Tornando o nitrato de amônio mais seguro hoje para um amanhã melhor

O nitrato de amônio (NA) é um composto químico amplamente utilizado com várias aplicações importantes. Como fertilizante, ajuda a alimentar bilhões de pessoas. É também o principal componente em muitos tipos de explosivos de mineração, onde é misturado com óleo combustível e detonado por uma carga explosiva. O aumento das atividades agrícolas globais, combinado com a crescente demanda por nitrato de amônio e óleo combustível (ANFO), significa que o mercado de nitrato de amônio deve crescer a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de pelo menos 4% nos próximos 5 anos. No entanto, a natureza potencialmente explosiva do nitrato de amônio (e o potencial para seu uso indevido) significa que fabricantes, vendedores e usuários deste composto precisam atender aos avisos de segurança ou arriscar um desastre.

Como podemos continuar a colher os benefícios deste composto versátil enquanto minimizamos os riscos associados ao seu uso? Neste artigo, discutiremos as principais lições da catastrófica explosão de nitrato de amônio em Beirute em 2020 e como outras explosões podem ser evitadas.

Nitrato de amônio – um mercado em ascensão

O mercado de nitrato de amônio está em trajetória ascendente, com relatórios recentes estimando um tamanho de mercado de 24 bilhões de dólares até 2026. Esse aumento no valor de mercado foi catalisado pelo crescimento populacional, criando uma demanda maior por suprimentos alimentares e imóveis. Por coincidência, o nitrato de amônio é um recurso valioso para ambas as indústrias.

O nitrato de amônio é um fertilizante popular já que o nitrogênio é um componente chave das duas partes do composto: NH₄ (amônio) e NO₃ (nitrato). As plantas não apenas podem acessar o nitrogênio diretamente da forma de nitrato do composto, mas a fração de amônio também pode ser gradualmente convertida em nitrato por microrganismos do solo. Essas propriedades tornam o nitrato de amônio uma escolha popular para produtores de vegetais, que preferem uma fonte de nitrato prontamente disponível para a nutrição das plantas. Produtores de animais usam o nitrato de amônio para fertilização de pastagens e feno, preferindo-o aos fertilizantes à base de ureia, que podem volatizar do solo antes de serem usados pelas plantas. Ele também é altamente solúvel, tornando-o bem adequado para uso em sistemas de irrigação.

O outro uso predominante do nitrato de amônio é como componente em misturas explosivas usadas para mineração, pedreiras e construção civil . Como parte do ANFO, ele representa 80% dos explosivos usados na América do Norte. Infelizmente, como os componentes do ANFO são relativamente fáceis de obter, existe o potencial de uso indevido em dispositivos explosivos improvisados. Isso destaca a importância do controle adequado desta forma de nitrato de amônio para reduzir seus perigos potenciais.

Desastre de Beirute – as consequências

Em 4 de agosto de 2020, a capital do Líbano, Beirute, foi abalada por uma explosão catastrófica que matou pelo menos 218 pessoas e deixou mais de 6.000 feridos. A principal causa da explosão foi aproximadamente 2.750 toneladas de nitrato de amônio armazenadas em um armazém no Porto de Beirute. Essa grande quantidade de nitrato de amônio havia sido apreendida de um navio abandonado retido em 2014. O fertilizante armazenado foi detonado por faíscas de um incêndio em um armazém adjacente, criando uma explosão que causou enormes danos à propriedade e deixou cerca de 300.000 pessoas desabrigadas. Dois anos depois, a explosão continua a impactar Beirute, com colapsos subsequentes de silos de grãos adjacentes ocorrendo em julho e agosto de 2022.

Além do custo humano da explosão, o impacto econômico é estimado em mais de 6,7 bilhões de dólares americanos. A explosão destruiu 90% das reservas de grãos do Líbano, agravando uma situação de segurança alimentar já precária em um país que enfrenta graves desafios econômicos. O meio ambiente também deve ter sido afetado por tal explosão, embora faltem dados. Quando o nitrato de amônio explodiu, gases nocivos, incluindo óxidos de nitrogênio, amônia e monóxido de carbono, foram liberados no meio ambiente, causando poluição química e mais danos à população local. Os ecossistemas também são danificados por essa poluição ambiental, com anfíbios e vida aquática sofrendo o impacto do envenenamento por nitrato à medida que os produtos de decomposição são transferidos para o oceano.

Especialistas analisaram a explosão de Beirute e a compararam com outros desastres semelhantes envolvendo nitrato de amônio. Em comum com várias outras explosões devastadoras, a causa raiz da explosão foi considerada um incêndio descontrolado. O armazenamento de uma quantidade tão grande de nitrato de amônio em um único local amplificou o impacto da explosão, e a natureza urbana do local de armazenamento aumentou o número de ferimentos causados pela onda de choque. Devido a essas análises, foram feitas recomendações, incluindo a criação de uma Agência Reguladora Química para assumir o controle da segurança química em nível nacional no Líbano e melhorar o planejamento de respostas de emergência para eventos futuros.

A natureza explosiva do nitrato de amônio

A maioria das explosões de nitrato de amônio ocorre durante o transporte ou armazenamento (Figura 1), no entanto, para compreender totalmente os fatores de risco de uma explosão, é importante entender a química e os processos de fabricação do nitrato de amônio.

O nitrato de amônio é produzido pela reação da amônia com o ácido nítrico em água, seguida pela evaporação cuidadosa da água para obter um elemento sólido:

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

A amônia é geralmente derivada do nitrogênio atmosférico e o ácido nítrico é preparado a partir da combustão da amônia. Esses dois produtos iniciais normalmente não seriam mantidos próximos um do outro. A fabricação ocorre em solução aquosa porque a reação produz uma quantidade significativa de calor. O processo de evaporação subsequente tem sido a fonte de várias explosões. Outras fontes de explosões relacionadas ao processo de fabricação incluem a inclusão de impurezas, que podem reduzir a estabilidade do nitrato de amônio. Sem um controle de temperatura adequado, também é possível que o nitrato de amônio absorva água ou mude suas formas cristalinas, levando à formação de aglomerados que o tornam inadequado para uso.

Apesar de décadas de estudo sobre as reações do nitrato de amônio, os mecanismos exatos de decomposição e explosão não são totalmente compreendidos. Esse enigma deve-se, em parte, à complexidade química da reação, mas também às variadas condições ambientais e potenciais contaminantes. A seguinte reação foi hipotetizada como a principal reação de detonação:

2NH₄NO₃ → 2N₂ + O₂ + 4H₂O

Uma das razões pelas quais o nitrato de amônio é tão explosivo é que ele contém na mesma molécula tanto um combustível, na forma do íon amônio, quanto um forte agente produtor de oxigênio, o nitrato. À medida que a decomposição ocorre, o calor é produzido, o que inicia a detonação e, como uma fonte de oxigênio já está presente, a combustão acelera rapidamente. O resultado é a produção de óxidos nitrosos, oxigênio, água e grandes quantidades de calor e energia cinética. Esses produtos causam uma expansão de volume 1.000 vezes maior que o volume inicial do nitrato de amônio, levando a danos catastróficos por explosão na área circundante.

Vários processos, aditivos e alternativas ao nitrato de amônio foram testados na tentativa de minimizar os perigos de explosões acidentais, bem como o uso indevido em geral (Tabela 1). Apesar disso, não existe uma solução perfeita e é necessário mais trabalho para desenvolver uma alternativa segura e acessível. Produzido pela CAS, um Relatório de Insight explorando as lições aprendidas com explosões de nitrato de amônio enfatiza que “não basta fabricar fertilizantes que não explodam acidentalmente; também é importante fabricar aqueles que não possam ser facilmente levados a explodir.”

Tabela 1. Lista de fertilizantes nitrogenados alternativos

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Fertilizantes nitrogenados alternativos também foram objeto de consideração (Tabela 1). No entanto, a alternativa com o maior teor de nitrogênio é um gás à temperatura ambiente, e a toxicidade proíbe seu uso. Misturar fertilizantes com alto teor de nitrogênio com outros macronutrientes pode produzir um fertilizante eficaz, reduzindo o risco de explosão.

Manuseando o nitrato de amônio com cuidado

Muitos regulamentos e requisitos rigorosos para o manuseio e armazenamento seguros de nitrato de amônio já existem em vários países. Nos EUA, os principais regulamentos foram emitidos em 2001 pela Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA), e orientações adicionais podem ser encontradas em um documento consultivo emitido em 2015 pela OSHA em colaboração com a Agência de Proteção Ambiental (EPA) e o Bureau de Álcool, Tabaco, Armas de Fogo e Explosivos (ATF). Este aviso foi emitido como parte de uma iniciativa governamental contínua para melhorar a gestão de risco e a segurança do nitrato de amônio, bem como para ajudar a proteger o meio ambiente.

O Relatório de Insight da CAS sobre a segurança do nitrato de amônio destaca que seu armazenamento seguro requer uma consideração cuidadosa de várias variáveis (Figura 2). Os regulamentos da OSHA estipulam que é necessária ventilação adequada nas áreas de armazenamento, o que é fundamental para evitar o acúmulo de gases tóxicos e gases quentes, bem como a aglomeração. Outros fatores de segurança importantes considerados na legislação incluem o uso de materiais não combustíveis nas áreas de armazenamento, a manutenção de temperaturas abaixo de 54°C (130°F), a limitação da quantidade de nitrato de amônio armazenada em um único local e a garantia de medidas adequadas de combate a incêndio.

A legislação e as diretrizes são vitais para o controle de uma substância perigosa como o nitrato de amônio sólido, mas só podem melhorar a segurança se forem seguidas. Aumentar a conscientização sobre os perigos do nitrato de amônio e a importância de seguir as diretrizes existentes ajudaria a prevenir ou, pelo menos, limitar muito os futuros eventos catastróficos.

O nitrato de amônio é uma substância altamente útil e economicamente importante, da qual dependem a agricultura e outras indústrias em todo o mundo. No entanto, os perigos de sua fabricação e armazenamento foram destacados por várias explosões devastadoras no último século. Para melhorar essa situação perigosa, é fundamental que o público esteja ciente dos perigos do nitrato de amônio e que as medidas de segurança sejam seguidas enquanto se buscam alternativas adequadas.

Se você quiser saber mais, faça o download do nosso Relatório de Insight, “Explosões de Nitrato de Amônio: Lições Aprendidas.”

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