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El fertilizante nitrogenado necesario para cultivar alimentos está en el aire que respiramos
16 de diciembre de 2025
Por el profesor Christian Nansen, Universidad de California en Davis y coautores de su grupo de investigación: el investigador postdoctoral Patrice Savi y los estudiantes de posgrado Pamela Andrade y Yugeng Zou.
En este artículo, ofrecemos información sobre una solución al desafío global de satisfacer la futura demanda de fertilizantes nitrogenados. Este artículo es un seguimiento de un seminario virtual de la Serie Grow Pro 2025 de la American Floral Endowment, titulado: Agua activada por plasma (PAW) para la producción florícola. El seminario está disponible como un Video de YouTube aquí.
La creciente demanda de fertilizantes
Con una población humana en crecimiento, una mayor esperanza de vida y la mejora de los niveles de vida en muchas partes del mundo, la demanda de más productos agrícolas y hortícolas aumentará en las próximas décadas. Muchos de nosotros, científicos dedicados a la enseñanza y la investigación aplicadas basadas en soluciones, estamos directa y/o indirectamente involucrados en proyectos que abordan la pregunta existencial: ¿Cómo se va a satisfacer un aumento en la demanda de productos agrícolas y hortícolas de manera que sea económicamente viable y ambientalmente sostenible?
Y cabe señalar que el porcentaje de hogares en los EE. UU. que se enfrentan a una inseguridad alimentaria baja o muy baja está aumentando constantemente, especialmente entre ciertos grupos demográficos (Odoms-Young et al., 2024). Por lo tanto, la necesidad general de productos agrícolas y hortícolas está creciendo, pero también nos enfrentamos al problema de que los alimentos ya son demasiado caros para que algunos hogares puedan cubrir sus necesidades diarias. Por consiguiente, queda claro que el desafío global no consiste únicamente en producir más, sino también en hacerlo de maneras que mantengan los costos de producción lo suficientemente bajos como para que los sectores demográficos vulnerables de nuestra sociedad puedan permitirse comprar los alimentos que necesitan.
Seguridad alimentaria
La baja seguridad alimentaria se ha definido como los hogares en los que la calidad, la variedad y la deseabilidad de las comidas se reducen debido a limitaciones económicas, pero la cantidad de ingesta diaria de alimentos no se altera sustancialmente. La seguridad alimentaria muy baja de un hogar implica que la ingesta diaria de alimentos y el patrón de alimentación de un mínimo de un miembro del hogar no satisfacen los requerimientos calóricos y nutricionales diarios debido a la falta de alimentos y a la carga financiera.
Llegados a este punto, tal vez se esté preguntando: ¿adónde nos lleva esto y qué tiene que ver la inseguridad alimentaria con la horticultura y la producción de cultivos ornamentales? Bueno, hay muchas conexiones, porque la producción de alimentos y de cultivos ornamentales compiten por algunos de los mismos recursos (espacio, mano de obra, agua, etc.), y vamos a analizar uno de ellos con cierto detalle, el fertilizante.
Un requisito previo muy importante para el aumento de la producción de productos agrícolas y hortícolas es que los productores tengan acceso a fertilizantes asequibles y ambientalmente sostenibles; ¿y de dónde va a salir eso? Y si la producción de productos agrícolas y hortícolas va a requerir más fertilizantes, es probable que los productores de cultivos ornamentales se enfrenten a una competencia adicional y a un aumento de los costos. Es decir, a menos que encontremos otras formas de producir fertilizantes, y de eso trata este artículo.
La demanda actual de fertilizantes y su huella ambiental
Se estima que, en 2022, el consumo mundial de fertilizantes fue de unos 188 millones de toneladas métricas, de las cuales los fertilizantes nitrogenados (excluidos los fosfatados y potásicos) representaron unos 58%, es decir, 96 millones de toneladas métricas (Statistica, 2022). Si nos centramos en los fertilizantes nitrogenados (nitrato, amonio, amoníaco y ácido nítrico), casi 70% de fertilizantes nitrogenados no orgánicos se producen en cuatro países (por orden de importancia: China, EE. UU., India y Rusia). ¿Qué significa esto para la soberanía nacional de cada uno de estos países? ¿Y cómo afecta a los precios de los fertilizantes el hecho de que un puñado de países controle el mercado mundial?
Como insumos, la producción de fertilizantes no orgánicos requiere grandes cantidades de combustibles fósiles y, por lo tanto, está asociada con una huella de carbono significativa. El amoníaco (NH3) es un precursor de los fertilizantes nitrogenados, y la cantidad total de equivalentes de dióxido de carbono liberados a la atmósfera debido al amoníaco (NH3) La producción es de unas 400 Mt/año, lo que equivale a 1,5 % de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero (Martínez, 2022). Los fertilizantes nitrogenados orgánicos (estiércol, compost, etc.) representan menos del 10% (probablemente bastante menos) del mercado mundial. Aunque son importantes y es probable que su uso aumente, estos productos fertilizantes se enfrentan a retos insuperables a la hora de ampliar su producción e integrarlos en una amplia gama de sistemas de cultivo. Por ello, en mi equipo de investigación estamos buscando en otra dirección una solución viable al reto mundial de los fertilizantes nitrogenados. De hecho, no tenemos que buscar muy lejos, ¡pues es un elemento extremadamente abundante en la atmósfera que nos rodea!
Del gas nitrógeno atmosférico al nitrato en agua activada por plasma (PAW)
Aquí tienes un dato curioso: la atmósfera de la Tierra contiene unos 4.000 billones de toneladas métricas (o 4 × 10¹⁸ kg) de gas nitrógeno (N₂). Mencionamos anteriormente que el consumo anual de fertilizantes a base de nitrógeno es de unos 96 millones de toneladas métricas. Por lo tanto, si convirtiéramos el gas nitrógeno atmosférico en fertilizante, ¿cuántos años de demanda podríamos satisfacer? La respuesta es (4.000 billones dividido entre 96 millones), ¡alrededor de 38 mil millones de años! Así que es una solución de suministro bastante confiable y a largo plazo. Y la forma de aprovechar este enorme recurso, el gas nitrógeno atmosférico, es exponer el aire atmosférico a una carga eléctrica muy alta, porque, como se muestra en la Figura 2, aquí es cuando empieza la magia…!
La atmósfera está compuesta por nitrógeno (N) a 78,11 TP3T2) [y 20,91 TP3T de oxígeno (O2)]. Solo las bacterias fijadoras de nitrógeno asociadas con la zona radicular de las plantas leguminosas son capaces de convertir el nitrógeno atmosférico en amoníaco, el cual se reduce a amonio (NH4+) en el suelo y posteriormente asimilado por las plantas. En términos generales, las plantas pueden asimilar tanto amonio como nitrato (NO3–). Utilizando una tecnología de alta energía, los enlaces covalentes N≡N en el nitrógeno atmosférico y O=O en el oxígeno atmosférico se pueden romper, por lo que las moléculas de nitrógeno y oxígeno se convierten en radicales libres y, por lo tanto, son altamente reactivas. Si, como se muestra en la Figura 2, se inyectan inmediatamente en agua (H2O), luego se genera una amplia gama de compuestos de oxígeno y nitrógeno, incluido el nitrato. Este proceso también cambia muchas otras características del agua, entre ellas: su pH, conductividad y sólidos totales disueltos, y se le denomina “agua activada por plasma” (PAW, por sus siglas en inglés).
El potencial del agua activada por plasma (PAW) y su potencial adopción por parte de los agricultores
La Figura 3 muestra lo que hemos observado en una amplia gama de cultivos: que las plantas tienden a crecer más rápido cuando se riegan con APA. Un cuerpo de literatura cada vez mayor respalda esta observación, y probablemente se deba a una serie de efectos directos e indirectos del APA. Para los lectores interesados en obtener más información sobre estos efectos y los beneficios potenciales del APA, recomendamos nuestro artículo de revisión publicado recientemente (Andrade et al., 2025).
En nuestro artículo de revisión publicado recientemente, descubrimos que los agricultores están ampliamente interesados en esta tecnología innovadora (Eylands et al., 2025), pero no tenemos conocimiento de empresas que vendan agua activada por plasma (PAW). Por lo tanto, los agricultores con un interés serio en esta tecnología pueden considerar la compra de sistemas. Varias empresas ofrecen sistemas comerciales para producir PAW; una simple búsqueda en internet revelará rápidamente sus nombres, y nosotros no nos dedicamos a promover ninguna de ellas en particular. En cuanto a las implicaciones legales de aplicar PAW a los cultivos, hemos investigado las leyes en California. Como las normas y regulaciones ambientales tienden a ser de las más estrictas en EE. UU., pensamos que servirían como indicadores significativos del “panorama legal”.
No existe ninguna ley que prohíba o regule explícitamente el uso de agua activada por plasma (PAW) en la producción de cultivos bajo la normativa vigente. Utilizamos ChatGPT para revisar documentos reglamentarios, de medidas de cumplimiento y científicos disponibles públicamente de los últimos 5 a 10 años, y no encontramos evidencia de ninguna medida de cumplimiento, decisión regulatoria u orientación formal por parte del Departamento de Regulación de Pesticidas de California (DPR) o del Departamento de Alimentación y Agricultura de California (CDFA) que aborde explícitamente el uso de agua activada por plasma en la producción de cultivos. En resumen: no hay indicios de que los reguladores hayan tratado el PAW como un “pesticida” (u otro insumo regulado).
Continuamos con nuestra investigación aplicada sobre PAW, y nuestro sitio web se actualiza regularmente a medida que avanzamos. nuevos resultados. Agradecemos a la American Floral Endowment su apoyo financiero a nuestra investigación, y tenemos muchas ganas de ofrecer futuras actualizaciones, tanto por escrito como a través de la serie de seminarios.
Otras fuentes de financiación incluyen: USDA/Specialty Crop Multi-State Program, NIFA/ORG, USDA/ARS Floriculture, Nursery Research Initiative y Western Sustainable Agricultural Research & Extension (WSARE).
Referencias
Andrade PE, Savi PJ, Almeida FS, Carciofi BA, Pace A, Zou Y, Eylands N, Annor G, Mattson N & Nansen C (2025) Agua activada por plasma como fuente sostenible de nitrógeno: apoyo a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la ONU en la agricultura de ambiente controlado. Crops 5: 35.
Eylands N, Yue C, Wang Y, Kaczmar N, Andrade P, Savi P, Nansen C, Annor G, Carciofi B & Mattson N (2025) Greenhouse and nursery producers have optimistic outlook toward adoption of plasma-activated water in young plant production. HortTechnology 35: 710-718. doi:10.21273/horttech05689-25.
Martinez PL (2022) Análisis tecnoeconómico de una producción solar de amoníaco y fertilizantes: Universidad Técnica de Dinamarca.
Odoms-Young A, Brown A, Agurs-Collins T & Glanz K (2024) Inseguridad alimentaria, entorno alimentario del vecindario y disparidades en salud: estado de la ciencia, brechas de investigación y oportunidades. The American journal of clinical nutrition 119: 850-861.
Statistica (2022) Consumo global de fertilizantes agrícolas de 1965 a 2022, por nutriente, vol. 2025.
