Uno de los componentes fundamentales de la Revolución Verde fueron los fertilizantes sintéticos, particularmente, los que aportan nitrógeno. Este elemento es utilizado por las plantas para crear las moléculas que constituyen las proteínas, el ADN y otros compuestos que abastecen de energía a las células, por lo que es fundamental para la agricultura. Antes del siglo XX, los campesinos favorecían el crecimiento de las plantas enriqueciendo el suelo con el estiércol de los animales, con la rotación de cultivos y mediante las leguminosas, pero sin saber exactamente por qué esto sucedía. Lo averiguaron recién en 1840, cuando el químico alemán Justus von Liebig se percató de que los suelos donde las plantas prosperaban eran ricos en nitrógeno. En aquel entonces, ya se sabía que el nitrógeno era el elemento más abundante del aire (78%), pero no se conocía el motivo por el cual sólo algunas plantas (las leguminosas) pueden obtener el valioso nutriente de allí. La razón es que el nitrógeno que se encuentra disuelto en el aire tiene una forma increíblemente estable y, para su aprovechamiento, las plantas necesitan de la ayuda de unas bacterias que desarrollaron la capacidad de romper la estructura del gas y convertirlo en otro compuesto. Y a pesar de que los químicos de la época comprendían este fenómeno, les resultaba imposible imitar el proceso. Fueron las sucesivas hambrunas que azotaron Europa durante la segunda mitad del siglo XIX las que brindaron la motivación para redoblar los esfuerzos y nos pusieron en el camino hacia los fertilizantes sintéticos.
La solución llegó de la mano de otro científico alemán, Fritz Haber, quien descubrió en 1909 que la reacción química del nitrógeno con el hidrógeno a alta temperatura y presión producía amoníaco. En condiciones naturales, el amoníaco está presente en el suelo debido a la descomposición de materia orgánica y la actividad bacteriana, y las plantas pueden absorberlo a través de sus raíces para luego convertirlo en proteínas. En julio del mismo año, la compañía química más grande de Alemania (BASF) financió a Carl Bosch para inventar una máquina que recreara las condiciones extremas necesarias para sintetizar amoníaco a gran escala. Bosch tardó unos seis años en construirla: tenía unos 8 metros de altura y podía producir 90 kilos de amoníaco por hora. Sin embargo, poco tiempo después comenzó la Primera Guerra Mundial, y la máquina, en vez de utilizarse para fabricar fertilizantes que abonaran los campos de trigo, fue utilizada por el ejército alemán para fabricar explosivos que abonaran los campos de batalla. Al finalizar la guerra, Bosch compartió los detalles técnicos del proceso químico e industrial para sintetizar nitrógeno (conocido como Haber-Bosch) como parte del acuerdo de paz de Versalles en 1919, y los fertilizantes sintéticos comenzaron a producirse en Europa y Estados Unidos. Fue recién durante la Segunda Guerra Mundial que la necesidad de producir alimentos a gran escala se convirtió en una prioridad para garantizar el suministro a los soldados y a la población civil, y los fertilizantes nitrogenados —como parte del kit de la Revolución Verde— alcanzaron su máxima relevancia.
Las empresas químicas privadas proporcionaron los fertilizantes durante la transformación de la agricultura, y en algunos países los gobiernos apostaron por crear empresas estatales para el mismo propósito. En 1953, en Brasil, se fundó la empresa estatal Petrobras, que se encargó de la producción de fertilizantes y fue fundamental para el impulso de la agricultura en el país. En India se creó la IFFCO (Indian Farmers Fertilizer Cooperative Limited) en 1967, que también jugó un papel crucial en el impulso de la Revolución Verde allí, y en el presente es la cooperativa más grande del mundo. En la década del 80, el gobierno chino fundó la China National Chemical Fertilizer Corporation, también conocida como ChemChina, una de las mayores empresas del mundo. Sin embargo, a medida que la Revolución Verde se expandió a nivel mundial, se produjo un aumento en la demanda de fertilizantes y se incrementó la participación de empresas privadas multinacionales en la producción y distribución de estos productos. En 1960, la producción mundial de nitrógeno era de 13 millones de toneladas, pero para 2020 alcanzó los 123 millones de toneladas. Una tendencia similar ocurrió con los fertilizantes basados en fósforo y potasio, aunque con incrementos menores. Así, las empresas extranjeras y las importaciones comenzaron a tener un papel más significativo en la provisión de fertilizantes, incluso en países con gran capacidad instalada para producirlos, como India, Brasil, China y Estados Unidos.
Si bien los fertilizantes sintéticos son fundamentales para asegurar el crecimiento de los cultivos y proteger la fertilidad de los suelos, su utilización en grandes cantidades trajo consecuencias inesperadas. Debido a que los fertilizantes sintéticos no son aprovechados completamente por las plantas, más de la mitad se escurre entre las raíces y llega a las napas, y de ahí a los cursos de agua, contaminando ríos y lagos. Cuando los nutrientes se acumulan y su concentración se eleva, las algas y las plantas acuáticas se multiplican demasiado, cubren la superficie del agua, bloquean la entrada de luz solar y agotan los niveles de oxígeno; esto causa la muerte de casi toda la vida acuática y pone en peligro los medios de subsistencia de comunidades pescadoras. Este fenómeno se llama eutrofización y fue observado en muchas partes del mundo luego de la llegada de la Revolución Verde; algunos de los lugares más afectados son el mar Báltico, el golfo de México y el lago Taihu (China). Sin embargo, en otros países ocurre un fenómeno distinto: en lugar de una sobreabundancia de fertilizante, se aplica menos de lo que requieren las plantas, y entonces estas toman de la tierra lo que necesitan, lo cual provoca una “minería” de nutrientes que pone en jaque la fertilidad natural del suelo. Esto es representativo en la mayor parte de África, pero también ocurre en países alcanzados por la Revolución Verde como Argentina y Ucrania. Otro nutriente importante para las plantas, el fósforo, no se puede sintetizar industrialmente y en la actualidad se obtiene mediante el minado de rocas ricas en este elemento ubicadas principalmente en Marruecos (74%), China (6%) y Argelia (3%). Si bien el fósforo es muy abundante en la corteza terrestre, las reservas de fácil acceso se están acabando, y se empieza a considerar la posibilidad de extraer fósforo del lecho marino e, incluso, de otros planetas.