domingo, 29 de septiembre de 2013

Chiripa y membranas

Son varias las veces que en este Blog hemos hablado de descubrimientos relevantes en la Química que se han producido por chiripa, chamba o palabras relacionadas (lo siento, lo de serendipia no me va). Sin ir más lejos, en la penúltima entrada, hablamos de la sacarina y su decubrimiento fortuito por Fahlberg. Pero muchos otros descubrimientos, sobre todo relacionados con polímeros, han ido salpicando estas páginas, desde el Teflón al Superglue o desde el Polietileno al Velcro (y los que no los conozcan no tienen más que usar el buscador de arriba a la izquierda, que para eso está).

Hace unos pocos meses, justo antes del verano, mi colega y amigo Thomas Schäfer invitó a nuestro Instituto a su antiguo jefe, Klaus-Viktor Peinneman, un reputado científico en el área de las membranas de separación y que hoy presta sus servicios en la King Abdullah University of Science and Technology, conocida bajo el acrónimo KAUST, un faraónico proyecto universitario como hoy sólo se puede hacer en Arabia Saudi y países cercanos, gracias al poder del petróleo. Su charla fue muy variada, pues nos introdujo las maravillas de la propia KAUST (y alguna miseria) pero también la historia de las membranas de ósmosis inversa utilizadas en plantas desalinizadoras, algo de lo que también hablamos aquí hace algún tiempo. Fué una charla soft, poco técnica y muy agradable, en la que los descubrimientos por chiripa afloraron más de una vez.

No en vano, el origen de esta tecnología tan sorprendente (hay quien piensa que es uno de los descubrimientos más relevantes del ser humano) fue un conjunto de carambolas, hasta llegar a la suprema, que os voy a relatar. Todo empieza en los primeros cincuenta, cuando el Profesor Yuster de la Universidad de California en Los Angeles (UCLA), concibió la idea de emplear la llamada ecuación de Gibbs de la adsorción como base para diseñar un proceso que permitiera obtener agua potable a partir de agua de mar. De acuerdo con esa ecuación, el agua salada en contacto con aire o con una superficie hidrofóbica (que no le gusta el agua) debe genera una capa superficial de agua pura de unos pocos Angstroms de espesor junto a esa superficie. Así que parecía razonable buscar el procedimiento para ir retirando esa capa, que sería reemplazada por otra y así sucesivamente.

Las cosas se precipitaron en 1958 cuando el Grupo de Yuster consiguió separar agua a partir del agua de mar, usando como agente de separación una membrana de acetato de celulosa, un polímero semisintético obtenido tratando con ácido acético las fibras de celulosa que pueden extraerse de árboles y plantas. Un miembro del Grupo, Suri Sourirajan, se fue un día de ese año a casa de un Yuster en fase terminal de su enfermedad, con unos pocos mililitros de agua desalinizada que él y Sidney Loeb habían conseguido en el laboratorio, lo que hizo saltar a Yuster de la cama y profetizar que si se podía hacer en pequeño se podían producir millones de litros de agua potable. Y no se equivocó.

Pero para llegar a esas producciones había que solucionar muchas cosas, la más crucial de las cuales era hacer que el flujo a través de la membrana de acetato fuera más importante y hacer así el proceso escalable y rentable. La inmediata solución era adelgazar el espesor de las membranas pero, al hacerlo, aguantaban peor la presión que había que ejercer con el agua de mar sobre la membrana y ésta se rompía. Así que se pensó en modificar el tamaño del poro de la misma, para lo que se empezó a tratar las membranas a diversas temperaturas en agua, consiguiendo regular el flujo conseguido en función de la temperatura y los tiempos de tratamiento. Pero en los ensayos de la eficacia de las membranas, que se hacían tras el tratamiento térmico, las cosas eran algo difíciles de explicar... Usando la misma membrana en varios experimentos, los resultados en términos del rechazo a la sal eran caóticos. A veces el agua resultante estaba libre de sal, a veces no, luego otra vez si, luego en otros tres no y así..


La culpa le cayó al último currito, Ed Salover, el técnico que preparaba las membranas por prensado despues del tratamiento térmico. Y el hombre tuvo que aguantar varias broncas, hasta que la repetición de muchos experimentos (a ver si me leen mis estudiantes y lo aplican) llevó a la conclusión de que aproximadamente el 50% de los experimentos eran buenos y el otro 50% malos. Ello alejó las sospechas del bendito Salover, en dirección de la cara de la membrana que se ponía en contacto con la disolución salina. Hoy sabemos que en esas membranas de Sourirajan, Loeb y sus muchachos, la porosidad va variando a lo largo del espesor, desde una muy porosa hasta otra densa, en la que los poros prácticamente no existen. Sólo si la disolución salina se pone en contacto con la menos porosa, las cosas funcionan.

Así, por chiripa, aparece el concepto de membrana asimétrica de separación (o membrana de Loeb-Sourirajan, en el ámbito de las plantas desalinizadoras), algo que ha generado con posterioridad una tecnología que ha inundado de agua vastas zonas del mundo. No sin problemas de eficacia energética y contaminación marina. Pero eso es otra historia, de la que ya hablé en la entrada arriba mencionada.

3 comentarios:

molinos dijo...

Bien, yo no se que es un polímero pero me ha gustado la entrada. Soy una alumna aplicada.

Saludos

El Búho dijo...

La próxima vez que estés en Donosti me avisas. Tu me firmas un libro y yo te cuento, para gente de letras, lo que es un polímero.

molinos dijo...


Perfecto!!

A ver si es pronto.

Datos personales

Boredom is the highest mental state, según Einstein. Pero, a veces, aburrirse cansa. Y por eso ando en esto, persiguiendo quimiofóbicos.