicionada, gota a gota, a uma solução de CaCl2, permitindo que as gotas formem grânulos gelificados. Em uma modalidade mais específica, os grânulos gelificados têm um tamanho entre 1 e 5 mm, mais preferencialmente, entre 2 e 3 mm. Por fim, os grânulos gelificados são secos em temperatura ambiente de um dia para o outro.

EXEMPLOS DE APLICAÇÃO Produção de biocarvão

[046] O processo utilizado para a obtenção de biocarvão foi a pirólise lenta. O experimento de carbonização foi realizado em um pirolisador com capacidade para processar 5 Kg de matéria-prima. O reator foi purgado com N2 em um fluxo de 5 L min-1. Casca de aveia foi usada para a produção de biocarvão, e a temperatura de pirólise foi 300°C, o tempo para atingir a Tmax foi 195 min, o tempo de processamento para a Tmax foi 120 min e o tempo total de pirólise foi 315 min. O balanço de massa do processo de pirólise lenta é mostrado na tabela 1.

[047] Tabela 1. Balanço de massa do processo de pirólise lenta da casca de aveia pirolisada a 300°C.

[048] O biocarvão obtido a partir da pirólise lenta da casca de aveia a 300°C (BO300) foi caracterizado fisicamente e quimicamente (tabela 2).

[049] Tabela 2. Caracterização físico-química do BO300.

Impregnação de nitrogênio no biocarvão usando ureia como fonte de nitrogênio

[050] O processo de impregnação no biocarvão (BO300) foi realizado em marmite com capacidade de 60 litros (Figura 1). No processo, ureia foi usada como fonte de nitrogênio. Antes da reação, o tamanho de partícula do BO300 foi reduzido até < 2 mm.

[051] A temperatura reacional foi igual a 150°C e foi monitorada com um termopar. A impregnação do biocarvão foi realizada em fase líquida, utilizando água como solvente; as proporções utilizadas foram respectivamente de 1:1:5 de biocarvão:nitrogênio:água. Os parâmetros de processo são mostrados na tabela 3. A reação foi realizada a 150°C durante 8 h com agitação constante. Após o resfriamento e a liberação dos gases de reação, o solvente foi separado por filtração.

[052] Tabela 3. Parâmetros e seus intervalos usados no processo de impregnação de ureia em biocarvão (BO300)

[053] Os teores de nitrogênio total das amostras de fase sólida e líquida foram, em seguida, determinados pelo método de Kjeldahl para o nitrogênio total (APHA, 1998). O teor de umidade da fase sólida foi medido por secagem da amostra em estufa a 100 + 5 °C durante cerca de 24 h. Encapsulamento da mistura entre biocarvão impregnado com nitrogênio e alginato de sódio (SA)

[054] A solução de alginato de sódio (SA) (Aldrich Chemical) foi preparada pela dissolução do polímero sólido em água destilada, e a concentração da solução foi igual a 5% em peso. Isto foi seguido pela mistura de biocarvão (sólido não seco) com o SA. A razão de mistura foi 3:1 (p/v) de biocarvão e SA, respectivamente.

[055] A mistura resultante foi colocada em um cilindro de PVC com aberturas de cerca de 4 mm de diâmetro na parte inferior, a mistura foi agitada vigorosamente até ficar uniforme e, em seguida, gotejada lentamente a uma solução de CaCl2 0,5 M, onde as gotas formaram grânulos brancos imediatamente devido à reticulação imediata do alginato de sódio na gota com Ca2+. Os grânulos esféricos foram deixados na solução de CaCl2 durante 10 minutos para garantir a completa gelificação e, em seguida, separados da solução. A mistura encapsulada foi seca em temperatura ambiente de um dia para o outro. Estabilidade do teor de azoto no momento do encapsulamento

[056] Para estudar a estabilidade do teor de nitrogênio encapsulado em determinados intervalos de tempo (1, 5, 15 e 30 dias e 6 meses) uma amostra de mistura encapsulada foi coletada e o teor de nitrogênio total foi medido pelo método de Kjeldahl. Liberação de amônio da mistura encapsulada em água

[057] Para estudar o comportamento de liberação da mistura encapsulada na água, foi realizado o seguinte experimento: 1 g de mistura encapsulada foi misturado com 200 mL de água deionizada e mantido em um béquer devidamente coberto e incubado em um agitador orbital a 100 rpm durante diferentes períodos a 25°C. Todos os testes a seguir foram realizados em triplicata, e o valor médio foi considerado como resultado. Em certos intervalos de tempo (1, 5, 10, 15, 20, 25 e 30 dias), 100 mL de solução aquosa foram removidos, para determinar o teor de nitrogênio, e mais 100 mL de água foram injetados nos frascos para manter uma quantidade constante de solvente. A quantidade de N no meio aquoso foi estimada pelo método de Kjeldahl. Aplicação em testes de campo

[058] Dois tipos diferentes de solo foram selecionados para realizar o teste de campo do ecofertilizante desenvolvido. NA figura 2, a descrição dos testes de campo dos ecofertilizantes é mostrada. Resultados Impregnação de nitrogênio no biocarvão usando ureia como fonte de nitrogênio

[059] O resultado do teor de nitrogênio total apresentado na tabela 4 mostra um aumento no teor de nitrogênio total no BO300 após o processo de impregnação. O processo de impregnação em altas temperaturas (150°C) indicou um aumento significativo do teor de nitrogênio total.

[060] Quanto à umidade, o biocarvão impregnado com nitrogênio foi seco a 105 + 5°C durante cerca de 24 h, resultando em um teor de umidade igual a 50,43%.

[061] Tabela 4. Teor de nitrogênio total nas fases sólida e líquida após o processo de amoxidação.

Encapsulamento da mistura entre biocarvão impregnado com nitrogênio e alginato de sódio (SA)

[062] Uma vez que a porcentagem de umidade foi obtida, a mistura do biocarvão impregnado com nitrogênio e alginato de sódio foi realizada; a razão de mistura foi definida em 3:1 (p/v).

[063] A mistura resultante foi disposta em um cilindro com aberturas de cerca de 4 mm de diâmetro e, por meio de gotejamento, a amostra foi precipitada em uma solução de CaCl2 0,5 M. Os grânulos esféricos foram deixados na solução de CaCl2 durante 10 minutos para garantir a gelificação completa e, em seguida, foram separados da solução, lavados duas vezes com água destilada e secos em temperatura ambiente de um dia para o outro. Por fim, a proporção dos componentes do encapsulado é mostrada na figura 3. Enquanto os diâmetros médios das amostras secas foram de 2 a 3 mm. Estabilidade do teor de nitrogênio da mistura encapsulada

[064] A estabilidade do teor de nitrogênio foi avaliada ao longo do tempo para descartar a perda por volatilização do NH3 da mistura encapsulada. Pode ser observado a partir da figura 4 que o teor de azoto é constante durante o tempo avaliado. Observa-se que, no primeiro dia, o teor de nitrogênio total é igual a 12,09% ± 1,98 e, no trigésimo dia, o teor de nitrogênio permaneceu em 13,24 + 1,23%. Teste de liberação de amônio da mistura encapsulada em água

[065] Uma das características mais importantes da mistura encapsulada preparada pelo método da presente invenção era a sua propriedade de liberação lenta. A figura 5 mostra os comportamentos de liberação lenta do amônio da mistura encapsulada em água deionizada. É observado na figura que a liberação de NH4+ durante os primeiros 10 dias apresenta um comportamento exponencial e, em seguida, diminui abruptamente. A partir da figura 6, pode-se observar que, no dia 5, 17,90% do NH4+ foi liberado, entre o dia 5 e o dia 15, 36,68% foi liberado e, no dia 30, 39,59% de NH4+ foi liberado. DISCUSSÃO DETALHADA DA INVENÇÃO Impregnação de nitrogênio no biocarvão usando ureia como fonte de nitrogênio

[066] A reação do biocarvão com ureia em temperatura elevada (150°C) mostrou maior enriquecimento de nitrogênio do biocarvão (18,97 + 1,8). Outros trabalhos utilizaram a mesma fonte de nitrogênio, mas a uma temperatura mais elevada (300°C), relatando valores entre 13 e 16,7% de teor de nitrogênio total no carvão vegetal.

[067] Esse aumento no teor de nitrogênio poderia ser explicado pela presença dos subprodutos de ureia após a decomposição térmica. É provável que o nitrogênio esteja na forma de amidas, NH livre e NH2, NH e NH2 ligado ou de espécies de NH4+.

[068] Todos os resultados até o momento sugerem que a química da reação do carvão com ureia é muito complexa, não só por causa da heterogeneidade da estrutura do carvão vegetal, mas também devido à variedade de reagentes N que podem surgir a partir da ureia e que podem reagir de forma independente com o carvão. Encapsulamento da mistura entre biocarvão impregnado com nitrogênio e alginato de sódio (SA)

[069] Nos últimos anos, vários estudos têm dedicado atenção à preparação e utilização dos superabsorventes de polissacarídeo devido à sua biodegradabilidade, biocompatibilidade, capacidade de renovação e não toxicidade. Em particular, o alginato de sódio (SA) é um polímero natural renovável e biodegradável que é usado em uma variedade de aplicações comerciais, devido à sua capacidade de gelatinização.

[070] A técnica de precipitação do SA em CaCl2 tem sido amplamente descrita para os obtidos a partir do CRF. Basicamente, o método consiste na reticulação entre o Na+ e o Ca2+. A estabilidade dos grânulos esféricos depende do SA e da concentração de Ca2+ das soluções. No entanto, uma desvantagem no uso de CaCl2 como banho de precipitação é a necessidade de trocar, em determinados intervalos, a solução de CaCl2. Estabilidade do teor de nitrogênio da mistura encapsulada ao longo do tempo

[071] Antes da liberação do teste de mistura encapsulada, foi necessário avaliar a estabilidade do teor de nitrogênio no tempo e descartar a perda de NH3, como, por exemplo, devido à volatilização, então sabendo a concentração inicial da mistura encapsulada a ser usado, também se tem a ideia do período de tempo que o produto final pode ser armazenado, uma vez produzido. De acordo com os valores obtidos, nenhuma diferença foi observada entre o teor de nitrogênio total no primeiro dia e no trigésimo dia (12,09 + 1,98% e 13,24 + 1,23%, respectivamente).

[072] A literatura não relata a avaliação da estabilidade do ingrediente ativo no CRF aso longo do tempo. Mas ela menciona que a viabilidade do CRF depende das condições de armazenamento, tais como temperatura e umidade, dentre outros, bem como do material polimérico utilizado na formulação. Teste de liberação de amônio da mistura encapsulada em água

[073] Os CRFs são um material nutriente nuclear e granular contendo pelo menos um composto fertilizante hidrossolúvel e um revestimento substancialmente insolúvel em água aplicado ao material do núcleo. A composição fertilizante é estruturada para fornecer uma curva de taxa de liberação de nutrientes Gaussiana ao longo do tempo, com o máximo da taxa de liberação ocorrendo entre 1 e 18 meses após a exposição da composição fertilizante à umidade. No entanto, o tempo de liberação depende das condições ambientais e das propriedades dos polímeros utilizados para formular o CRF.

[074] De acordo com os dados obtidos para a liberação do NH4+ da mistura encapsulada em água deionizada a 25°C, liberação não acompanha esse comportamento, uma vez que a liberação do NH4+ durante os 10 primeiros dias apresenta um comportamento exponencial e, em seguida, diminui abruptamente. Espera-se que esse comportamento seja mantido no solo, com a diferença que a liberação é mais lenta em comparação com a água deionizada.

[075] Com a soma da liberação de NH4+ sendo inferior a 15% no 3° dia e não acima de 75% no trigésimo dia, isto indica que a característica de liberação lenta da mistura encapsulada preparada na presente invenção está de acordo com o padrão de fertilizantes de liberação lenta do Comitê Europeu de Normalização (CEN).

[076] Quanto ao CRF convencional, o uso de um duplo revestimento na preparação de ureia de liberação lenta foi relatado. O fertilizante foi preparado por ureia contendo ácido (poli)acrílico reticulado (PAAU) (revestimento externo), poliestireno (PS) (revestimento interno) e grânulo de ureia (núcleo) com um teor de nitrogênio total igual a 33,6%, cuja taxa de liberação de NH4+ foi igual a 100% em 18 dias nas mesmas condições utilizadas nesses estudos. Deve-se notar que a estabilidade da mistura encapsulada no meio líquido e sob agitação foi igual a cerca de 15 dias.

Teste de campo

[077] Na figura 7, o efeito da aplicação do ecofertilizante em dois diferentes cultivares (Mg ha-1) foi testado, a saber, no trigo (Triticum aestivum) a) cultivar Crac no local experimental Maquehue e B) cultivar Impulso no local experimental El Retiro. O teor de nitrogênio da mistura encapsulada após a aplicação no teste de campo foi, em média, igual a 1,62%.

Claims

1. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada CARACTERIZADO por compreender as etapas de: a) obter biocarvão por pirólise a uma temperatura entre 300°C e 600°C de uma fonte de biomassa; b) impregnar o biocarvão obtido na etapa anterior com ureia usada como uma fonte de nitrogênio, produzindo partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio; em que o biocarvão e a fonte de nitrogênio estão presentes em uma relação em peso de biocarvão para fonte de nitrogênio de 2:1 a 1:2; em que a impregnação do biocarvão como fonte de nitrogênio é realizada na fase líquida e a uma temperatura entre 100°C e 200°C; c) revestir ou encapsular as partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio com um polímero biodegradável selecionado dentre alginato de sódio, acetato de celulose e acetato de etila.

2. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa a) do processo, o biocarvão é obtido por pirólise de uma fonte de biomassa a uma temperatura entre 300°C e 500°C.

3. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa a) do processo, a pirólise é realizada por um período de tempo entre 100 e 400 minutos.

4. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa a) do processo, a pirólise é realizada por um período de tempo entre 120 e 315 minutos.

5. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de biomassa é selecionada de casca de pinho e casca de aveia.

6. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa a) do processo, o tamanho do biocarvão obtido é reduzido para menos de 5 mm.

7. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa a) do processo, o tamanho do biocarvão obtido é reduzido para menos de 2 mm.

8. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa b), a reação de impregnação é realizada a uma temperatura de 150°C.

9. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa b), a reação de impregnação é realizada sob agitação constante por um período de tempo entre 1 hora e 12 horas.

10. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa b) na reação de impregnação, o solvente polar está presente em uma razão em peso de biocarvão:fonte de nitrogênio:solvente polar de 1:1:1 a 1:1:10.

11. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa b) na reação de impregnação, o solvente polar está presente em uma razão em peso de biocarvão:fonte de nitrogênio:solvente polar de 1:2:10 a 1:2:1, ou de 2:1:10 a 2:1:1.

12. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa b), a mistura é deixada esfriar em temperatura ambiente e os gases de reação são liberados, e após os gases de reação serem liberados, o solvente polar é separado por filtração, obtendo partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio.

13. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa c), as partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio são encapsuladas ou revestidas com um polímero biodegradável selecionado dentre alginato de sódio, acetato de celulose e acetato de etila.

14. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o polímero biodegradável selecionado dentre alginato de sódio, acetato de celulose e acetato de etila é dissolvido em um solvente polar de 1% em peso até 10% em peso.

15. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o polímero biodegradável é alginato de sódio e o solvente é água, e a mistura de alginato de sódio/água é misturada com as partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio em uma razão de (partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio):(alginato de sódio/água) de 10:1 (peso:volume) a 1:1 (peso:volume).

16. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura de partículas de biocarvão impregnadas com nitrogênio e alginato de sódio/água é gotejada a uma solução de CaCl2, permitindo que as gotas formem grânulos gelificados, os quais têm um tamanho entre 1 e 5 mm.

17. Processo para a produção de um fertilizante nitrogenado de liberação controlada, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que os grânulos gelificados são secos em temperatura ambiente de um dia para o outro.