Fertilizantes especiais, muito além dos nutrientes

Desde os primórdios da agricultura, os seres humanos buscaram maneiras de melhorar o solo para otimizar a produção de alimentos. No entanto, foi no século XIX que o desenvolvimento da indústria química trouxe uma revolução nesse campo. Os fertilizantes tornaram-se mais acessíveis e eficientes, permitindo um aumento significativo na produção agrícola.

Ao longo do tempo, a pesquisa e a inovação continuaram a aprimorar esses insumos, culminando no surgimento de fertilizantes fluidos especiais que não mais eram aplicados somente ao solo, mas diretamente sob as plantas.

Estes produtos são formulados com o propósito de fornecer não apenas os elementos essenciais para o crescimento das plantas, mas também uma série de benefícios adicionais que contribuem para a saúde, produtividade e sustentabilidade dos cultivos, quando aplicados diretamente nas folhas das plantas.

Diferenciando-se dos fertilizantes convencionais, que geralmente visam repor macronutrientes como nitrogênio, fósforo e potássio, os fertilizantes especiais incluem uma variedade mais ampla de nutrientes e compostos orgânicos, bem como aditivos e bioestimulantes que promovem o desenvolvimento vegetal de forma abrangente, tanto pela raiz quanto pelas folhas.

Um aspecto fundamental dos fertilizantes especiais é sua capacidade de fornecer micronutrientes, como cobre, ferro, zinco, manganês, molibdênio, boro e outros mais, em concentrações adequadas e formas químicas facilmente absorvíveis pelas folhas das plantas. Estes micronutrientes desempenham papéis vitais em processos metabólicos e sua deficiência pode resultar em sintomas de estresse e redução da produtividade.

Além disso, muitos fertilizantes especiais de uso foliar contêm compostos orgânicos e bioestimulantes que estimulam o crescimento, aumentam a absorção de nutrientes e melhoram a resistência das plantas a doenças e estresses ambientais. Esses bioestimulantes podem incluir extratos de algas marinhas, ácidos húmicos e fúlvicos, aminoácidos, vitaminas e hormônios vegetais, que atuam sinergicamente para promover um desenvolvimento vegetal equilibrado e saudável.

Os fertilizantes especiais, incluindo aqueles de uso foliar, representam uma abordagem inovadora e holística para o manejo nutricional das culturas. Ao fornecer uma ampla gama de nutrientes, compostos orgânicos e bioestimulantes diretamente nas folhas das plantas, esses produtos ajudam a promover um crescimento saudável, aumentar a produtividade agrícola e reduzir os impactos ambientais da agricultura.

Entretanto, desenvolver produtos comerciais que agreguem todas essas propriedades, não é algo trivial, pois depende do conhecimento nas áreas de química, engenharia, física, fisiologia vegetal, técnicas de aplicação e principalmente, combinar todas essas áreas que é o grande desafio. O objetivo deste texto é discutir as principais características de um fertilizante especial e os aditivos utilizados para elevar a tecnologia agrícola e suas interfaces. Sem a pretensão de classificar os produtos como fertilizantes ou biofertilizantes como enquadrado no MAPA.

 

Fatores para desenvolvimento de produto

 

Desenvolver um produto agrícola bem-sucedido e sustentável, requer uma análise criteriosa e integrada de diversos fatores técnicos que interagem entre si. Vamos explorar mais detalhadamente cada um desses fatores:

 

 

Viabilidade Econômica:

A viabilidade econômica de um produto agrícola é determinada pela avaliação de seus custos e benefícios financeiros ao longo do ciclo de vida do produto. Isso envolve não apenas os custos diretos de produção, como materiais e mão de obra, mas também os custos indiretos, como transporte, armazenamento e marketing. Além disso, é necessário considerar a precificação competitiva do produto no mercado, levando em conta fatores como demanda, concorrência e valor percebido pelos clientes. A análise do retorno sobre o investimento (ROI) é fundamental para determinar se o projeto é financeiramente viável e se trará lucro sustentável a longo prazo.

 

Eficiência Agronômica:

A eficiência agronômica refere-se à capacidade do produto agrícola de promover o crescimento, saúde e produtividade das plantas de forma eficaz e sustentável. Isso envolve a seleção e formulação adequada de nutrientes, fertilizantes, pesticidas e outros insumos agrícolas, levando em consideração as necessidades específicas das culturas e das condições do ambiente de cultivo. Além disso, é importante garantir a segurança e a não toxicidade dos produtos, tanto para as plantas quanto para o meio ambiente, minimizando os impactos adversos sobre a biodiversidade e os ecossistemas.

 

Tecnologia em Formulação:

A tecnologia em formulação desempenha um papel fundamental no desenvolvimento de produtos agrícolas inovadores e eficazes. Isso envolve a pesquisa e desenvolvimento de formulações químicas avançadas, que possam melhorar a eficácia dos produtos, reduzir sua toxicidade e minimizar seus impactos ambientais. Além disso, a tecnologia em formulação permite a personalização dos produtos de acordo com as necessidades específicas de cada cultura e ambiente de cultivo, otimizando assim sua eficácia e sua segurança. A tecnologia visa também a longevidade do produto e seus bioativos, otimizando custos de transporte e embalagens.

 

Escalabilidade Industrial:

A escalabilidade industrial refere-se à capacidade de produzir em larga escala sem comprometer a qualidade do produto ou aumentar significativamente os custos de produção. Isso envolve a otimização dos processos de produção, a seleção adequada de equipamentos e tecnologias de fabricação, e o gerenciamento eficiente dos recursos humanos e materiais. Além disso, é necessário garantir a conformidade com as regulamentações e normas de qualidade, segurança e sustentabilidade, para assegurar a consistência e a confiabilidade do produto em todas as etapas da cadeia de produção.

 

Responsabilidade Social e Ambiental:

A responsabilidade social e ambiental é um aspecto cada vez mais importante no desenvolvimento de produtos agrícolas e nas pautas de gestão empresarial. Isso envolve a consideração dos impactos sociais e ambientais do produto ao longo de todo o seu ciclo de vida, desde a extração e produção de matérias-primas até o descarte e reciclagem dos resíduos. É fundamental garantir que o produto seja produzido de forma ética e responsável, respeitando os direitos dos trabalhadores, as comunidades locais e o meio ambiente. Isso inclui a adoção de práticas agrícolas sustentáveis, a redução do uso de recursos naturais não renováveis, a promoção da biodiversidade e a minimização da poluição e dos resíduos.

A integração eficaz desses fatores técnicos, é essencial para o desenvolvimento de novos produtos agrícolas atualmente, que atendam às demandas do mercado de forma sustentável, segura e economicamente viável.

 

 

Formulação de fertilizantes especiais e biofertilizante

 

A formulação de fertilizantes especiais precisa considerar fatores técnicos, que vão desde a escolha da matéria prima, o custo da formulação, do processo produtivo, a estabilização da solução e seu desempenho de aplicação, para tanto, essas etapas dependem de aspectos químicos que podem ser sistematizados em 5 pilares: 1) Fonte base do nutriente; 2) Aditivos de performance; 3) Aditivos metabólicos; 4) Bioestimulantes e 5) Aditivos de produtos.

Esses pilares visam a formulação de produtos modernos com funções adicionais ao fornecimento de nutrientes, mas auxiliam na melhora da eficiência de aproveitamento, a compatibilidade do fertilizante com outros insumos agrícolas, aspectos fisiológicos benéficos à planta, além de outras propriedades sinérgicas ao aumento da produtividade.

Para tanto, uma nova fórmula deve partir de perguntas como: A qual cultura o produto será aplicado? Qual o estádio fenológico de aplicação? Como este produto vai atender aos fatores de desenvolvimento da planta?

Perguntas estas elencadas pelo agrônomo que muitas vezes solicita produtos com características específicas. Definido quais nutrientes e bioativos necessários, inicia-se o desenvolvimento do produto, que considera 5 pilares:

 

Fonte do Nutriente:

 

 

A escolha da melhor fonte de nutrientes dependerá da definição das características do produto a ser desenvolvido, devendo ser avaliado fatores como: as fontes existentes no mercado; se são fontes solúveis ou insolúveis; a concentração do nutriente na fonte; se são fontes salinas (sulfatos, cloretos, nitratos, entre outros.) ou complexas (quelatos, nanopartículas, etc.); se fornecem mais de um nutriente ou possuem propriedades interessantes para o processo (ex. acidificante, alcalinizantes, tampão, etc.).

Em um fertilizante, os nutrientes se encontram em maior proporção, sendo o componente majoritário na maioria das vezes, e saber qual fonte nutricional utilizar é uma decisão importante a ser tomada.

A escolha da fonte dos nutrientes, define características como a taxa de absorção, a formação de precipitados, reações indesejadas na calda ou sob a superfície das folhas. Como exemplo, fontes solúveis são mais absorvidas pelas plantas que as insolúveis, devido ao tamanho das partículas e também pela mobilidade, entretanto, íons em solução quando em concentrações excessivas podem produzir efeitos fitotóxicos, com a queima das folhas devido a salinidade elevada, e também em calda, essas espécies iônicas podem facilmente formar compostos insolúveis, precipitando durante a mistura. Em contrapartida, as fontes insolúveis, podem atuar com uma fonte de liberação lenta, no qual o fornecimento do nutriente se dá distribuído por um maior intervalo de tempo, o que pode ser interessante para algumas culturas de ciclo mais longo.

Nutrientes na forma de quelatos tem preço maiores que as fontes salinas, entretanto, para algumas aplicações sua escolha é fundamental, um exemplo clássico é o elemento ferro, no qual a forma absorvível pelas plantas tem estado de oxidação 2+, quando aplicado na forma de sais esse elemento pode facilmente ser oxidado a Fe³⁺ devido o oxigênio dissolvido na água ou a agentes oxidantes presentes na solução. Na forma 3+ o ferro, rapidamente precipita como hidróxido férrico, composto com solubilidade muito baixa, ficando indisponível para as plantas. Efeitos similares podem ocorrer com os outros micronutrientes como Cu, Zn e Mn. Nesse contexto, quando avaliamos a eficiência de aproveitamento, apesar dos quelatos serem mais caros que os sais, sua estabilidade redox torna-se vantajosa.

Atualmente o custo do transporte tem uma relevância grande no preço do produto, portanto, ter fertilizantes com maior concentração tem vantagens, tanto para a indústria quanto para o consumidor, porque a relação concentração por volume, aumenta a eficiência logística da distribuição. Entretanto, produzir produtos com concentração elevada, conduz a produtos supersaturados, usualmente suspensões, que tem diversos problemas de estabilidade como a formação de cristais, sedimentação, empedramento e sinérese, necessitando que aditivos como agentes dispersantes, espessantes e surfactantes sejam utilizados para compatibilizar a mistura. Algo não trivial, uma vez que estes aditivos usualmente não são desenvolvidos para serem utilizados em soluções com força iônica elevadíssima ou com carga de sólidos que pode atingir mais de 50% do produto.

Olhar o processo também é importante na escolha das fontes, uma vez que o produto escolhido pode não ser o mais apropriado, por exemplo, em um produto que pretende fornecer além dos nutrientes, também proporcionar a acidificação da calda, usualmente um produto desse tipo contém algum agente acidificante em elevada concentração, conduzindo o pH a zero muitas vezes. Nessa condição de pH por exemplo, não faz sentido utilizar uma fonte quelatizada, uma vez que a ligação entre o metal e o ligante será desfeita, podendo até mesmo causar a precipitação do agente ligante, como exemplo o EDTA, que nessa faixa de pH é insolúvel. Outro exemplo de escolha da fonte correlacionada ao processo, são o uso de fontes baseadas em óxidos, que usualmente são mais baratas, entretanto, em sua grande maioria, tem baixa solubilidade em água, podendo inviabilizar produtos foliares. Entretanto, esses óxidos são solúveis em ácido, podendo ser solubilizados pela acidez de uma outra fonte como por exemplo o ácido fosfórico (P₂O₅), sulfúrico (S) ou ácido nítrico (NO ^–). Claro que essa reação necessitará de reatores apropriados, mas pode reduzir custos e ampliar as alternativas de fontes.

Em síntese, a definição da melhor fonte, precisa considerar não somente a formulação do produto, mas também como será utilizado e quais os efeitos desejados, o que faz toda a diferença na eficiência agronômica.

 

Aditivo de Performance:

 

 

Além da escolha adequada da fonte nutricional, os fertilizantes especiais, utilizam também aditivos de performance, que tem como objetivo melhorar a probabilidade de absorção dos nutrientes. Essa melhor eficiência pode ser obtida por uma aplicação mais eficientes, no qual a adição de um modificador reológico altera o tamanho das gotículas no sistema de pulverização, reduzindo a deriva da aplicação; ou pela adição de elementos adjuvantes que melhoram a eficiência de absorção do nutriente principal, tais como os surfactantes ou umectantes que melhoram o espalhamento do produtos sobre as folhas, compostos deliquescentes que reduzem a evaporação acelerada do solvente; hidrolisados proteicos e polímeros policarboxilatos que melhoram a retenção da água; ou compostos que facilitam a entrada dos nutrientes como os complexantes como aminoácidos, substâncias fúlvicas, húmicas e quelantes.

Os modificadores reológicos atuam primordialmente como espessantes, modificando a viscosidade de produtos, usualmente em suspensão, tendo como função mais importante manter em suspensão/dispersão do material sólido, evitando a sedimentação e fenômenos secundários como a cristalização e a sinérese. Usualmente os agentes reológicos vem acompanhados de agentes dispersantes, que tem como função interagir com as partículas sólidas e o solvente, evitando a formação de aglomerados. Atualmente as gomas, polímeros a base de grupos acrilatos, policarboxílicos e silicatos, são os modificadores reológicos mais comumente utilizados. A modificação da tensão superficial das soluções, influencia diretamente também em propriedades como tamanho da gota no sistema de pulverização, podendo minimizar efeitos de deriva, e a melhora na homogeneidade das soluções.

Uma outra propriedade química a ser considerada é a polaridade das moléculas utilizadas como aditivos de performance, por exemplo, óleos, com caráter apolar, podem ser utilizados como um excelente aditivo de melhora de adesão às folhas, devido sua melhor interação como a fração hidrofóbica das folhas, entretanto, este possui baixa afinidade a fração aquosa do produto, separando fase e descaracterizando a solução. Para evitar esse fenômeno, e produzir uma solução homogênea, se faz necessário o uso de surfactantes que farão a ponte entre as frações de polaridades opostas. Essa interação é particularmente importante, para aditivos como estimuladores de crescimento, moléculas mitigadoras de estresse edáficos, e produtos protetivos, que em sua grande maioria são macromoléculas com polaridades diversas. Em misturas de calda em que juntamente ao fertilizante são adicionados variados defensivos agrícolas, esses agentes são mais importantes ainda.

Para que a eficiência de absorção dos nutrientes seja mais elevada, é necessário que o tempo de contato do elemento químico com a folha seja o maior possível, entretanto, não basta ele estar sobre a folha, é necessário que esteja disponível para absorção solubilizado em um solvente. Devido aos tamanhos diminutos das gotículas, associado a um clima quente e seco, o tempo de exposição na forma de uma solução, pode ser pequena. Visando minimizar esse problema, aumentando o tempo de gota sobre a folha, podem ser adicionados produtos umectantes, que reduzem a taxa de evaporação do produto e melhoram o tempo de exposição, consequentemente a eficiência de absorção. Compostos como a glicerina, propilenoglicol, alcoóis etoxilados, sorbitol, etc, são exemplos de aditivos utilizados para essa função.

Muitos compostos adicionados para melhorar a performance, tem duas ou mais funções, tais como as substâncias húmicas-fúlvicas e aminoácidos, que além de atuarem como interface de moléculas de polaridade divergentes, atua também como bioestimulante e umectante. Ou os umectantes como glicerina e propilenoglicol atuam também na viscosidade das soluções.

 

Aditivo Metabólico:

 

 

O terceiro conjunto de aditivos a serem considerados nos fertilizantes especiais, são os chamados aditivos metabólicos, que tem como função influenciar no crescimento, desenvolvimento e reprodução das plantas. Dentre esses processos metabólicos podemos citar os metabolismos de carboidratos, lipídios e proteínas; a absorção de nutrientes; os mecanismos de defesa, armazenamento de energia e sinalização celular.

 

Exemplo de produtos que influenciam os processos metabólicos das plantas são os aminoácidos, as substâncias húmicas e fúlvicas, os extratos de algas, hidrolisados protéicos e os lignosulfonatos.

Estes produtos são fontes naturais de agentes complexantes-quelantes, podendo em sua estrutura molecular reter nutrientes, assim como estruturas moleculares estimulantes como enzimas, hormônios e vitaminas. Atuam como estrutura protetiva a estas moléculas evitando que sejam inativadas ou decompostas.

Aditivos como as substâncias húmicas e os extratos de algas como a Kappaphycus alvarezii, Ascophyllum nodosum e Ecklomia máxima são matrizes orgânicas, com composição química complexa como macromoléculas conjugadas a aminoácidos, oligossacarídeos, hormônios vegetais, estruturas derivadas da lignina e celulose e outras moléculas diversas.

O uso dos aditivos metabólicos têm demonstrado resultados diversos, tais como na melhora da germinação de sementes, no vigor das plântulas, na produtividade e qualidades dos frutos, além de benefícios na mitigação de estresses abióticos, responsáveis por grandes perdas na produção, tais como seca, calor, radiação solar, salinidade e geadas, e também bióticos como maior resistência à doença, a nematóides e a pragas.

 

Bioestimulante

 

 

O quarto pilar é complementar ao anterior, os aditivos metabólicos, no qual vimos que os produtos como aminoácidos, substâncias húmicas, extratos de algas tem além das características quelantes, possui a presença de biomoléculas estimulantes que são benéficas ao desenvolvimento vegetal. Entretanto, os teores destes estimulantes são os presentes naturalmente nestas matérias-primas, muitas vezes em quantidade pequena ou inexistente.

A adição de formas sintéticas destes estimulantes com os hormônios (ácido indolacético, ácido indolbutírico, ácido 1-naftalenacético, ácido giberélico, ácido abscísico e N6-furfuriladenina), enriquecem o produto, elevando a qualidade do fertilizante formulado e consequentemente a produtividade agrícola.

O desafio deste aditivo, é a manutenção da bioatividade destas moléculas no produto a longo prazo, devendo ser considerado sempre a combinação com matrizes protetivas como os aminoácidos, substâncias húmicas e extratos de algas.

 

Aditivo de produto:

 

 

O quinto pilar são os denominados aditivos de produto, no qual visão a melhoria dos aspectos estéticos, da manutenção das características do produto ao longo do prazo de validade e também com foco na recomendação de uso. Os principais aditivos dessa categoria, são os antibióticos, antiespumantes, corantes, agentes estabilizantes, anticongelantes ou de cristalização, corretivos de pH e em alguns casos, condicionadores para calda.

Produtos naturais orgânicos tem grande propensão de ter atividade microbiológica, o que pode ocasionar problemas em longos prazos de armazenamento, como fermentações, produção de colônias ou subprodutos indesejados, tornando-se quase obrigatório o uso de antibióticos quando utilizado aditivos como as substâncias húmicas ou extratos de algas.

Outros aditivos como o EDTA são utilizados para complexar íons de metais livres em solução, impedindo que estes atuem como agentes catalisadores de reações redox ou de quebra de moléculas orgânicas como os óleos e bioativos.

Vários dos aditivos de produto tem função não diretamente no produto, mas no preparo do produto para a aplicação, a chamada calda de mistura, no qual muitas vezes necessita de agitação e a presença de um antiespumante é fundamental para a boa homogeneização, ou quando a calda é misturada a defensivos agrícolas que somente funcionam em uma faixa de pH específico, como exemplo o glifosato que necessita que o pH esteja abaixo de 4,0. Neste caso, ter uma agente acidificante no fertilizante, auxiliar possíveis incompatibilidades entre os produtos.

 

 

Considerações Finais

 

A formulação de fertilizantes foliares especiais é uma ciência multidisciplinar, que envolve conceitos da química, da engenharia de produção, da biologia, das ciências econômicas, da física e principalmente das ciências agrárias. Todas estas ciências contribuem com uma parte do todo, e se tornam muito importantes para o aumento da produtividade agrícola, que a cada ano supera as expectativas do setor.

Conhecer os aspectos de demanda do campo e levar até o laboratório é o caminho para o desenvolvimento de produtos cada vez mais específicos, e as empresas terem a capacidade de ofertar produtos dedicados que atendam múltiplas necessidades, será o grande desafio do diferencial competitivo do setor. A necessidade de rápida adaptação das indústrias produtoras de fertilizantes às novas tecnologias, com exemplo os drones agrícolas ou dos defensivos biológicos, já são necessidades a serem atendidas pelo setor atualmente.

Ter produtos que consigam embarcar toda a tecnologia de eficiência nutricional existentes e que estão sendo desenvolvidas, e que sejam perfeitamente compatíveis com as novas tecnologias, é o grande desafio a ser enfrentado no cenário a médio e curto prazo.