Grãos de ureia revestidos com ácido húmico e processo de obtenção dos mesmos

  • Número do pedido da patente:
  • PI 1101567-5 A2
  • Data do depósito:
  • 17/05/2011
  • Data da publicação:
  • 06/12/2011
Inventores:
  • Classificação:
  • C05C 9/00
    Fertilizantes contendo ureia ou seus compostos;
    ;
    C05C 11/00
    Outros fertilizantes nitrogenados;
    ;

GRÃOS DE UREIA REVESTIDOS COM ÁCIDO HÚMICO E PROCESSO DE OBTENÇÃO DOS MESMOS. Pedido de patente de invenção, relacionado a produto e processo visando diminuição das perdas de N da urela por volatilização. Desenvolveu-se um processo que dá origem a um produto composto pela ureja revestida com ácidos húmicos, sendo este último obtido de carvão vegetal após sua oxidação com ácido nítrico e submetido à solubilização em bases e ácidos-fortes altemadamente. Para o revestimento da ureia com o ácido húmíco é utilizado ilim agente agregante em misturadores rotativos, não só restrito a estes. Esse recobrimento reduz as perdas de N da ureia pela volatilização de NH~ 3~ e promove a liberação mais lenta do nufriente. O presente produto e processo poderão ser utilizados pelas indústrias processadoras de aditivos químicos especificamente as fabricantes de fertilizantes e/ou pelos próprios agricultores.

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Documento

GRÃOS DE UREIA REVESTIDOS COM ÁCIDO HÚMICO E PROCESSO DE

OBTENÇÃO DOS MESMOS

O presente pedido de patente de invenção refere-se ao produto grãos de ureia revestidos com ácido húmico obtido de carvão vegetal e ao processo de obtenção do produto. O produto e processo, objetos de pedido de patente, promoverão o aumento da eficiência agronômica e econômica em relação ao fertilizante ureia convencional. O presente produto e processo poderão ser utilizados pelas indústrias processadoras de aditivos químicos especificamente as fabricantes de fertilizantes e/ou pelos próprios agricultores.

ESTADO DA TÉCNICA

O nitrogênio (N) é o nutriente demandado em maiores quantidades pelas plantas, em função disto é também o nutriente utilizado em maiores quantidades nos sistemas agrícolas. No solo, a lixiviação das formas nitrato (NO3) e amônio (NH4+) promovem perdas significativas do nitrogênio que seriam disponibilizados para as culturas, ocasionando contaminação de águas subterrâneas e eutrofização de lagos e rios. A volatilização de NH3, principalmente do fertilizante ureia, ocasiona grandes prejuízos financeiros e de produtividade. Tanto a lixiviação como a volatilização são intensificados com as grandes quantidades de fertilizantes nitrogenados aplicados nos solos.

A ureia é, atualmente, o principal fertilizante nitrogenado no Brasil, sendo que no ano de 2008 representou 53% dos fertilizantes nitrogenados consumidos no país, e projeta-se que até 2020 haja um consumo três vezes maior. Apesar de sua importância, a eficiência agronômica e econômica do uso da ureia é comprometida pela perda por volatilização de amônia (NH3).

Considerando estes fatos, promover o aumento da eficiência de utilização do fertilizante ureia tem como consequência à redução da necessidade de aplicação de grandes quantidades de fertilizantes no solo, que consequentemente reduzirá os custos gerais com transporte gerados da necessidade de aplicação destes, além de reduzir o potencial de impacto ambiental.

Aumentar a eficiência agronômica da ureia significa reduzir as perdas por volatilização de amônia e promover uma absorção eficiente do nutriente pelas raízes das plantas, isto é possível com a liberação lenta da ureia para o solo, assim, as plantas terão acesso ao nutriente durante todo o seu desenvolvimento.

A forma mais eficiente para diminuir as perdas por volatilização seria a incorporação da ureia no solo, no entanto, é uma prática economicamente inviável, principalmente em sistemas conservacionista, como o plantio direto, uma vez que a palhada da cultura anterior sobre o solo dificulta a incorporação de fertilizantes no solo.

Existe no mercado ureia tratada com inibidor da uréase, o NBPT (tiofosfato de N-n-butiltriamida ou N-n-butiltriamida do ácido tiofosfórico), que retardando a hidrólise da ureia diminui a volatilização de amônia. No entanto, existe uma série de desvantagens de seu uso, pois tal composto é obtido por meio de métodos de produção caros, depois de adicionado à ureia o NBPT tende a perder eficiência com o tempo de armazenamento, tem sua vida efetiva comprometida pela suscetibilidade à hidrólise, sua eficiência é também influenciada pelas condições ambientais e pelas características físico-químicas do solo, limitando o controle nas perdas de NH3.

Em busca realizada no Banco de Patentes Nacional foram encontrados alguns documentos relacionados ao presente pedido de patente de invenção, os mesmos são apresentados a seguir.

O pedido de patente PI0705580-3 se refere a uma mistura de ureia com argilominerais da família do caulim e polímeros biodegradáveis de origem natural, natural modificado e/ou sintética, para promover a liberação lenta da ureia para o solo. Este produto apresenta a desvantagem de utilizar no processo argilominerais, um produto obtido através da exploração de recursos naturais, que inevitavelmente terá seu custo ambiental e consequentemente está na contramão da sustentabilidade. Enquanto o presente pedido de patente utiliza substâncias húmicas obtidas de carvão vegetal para serem misturados ou utilizados recobrindo os grânulos de ureia. O carvão vegetal é um produto renovável e com uma cadeia produtiva bem estabelecida, podendo ser obtido sem nenhum dano ambiental. O uso dessas substâncias húmicas obtidas de carvão vegetal, além de promover liberação lenta da ureia para o solo, diminui a volatitização de amônia para a atmosfera.

O pedido de patente PI0105129-6 trata da “Industrialização e utilização do ácido húmico extraído do carvão mineral, como fertilizante em práticas agrícolas” e a patente PI0001701-9 refere-se ao “Processo de produção de substâncias húmicas a partir de carvão mineral, para uso como fertilizante líquido na agricultura e ácido húmico sólido para tratamento de águas residuais”. Ambos pedidos de patente utilizam carvão mineral, uma fonte não renovável e que apresenta exploração com grande impacto ambiental e com grandes custos econômicos, para obtenção do ácido húmico, o que não justificaria o seu uso, enquanto o presente pedido de patente utiliza carvão vegetal, uma fonte renovável, muito disponível e sustentável, para obtenção do ácido húmico. Ambos pedidos de patentes também se referem ao uso in natura do ácido húmico, enquanto o presente pedido de patente trata do seu uso para o recobrimento ou misturados aos grânulos de ureia, onde irão atuar na redução da volatilização de amônia e liberação lenta de nitrogênio, reduzindo as perdas de nitrogênio e promovendo maior eficiência no uso do nutriente, e consequentemente na necessidade de aplicação de menores doses de ureia no solo para as culturas.

O pedido de patente PI0315622-2 se refere a um processo para a preparação de um resíduo sólido de carvão vegetal em que se usa um aparato muito complexo para aproveitamento dos gases produzidos durante a produção do carvão que irão combinar com a amônia (NH3) produzida simultaneamente, e com a posterior deposição dos compostos de nitrogênio formados no material carbonáceo. Este processo propicia a obtenção de um fertilizante de liberação lenta, diferentemente do objeto de pedido de patente que se refere a uma simples transformação no carvão vegetal para obtenção dos ácidos húmicos e seu posterior uso para recobrimento ou mistura aos grânulos de ureia, propiciando a liberação lenta do nutriente e redução nas perdas de nitrogênio para a atmosfera.

Em busca realizada no Banco de Patentes dos Estados Unidos foi encontrado um documento que também se relaciona ao presente pedido de patente de invenção, o mesmo é apresentado a seguir.

O pedido de patente US 4396733 intitulado “Stabilized azulmic acids, processes for their preparation and their use” refere-se a utilização de compostos de carbonos como fonte para preparação dos “azulmic acids”, como denominado no referido documento, e dos processos para obtenção do produto. A obtenção dos “azulmic acids” se dá basicamente pela solubilização dos compostos de carbono em ácidos e bases. Quanto à utilização do produto a que se refere o pedido de patente presente no banco de patentes do EUA, há a proposição de seu uso para os mais variados fins, como complexante de metais, trocadores de íons, catalisadores químicos, além da utilização como agroquímicos, sendo possível seu uso como fertilizantes. No entanto, os atuais produto e processo objetos de pedido de patente referem-se ao uso dos ácidos húmicos obtidos de carvão vegetal para aumentar a eficiência agronômica e econômica do fertilizante ureia por meio da redução das perdas por volatilização de amônia.

A redução da volatilização e a liberação lenta da ureia, proporcionadas pelos ácidos húmicos, são explicadas pelas suas características físico-químicas como a elevada acidez, poder tamponante, a alta Capacidade de Troca Catiônica (CTC) e o caráter hidrofóbico.

A elevada acidez e o poder tamponante dos ácidos húmicos reduzem a atividade da uréase, resultando na conversão mais lenta da ureia em NH3, evitando seu acúmulo e posterior volatilização, o H+ que confere a acidez dos ácidos húmicos pode ser utilizado para a conversão do NH3 a NH4+, forma absorvida pelas plantas. Por sua vez, o NH4+ formado pode ser retido na CTC dos ácidos húmicos diminuindo os riscos de lixiviação para camadas mais profundas do solo, longe do alcance das raízes das plantas, e de atingir lençóis freáticos. A liberação mais lenta da ureia revestida ou mistura com os ácidos húmicos se dá pelo caráter hidrofóbico desses compostos, atrasando a solubilização da ureia e consequente disponibilização para o solo.

O ácido húmico, como subproduto após a hidrólise da ureia, é uma fonte de carbono e que irá interagir com a matéria orgânica do solo, sem nenhum dano ambiental. Pelo contrário, contribuindo para os benefícios que o aumento no teor de carbono propicia ao solo, como: melhor estruturação, aumento da

CTC, aumento na retenção de umidade, diminuição da disponibilidade de metais tóxicos para as plantas.

O presente pedido de patente objetiva originar grãos de ureia revestidos com ácido húmico obtido de carvão vegetal, além de objetivar o processo de 5 fabricação desse produto, com o intuito de reduzir as perdas por volatilização de amônia e promover a liberação lenta da ureia para o solo.

DESCRIÇÃO DA FIGURAS

A figura 1 corresponde a um gráfico indicando os teores de N-NH3 volatilizado em relação à dose de N aplicada (g kg1) ao solo por meio de 10 grânulos de ureia sem revestimento e revestida com ácido húmico obtido de carvão de eucalipto, em um sistema fechado e dinâmico de captura de NH3.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Obtenção do Ácido Húmico originário de carvão vegetal

A obtenção dos ácidos húmicos obtidos de carvão vegetal se dá pela 15 adição de HN03 (2 a 5 mol L'1) ao carvão vegetal, produzido entre 300 e 500 °C, finamente moído, aquecendo esta mistura (carvão + HNO3) até a ebulição e mantida sob refluxo de 3 a 6 horas, com posterior repouso na temperatura ambiente. O material decantado, após descarte do sobrenadante, é dissolvido em uma base forte, podendo ser hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio, 20 para manter a mistura em pH em tomo de 8 e 12. Esta mistura é mantida em repouso entre 6 e 12 horas e acidificada com um ácido forte como, por exemplo, o H2S04 para pH entre 1 e 4. O material resultante é centrifugado para decantação e o sobrenadante descartado. O material resultante é submetido à diálise, quando utilizado hidróxido de sódio, ou ser diretamente 25 secado em estufa, quando utilizado hidróxido de potássio. Logo após, o composto originado, denominado ácido húmico é armazenado adequadamente.

Obtenção do Produto

Um agente agregante, como por exemplo, o óleo vegetal, é misturado à ureia na proporção de até 1 % de seu peso. Logo após, o ácido húmico obtido de carvão vegetal, como por exemplo, de eucalipto, após ser finamente moído, é adicionado à ureia mais o agente agregante na proporção entre 5 e 25 %, 5 promovendo sua mistura em misturadores rotativos, ou qualquer outro capaz de realizar uma mistura homogênea. Entre 15 e 60 minutos, é obtido o produto ureia revestida com ácido húmico obtido de carvão vegetal.

EXPERIMENTO DE DEMONSTRAÇÃO

Grânulos de ureia revestidos com o ácido húmico obtido de carvão 10 vegetal foram comparados com grânulos de ureia simples, ou seja, sem o revestimento e como é comercializado, quanto à volatilização de amônia. Foi observado que a ureia revestida com ácido húmico obtido de carvão vegetal (de eucalipto) obteve uma volatilização de amônia 42,6 % menor que a ureia comercial (Tabela 1.), valor este estatisticamente diferente pelo teste de Tukey 15 a 10 % de significância.

Tabela 1. Quantidade total de N-NH3 volatilizada em relação ao N aplicado (g kg ~1) por meio de grânulos de ureia sem revestimento e revestida com ácido húmico obtido de carvão vegetal, durante 240 h, em um sistema fechado e dinâmico de captura de NH3.

Tratamento

N-NH3 volatilizado

g kg1 de N-NH3

Ureia perolada

57,90

Ureia -AH

33,25

Ureia - AH = ureia revestida com ácido Húmico

Além disso, observou-se que o recobrimento da ureia com ácido húmico resultou em um atraso no pico máximo de volatilização, como pode ser visto na figura 1. Isto é devido à liberação mais lenta do nutriente para o solo, fato esse de extrema importância, pois a liberação lenta do nutriente propicia uma 20 nutrição da planta mais eficiente e menores chances de perdas além da volatilização, como a lixiviação de NH4+ ou N03', ou a desnitrificação.

A menor volatilização de NH3 da ureia revestida com o AH obtido de carvão vegetal é explicada pelo fato de o AH apresentar um baixo pH e uma capacidade de troca catiônica (CTC) elevada. O pH apresentado pelo AH foi de 1,82 e a CTC foi de 440 cmolc kg'1, sendo 320 cmolc kg"1 referente a grupos carboxílicos e 120 cmolc kg'1 grupos fenólicos.

O baixo pH do ácido húmico não favorece a atividade da enzima uréase, resultando em uma baixa taxa de liberação de NH3, o que não favorecerá a saturação do solo ao redor do grânulo com a NH3 e sua consequente volatilização, como acontece com a ureia comercial, a NH3 será então convertida a NH4\ forma retida no solo ou absorvida pelas plantas. Além disso, o baixo pH aliado com o poder tampão do AH, conferido pela faixa ampla de dissociação de grupamentos funcionais (principalmente carboxílicos) limita a elevação do pH devido a hidrólise da ureia e cria condição favorável para formação do NH4+ e a retenção no complexo de troca (CTC) dos ácidos húmicos. Este fato é interessante, pois com o NH4+ retido no ácido húmico, além de limitar as perdas por volatilização também limita as perdas por lixiviação, evitando a contaminação de lençóis freáticos. Assim, o nutriente estará disponível para as plantas por um maior período de tempo.

O atraso no pico de volatilização da ureia revestida com AH se deu pela solubilização mais lenta da ureia, decorrente do caráter hidrofóbico de algumas regiões dos AH e da própria barreira física. Foi observado que a ureia recoberta com os AH persistia visível no solo até 10 h após a aplicação. A ureia sem o revestimento desapareceu após 3 horas de aplicada ao solo. Com a solubilização mais lenta as reações da ureia com o solo sofrem certa limitação, o que reflete em uma taxa mais lenta de liberação do nutriente para as plantas.

O fertilizante ureia quando recoberto com ácidos húmicos obtidos a partir de carvão vegetal traz benefícios como redução nas perdas de nitrogênio por volatilização de amônia, reduz os riscos de lixiviação do nutriente, aumentado a eficiência agronômica e econômica do fertilizante, além do produto objeto do presente pedido de patente servir com fonte de carbono para o solo.

REIVINDICAÇÕES

1    “Grãos de ureia revestidos com ácido húmico e processo de obtenção dos mesmos”, caracterizado por compreender ureia associada a um agente agregante tipo óleo vegetal, não só restrito a este, na proporção de até 1% de seu peso, e ácido húmico na proporção entre 5 e 25 % obtido de carvão vegetal moído;

2    “Grãos de ureia revestidos com ácido húmico”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ácido húmico oriundo de carvão vegetal de eucalipto, não só restrito a este;

3    “Grãos de ureia revestidos com ácido húmico”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por propiciar a liberação lenta de nutriente e reduzir as perdas de nitrogênio para a atmosfera;

4    “Processo de obtenção de grãos de ureia revestidos com ácido húmico definidos nas reivindicações 1 a 3”, caracterizado por adicionar HNO3 (2 a 5 mol L'1) ao carvão vegetal, produzido entre 300 e 500 °C, finamente moído, aquecendo esta mistura (carvão + HNO3) até a ebulição e mantida sob refluxo de 3 a 6 horas, com posterior repouso na temperatura ambiente, seguida da decantação do material, sendo descartado o sobrenadante e o material restante dissolvido em uma base forte, podendo ser hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio para manter a mistura em pH em torno de 8 e 12, mantendo esta mistura em repouso entre 6 e 12 horas e acidificada com um ácido forte, como o H2SO4, não só restrito a este, para pH entre 1 e 4, centrifugando o material resultante para decantação e descarte do sobrenadante, sendo o material resultante submetido à diálise, quando utilizado hidróxido de sódio, ou diretamente secado em estufa, quando utilizado hidróxido de potássio, em seguida o ácido húmico originado é armazenado e posteriormente adicionado, na proporção entre 5 e 25%, à ureia mais um agente agregante, como óleo vegetal, não só restrito a este, na proporção de até 1 % de seu peso;

5 “Processo de obtenção de grãos de ureia revestidos com ácido húmico definidos nas reivindicações 1 a 3”, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por formar uma mistura homogênea realizada em misturadores rotativos, não só restrito a estes, entre 15 e 60 minutos.

FIG.1

RESUMO

“GRÃOS DE UREIA REVESTIDOS COM ÁCIDO HÚMICO E PROCESSO DE OBTENÇÃO DOS MESMOS”. Pedido de patente de invenção, relacionado a produto e processo visando diminuição das perdas de 5 N da uréia por volatilização. Desenvolveu-se um processo que dá origem a um produto composto pela ureia revestida com ácidos húmicos, sendo este último obtido de carvão vegetal após sua oxidação com ácido nítrico e submetido à solubilização em bases e ácidos fortes alternadamente. Para o revestimento da ureia com o ácido húmico é utilizado um agente agregante em misturadores 10 rotativos, não só restrito a estes. Esse recobrimento reduz as perdas de N da ureia pela volatilização de NH3 e promove a liberação mais lenta do nutriente. O presente produto e processo poderão ser utilizados pelas indústrias processadoras de aditivos químicos especificamente as fabricantes de fertilizantes e/ou pelos próprios agricultores.