Imperios de la mente — Pan a partir del aire

Autor: Dr. José Martín Méndez González

Sarajevo, Bosnia. Un grupo de personas se arremolina en una de las calles principales de la ciudad. Muchos quieren saludar a la comitiva; otros, son antipáticos a una de las personalidades que está por circular en la avenida. En la avenida, comienzan a dibujarse los primeros autos. Cuando la comitiva de autos se pone al alcance, una de las personas de entre la multitud arroja una granada al auto en movimiento… y falla. Explota detrás del auto dejando varios heridos. Para evitar ser capturado, el terrorista rompe su cápsula de cianuro y se arroja al río que se encuentra a sólo unos pasos de distancia. Por azares del destino, el cianuro no funciona y el terrorista es capturado por la policía tras ser agredido por los civiles.

La comitiva acelera el paso y, tras arribar al ayuntamiento se cumple brevemente el protocolo de recepción. La agenda preparada para el resto del día se cancela. En su lugar, se toma la decisión de visitar a los heridos tras el intento de asesinato. Se giran las instrucciones pertinentes con la ruta para el hospital. O eso se creía. Todos, a excepción de uno de los choferes, reciben la ruta planeada.

Camino del hospital, el chofer que conduce el auto Gräff & Stift Double Pantheon toma una calle que no debe. Al percatarse de ello, el chofer comienza a realizar las maniobras pertinentes para retomar el camino correcto pero el motor del auto se detiene. Por azares del destino, en una cafetería cercana, uno de los miembros involucrados en el fallido asesinato divisa a quien tan sólo unas horas antes escapó de la muerte. Decidido, se levanta de su mesa, se acerca al auto y dispara dos veces. El primer disparo le da a su objetivo en la yugular; el segundo, impacta el abdomen de su acompañante. Minutos después, ambos fallecen. Las personas recién asesinadas son el archiduque Francisco Fernando, heredero del Imperio astrohúngaro, y su esposa, la duquesa Sofía Chotek.

El asesino se llama Gavrilo Princip. Con ese asesinato da comienzo la Primera Guerra Mundial.

Curiosamente, este desafortunado hecho que se tradujo en millones de muertes, también espoleó la investigación científica para sintetizar una molécula muy simple, pero de vital importancia: el amoniaco (NH3). El amoniaco se usa principalmente en la fabricación de fertilizantes. Su síntesis química permitió alimentar a la población durante todo el siglo pasado.

En las primeras décadas del siglo XX, los depósitos de nitrato en el desierto del noroeste de Chile eran la principal fuente de nitrógeno utilizable, el cual provenía del guano. Durante la primera guerra mundial, estas regiones dejaron de ser viables para el comercio con Alemania debido a la presencia de la marina inglesa. Estas dificultades en el comercio que ponían en riesgo la agricultura y, por ende, el suministro suficiente de alimentos aceleró la investigación que ya venía haciéndose al respecto para producir amoniaco.

Por ejemplo, ya en 1900 Wilhelm Ostwald había descubierto un método para obtener ácido nítrico por oxidación del amoniaco, el cual se usaba para la fabricación de explosivos y abono. Más tarde, en 1909, Ostwald recibiría el Premio Nobel de Química “por su trabajo en la catálisis y por sus investigaciones sobre los principios fundamentales que rigen los equilibrios químicos y las velocidades de reacción”. La pregunta que prevalecía era: ¿es posible obtener el amoniaco a partir de sus elementos, es decir, el nitrógeno (N2) y el hidrógeno (H2), y así evitar importarlo?

Aquí entra en escena Fritz Haber. Hijo de un mercader de químicos, a sus 18 años, Haber ingresa a estudiar química en la Universidad de Heilderberg. Para 1905 publica un libro de termodinámica y reacciones químicas en estado gaseoso. Allí, discute y sienta las bases teóricas para producir amoniaco a partir de hidrógeno y nitrógeno del aire. El problema era que se requerían presiones elevadas y el desarrollo científico aún no estaba maduro para diseñar y crear reactores que las soportaran.

La solución vendría de la mano del hijo de un plomero y proveedor de gas: Carl Bosch. En 1894 Bosch ingresa a la Universidad Técnica de Charlottenburg donde estudia ingeniería mecánica y metalurgia. Cuatro años después, decide continuar sus estudios—esta vez en química—obteniendo su doctorado por la Universidad Frederick William en Berlín (ahora Universidad Humboldt). A un año de terminar su doctorado, la empresa Badische Anilin-und Soda-Fabrik (BASF, ¿les suena?) recluta su talento y le encomienda la misión de investigar la síntesis de amoniaco. En la misma empresa, también se había contratado el talento de Fritz Haber. Sólo faltaba que entraran en reacción.

En 1909 Fritz Haber escribe una carta a los directores de la empresa química describiendo lo que hoy, en el argot del emprendimiento, llamaríamos Producto Mínimo Viable (PMV):

“Ayer comenzamos la operación del aparato grande [reactor] de amoniaco con circulación de gas en presencia del Dr. Mittasch, y fuimos capaces de operarlo aproximadamente cinco horas sin interrupción. Durante todo ese tiempo funcionó correctamente y produjo amoniaco líquido continuamente… Todas las partes del aparato permanecieron íntegras y funcionando apropiadamente, por lo que es fácil concluir que el experimento pueder ser repetido.”

Para llegar a la demostración de la que Haber hablaba en su carta, tuvo que experimentar varios años con diferentes temperaturas, presiones y catalizadores metálicos. Obtuvo progresos utilizando Osmio y Uranio. Finalmente, el 3 de julio de 1909 logró obtener amoniaco de manera continua por cinco horas con un rendimiento del 10%. Ese PMV (el reactor) medía 75 cm de alto y 13 cm de diámetro. El siguiente problema era escalarlo a nivel industrial.

Los directivos de la empresa no estaban convencidos del todo del proceso, ya que involucraba presiones de aproximadamente 100 atmósferas. Uno de los jefes de laboratorio escribió al respecto de algunas demostraciones: “¡Cien atmósferas! ¡Tan sólo ayer tuvimos un autoclave [reactor] operando a sólo 7 atmósferas volando por los aires!”. Y aquí es donde Carl Bosch afrenta su cita con el destino. Una cita recoge su firme convicción: “Creo que se puede lograr. Se perfectamente la capacidad de la industria siderúrgica. Debería arriesgarse.

Finalmente, un martes 9 de septiembre de 1913, cuatro años y dos meses después de la demostración de la síntesis de amoniaco en el laboratorio de Fritz Haber, la producción de amoniaco a nivel comercial comenzó. El reactor medía 12 metros de altura y operaba a una temperatura de 400°C y 100 atmósferas. La reacción del nitrógeno obtenido a partir del aire se combinaba con el hidrógeno a esas condiciones, pero en presencia de un catalizador de hierro.

Se ha podido documentar que Carl Bosch realizó cerca de 20,000 experimentos individuales en más de 20 reactores a lo largo de esos cuatro años y meses. Estamos hablando de aproximadamente 1529 días. Esto nos da 13 experimentos al día (contando sábados y domingos). Además de la convicción, también hace falta disciplina. Estas cifras me recuerdan la frase de Alva Edison cuando habló de cómo había creado la bombilla eléctrica: “No fueron mil intentos fallidos, fue un invento de mil pasos”. En el caso del proceso Haber-Bosch fueron veinte mil pasos, e iluminó—lo sigue haciendo—un siglo de producción agrícola.

A raíz del éxito del proceso Haber-Bosch, Fritz Haber se vuelve millonario (para los estándares de la época) al cobrar 1.5 pfennigs/kilo producido de amoniaco (estimado en 4 millones de dólares actuales). Más aún, en 1918 le conceden el premio Nobel de química “por la síntesis del amoniaco a partir de sus elementos”.

Por otro lado, Carl Bosch se vuelve representante legal y, en 1925, director de la Junta Directiva de BASF. Para 1931, la Academia Sueca también le concede el premio Noble de química “en reconocimiento a sus contribuciones a la invención y desarrollo de métodos químicos a presiones elevadas”. Fue el primer nobel de química concedido a una aportación científica práctica más que experimental. ¿Cuántas empresas pueden jactarse de tener en sus filas a dos premios Nobel?

Este hecho no pasa desapercibido para el gobierno alemán y, en 1937, lo nombran director de la Sociedad Kaiser Wilhelm, la posición científica alemana de mayor prestigio. Esta sociedad es la precursora de la actual Sociedad Max Planck, el buque insignia de la ciencia en Alemania.

Sin embargo, cuando Hitler llegó al poder, y su persecución de judíos se enfocó también sobre los científicos, Bosch renunció a su puesto en el Instituto Kaiser Wilhelm. Una actitud contraria, en este caso durante la Primera Guerra Mundial, fue la que adoptó Fritz Haber ya que se encargó de desarrollar gases letales para ser usados en las trincheras—el gas Zyklon A. A pesar de haber sido condecorado por ello, su origen o educación judía no le sirvió para escapar del asedio de los Nazis y terminó huyendo de Alemania. Posteriormente, sus investigaciones sobre gases letales fueron refinados por el régimen Nazi para desarrollar el letal gas Zyklon B.

Con todo y estos claroscuros, sin el proceso Haber-Bosch no hubiera sido posible pasar de 1.6 billones de habitantes en 1900 a 6 billones en el 2000. Se estima que 40% de los que vivimos actualmente nos alimentamos a través de comida que fue fertilizada con productos derivados del proceso Haber-Bosch.

El proceso Haber-Bosh también derivó en la necesidad de buscar mejoras, sobre todo en el área de catalizadores. Una historia que daría para otra columna es el caso del Dr. Haldor Topsøe de Dinamarca. Al inicio de la Segunda Guerra Mundial funda su compañía y, para 1947, produce su primera carga de catalizador para la síntesis de amoniaco. Hoy en día, el 50% del amoniaco producido mundialmente proviene de un proceso desarrollado por la compañía Haldor-Topsøe. El vivo ejemplo de lo que en vida el Dr. Topsøe llamó “from science to dollars” (de la ciencia a los dólares).

El incremento de la población mundial, así como la búsqueda de procesos más amigables con el medio ambiente, continuará empujando los límites del ingenio humano y las técnicas actuales para la producción de amoniaco. Y para empujar esos límites se requiere hacer “minería de cerebros”, reclutar el talento, tal como lo hizo BASF hace más de un siglo.