miércoles, 20 de agosto de 2014

El doble y equívoco legado de Fritz Haber

Hace un par de semanas, la revista Science publicaba un artículo [Science 345, 637 (2014)] que ha tenido un cierto eco entre los químicos. Un grupo de la Universidad Georges Washington describe en él una nueva vía para producir amoniaco (NH3) a partir de vapor de agua y el nitrógeno presente en el aire, una estrategia que pudiera reducir los elevados costes energéticos y medioambientales del clásico procedimiento, conocido como proceso Haber-Bosch, vigente en la industria desde principios del siglo XX. La historia de Fritz Haber (en la foto a la izquierda de Albert Einstein, su amigo, en 1914) siempre me ha fascinado y sobre él escribí una entrada en abril de 2006 que hoy voy a reeditar actualizada. Haber, Premio Nobel de Química en 1918, inmediatamente tras el fin de la Primera Guerra Mundial, es el clásico ejemplo de personaje de relieve atrapado entre los imponderables de la Historia.

Con la perspectiva que ahora nos dan los años pasados, el proceso implantado por Haber y Bosch es una pieza clave en la resolución de uno de los primeros problemas que las naciones civilizadas tuvieron que plantearse globalmente: la necesidad de buscar una solución a la creciente demanda de alimentos, que parecía llevar a la Humanidad a un callejón sin salida, profecía malthusiana que, de nuevo ahora, algunos quieren reeditar. Y que Haber y sus colegas resolvieron mediante la llamada fijación del nitrógeno
. Hoy en día, cuando la fijación de otro gas, el dióxido de carbono, nos obsesiona en nuestro intento de acabar con el llamado “efecto invernadero” o cuando muchos propugnan que el petróleo se acaba y no tenemos alternativas energéticas serias, es interesante volver la vista atrás y contemplar los terribles presagios que se argumentaron en tiempos de Haber y que condujeron a uno de los más importantes logros de la Química del siglo XX: el citado proceso Haber-Bosch de la síntesis del amoniaco a partir de nitrógeno e hidrógeno.

El nitrógeno es uno de los elementos importantes en el desarrollo de los seres vivos y particularmente de los humanos, en tanto que para construir las proteínas de nuestro organismo necesitamos nitrógeno, constituyente básico de la composición química de esas proteínas. ¿Y de dónde sale ese nitrógeno?. Los seres vivos, sea un buey gallego o cualquiera de nosotros, lo tenemos difícil con ese elemento. Teniendo como tenemos una aparentemente inagotable fuente del mismo en el aire, un 78% del cual es nitrógeno, es como si no tuviéramos nada. Los inhalamos y lo expiramos como acompañante del oxígeno (a este si que le sacamos todo el partido del mundo), pero sale según entra: inmaculado. Así que, en nuestro caso, necesitamos comernos las chuletas del pobre buey gallego, entre otras cosas, para aprovechar el nitrógeno de sus propias proteínas. Y el buey, vegetariano desde el origen de los tiempos, necesita rumiar toneladas de plantas para generar sus propias proteínas. ¿Y las plantas?. ¿De dónde sacan ese nitrógeno?. Del suelo. Algunas, como las leguminosas, son capaces de fijar el nitrógeno del aire gracias a unas bacterias que viven en sus raíces. Otras lo toman en forma de sales minerales que se encuentran disueltas o cristalizadas en ese suelo.

Pero los terrenos de cultivo no son minas inagotables de compuestos nitrogenados. Necesitan regenerar esas fuentes de nitrógeno y ya en el siglo XIX, cuando los agricultores europeos y americanos se dieron cuenta de esa necesidad, provocaron un tráfico continuo de nitrato sódico desde las minas de Chile o del guano, excrementos de aves, ricos uno y otro en el elemento en cuestión. O buscaron otras fuentes en su entorno más próximo, en subproductos de la actividad ganadera como el estiércol o los purines.

Pero como ahora ha pasado con el petróleo, pronto hubo gente preocupada con que las cuentas pudieran no salir de cara al futuro. W. Croockes, presidente de la británica Asociación para el Progreso de la Ciencia, un rico heredero que empleaba su fortuna en un laboratorio privado, lanzó en 1898 una llamada de atención sobre el problema. Evaluando el ritmo al que se estaban explotando los campos de cultivo, cómo se estaban esquilmando los yacimientos de guano y las reservas de nitratos en Chile (¿os suena el planteamiento?), Crookes entendía que existía un serio peligro de que esos campos de cultivo se agotaran y (aquí viene el matiz aristócrata de Croockes) no hubiera forma de alimentar a sus conciudadanos, que podían ser otra vez pasto de hordas caucásicas (sic) que, ante similares problemas en sus naciones, acabaran con la raza blanca. Y, en uno los párrafos de su alegato, señalaba a la Química como la única que podía convertir la carestía en abundancia, la única que podía fijar el nitrógeno existente en la atmósfera como solución al problema, sustituyendo al guano o los nitratos.

El discurso de Crookes no pasó inadvertido a los periódicos de la época y en diversos laboratorios industriales y académicos se comenzaron a estudiar procesos destinados a convertir una molécula estable como el nitrógeno del aire, a quien no gusta reaccionar con casi nada, en otras moléculas más accesibles, de cara a obtener nuevos productos que pudieran suplir al guano o los nitratos como fuente de nitrógeno para los campos de cultivo y, de rebote, para los peces y mamíferos.

Gentes tan relevantes en la historia de la Química, como Ostwald o como Nernst, se vieron implicados en esta carrera por la fijación del nitrógeno. Pero Fritz Haber se llevó el gato al agua gracias, fundamentalmente, al concurso de dos factores. Un joven colaborador inglés (a pesar de su apellido) que entró a formar parte de su laboratorio, Robert Le Rossignol, y a la Badische Anilin und Soda-Fabrik, BASF para los amigos. La BASF puso su dinerito en el ámbito académico, donde los profesores alemanes eran tan funcionarios como el que suscribe, pagando a Haber una cantidad entre el doble o triple de lo que le pagaba su Universidad. Y en esa aventura de BASF tuvo un papel importante un joven científico de la firma, Carl Bosch, quien con la misma contundencia que había mandado al cesto de los papeles una pretendida vía a la síntesis del amoniaco del mismísimo Ostwald, había confiado en la propuesta de Fritz Haber. Por su parte, Le Rossignol le proporcionó la herramienta clave: una válvula conectada a un reactor a una presión de casi 200 atmósferas y que, aguantando dicha presión sin abrirse, permitía el flujo a voluntad de los reactivos y productos. Así nació el pequeño reactor de Haber en el que una mezcla de nitrógeno e hidrógeno, a altas presiones y temperaturas consigue generar cantidades importantes de amoniaco, como pudieron demostrar ante los jerarcas de la BASF en julio de 1909.

La producción del pequeño reactor ha sido multiplicada billones de veces, en plantas gigantescas como la que construyó BASF entre 1916 y 1917 en Leuna o como el Donaldsson Nitrogen Complex, cerca de New Orleans, el mayor complejo americano de producción de amoniaco, que comenzó a funcionar en 1966. La facilidad en el suministro de amoniaco y la síntesis a partir de él  de otros compuestos nitrogenados. hizo que vastas regiones de Europa (en Holanda o Francia) y sobre todo en EEUU se convirtieran en fuentes inagotables de suministro de todo tipo de especies vegetales. Cuando en los setenta, los EEUU levantaron el embargo de trigo y maiz a los rusos, la “revolución verde” se extendió por toda la Europa comunista y, posteriormente, algo similar ha ocurrido en las regiones asiáticas. A lo largo y ancho de todo el mundo, cada año, millones de toneladas de nitrógeno son capturadas del aire, convertidas en amoniaco y esparcidas sobre la superficie terrestre en forma de fertilizantes, para ser recuperadas posteriormente en forma vegetal como inagotable fuente del nitrógeno que nuestros organismos necesitan. Hay estimaciones que valoran en unos dos mil millones de almas las que no podrían hoy sobrevivir en ausencia del proceso Haber-Bosch. La tierra estaría literalmente agotada si, usando sólo fuentes de nitrógeno "naturales", tuviera que suministrar la dieta de más seis mil millones de organismos. El ejemplo de los chinos, un pueblo acostumbrado a reciclar desde tiempo inmemorial la más pequeña porción de materia orgánica, es aquí relevante. En los años 70 la tierra no daba para mas y el racionamiento se convirtió en algo cotidiano y estricto. Hay quien sostiene que, no sólo la política de natalidad de aquellos años sino la apertura hacia Occidente, no tuvo más causa que la necesidad de buscar una solución al hambre acuciante.

El proceso Haber-Bosch se empezó a implementar en un momento crucial para Alemania. La Primera Guerra Mundial empezó en 1914 y, con ella, el corte de suministro a los teutones del ya varias veces mencionado nitrato de Chile. Por otro lado, muchos explosivos y municiones necesarios en tiempos de guerra contienen nitrogeno, así que el descubrimiento de Haber parece providencial. Pero Haber, patriota alemán donde los hubiere, puso también su ingenio y energía al servicio de su país desarrollando las primeras "armas químicas" de la historia. La liberación de cloro en los campos de batalla de Ypres en 1915, así como el empleo de otros gases como el fosgeno o el gas mostaza, tuvieron su origen en los laboratorios del Instituto de Haber, que ascendió rápidamente en rango militar.

Pero esa apuesta bélica tuvo importantes consecuencias para él y su entorno familiar. Su mujer Clara, brillante química también, se opuso desde el principio al uso de sustancias químicas en la guerra y las discrepancias con su marido le llevaron a la terrible decisión de pegarse un tiro la misma semana en la que se desarrollaba el episodio de Ypres. Al final de la Gran Guerra, Haber recibió el Premio Nobel de Química "por la síntesis del amoniaco a partir de sus elementos" pero la ceremonia se vió empañada por la ausencia de grandes científicos de la época, que repudiaron a Haber tanto por su condición de alemán como por el asunto de su implicación en las armas químicas.

La parte final de la vida de Haber tampoco fué un camino de rosas. Aunque al irrumpir Hitler y sus seguidores en la escena alemana fue bien tratado por los servicios prestados, pronto su condición de judío empezó a ser un problema. No sólo para él sino para sus colaboradores. Haber recibió desde arriba la orden de no contratar personal judío si quería seguir contando con el apoyo financiero del Gobierno. Tras varias escaramuzas, nuestro científico se rebeló contra esa orden y mandó su renuncia al Ministro nazi de Ciencia, Arte y Educación en abril de 1933 y se exilió en Suiza, donde vivió unos pocos meses hasta su muerte en enero de 1934.

Diez años despues, el legado indeseable de Haber aún le podía haber proporcionado ratos peores. El insecticida denominado Zyklon A, desarrollado en el Instituto de Haber, fue "refinado" por los nazis en su forma Zyklon B y empleado en las cámaras de gas que exterminaros millones de judíos en  los campos de concentración, incluídos algunos de sus parientes.

Aunque hay mucha literatura sobre la vida de Haber, yo tengo entre mis libros uno que de vez en cuando releo. Se titula Master Mind y su autor es Daniel Charles. En la contraportada del libro hay una opinión sobre el mismo del neurólogo y apasionado por la Química Oliver Sacks, que dice que la obra "es un profundo y meditado estudio de la vida de Fritz Haber, una figura brillante, fascinante y finalmente trágica, así como de su equívoco legado". Y entre los extractos de las muchas cartas personales que se mencionan en el libro, hay uno de Clara Haber escribiendo a uno de sus amigos que me impactó desde el principio: “Me pregunto si una inteligencia superior es suficiente para hacer más valiosa a una persona y si aspectos de mi misma que he tenido que mandar al infierno por no haber encontrado al hombre adecuado no son más importantes que la teoría electrónica............Creo que ni siquiera un genio puede permitirse un comportamiento en el que se desprecien las rutinas mas habituales de la vida diaria y a los que las practican. A no ser que ese genio viva en una isla absolutamente aislada”.

9 comentarios:

Screenavenger dijo...

Hermosa descripción de la acuciante necesidad de contar con la química como un aliado de la humanidad, pero un aliado dispuesto a pasarse al bando equivocado si la gente erradamente piensa que sólo se trata de ciencia, no de conciencia. ¡gracias!

Flatólogo dijo...

Vaya con la carta de Clara Haber, impactante.
Tenemos la inclinación a juzgar a personajes del pasado con los criterios de hoy. La verdad es que los discursos nacionalistas y racistas no fueron invento nazi, sino que eran cosa normal a finales del s.XIX en todas las naciones europeas. Basta leer los clásicos franceses de la Anatomía del s.XIX para ver cómo describen las peculiaridades morfológicas de la raza negra casi como si se tratara de otra especie.
Ya que mencionas a Oliver Sacks, es un neurólogo que escribe magníficamente y tiene libros recomendables como "Despertares" o "El hombre que confundió a su mujer con un sombrero".

Laure dijo...

Magnífico artículo. Enhorabuena.
Y gracias por enseñar lo que para mi es la esencia de la química: siempre al servicio de la humanidad.
No sabía la historia y me ha emocionado ella misma y la forma en que la expresas.
Como soy profesor de secundaria, quisiera aprovechar esta lectura para trabajar y divulgar la ciencia entre mis alumnos.
Gracias otra vez.

El Búho dijo...

Gracias Laure. Si algo me ha motivado a lo largo del tiempo para seguir con esta extraña aventura que es un Blog es comentarios como el tuyo. Con que solo cuentes con la entrada como material para las clases con tus estudiantes ya ha merecido la pena el escribirla.

El Búho dijo...

Gracias Flat. Y comprenderás que puestos a elegir un libro de Sacks me quede con el Tío Tungsteno. Cosas de químicos...

Unai O. dijo...

Muy bonita la entrada, y me ha gustado mucho la reflexión asociada!
Tengo un amigo que trabaja en una empresa noruega, que es una ramificación del negocio petrolífero Noruego, o mas concretamente, del excedente de gas.
Con las demandas energéticas del proceso de Haber-Bosch, quien domina el mercado de los fertilizantes es quien mas recursos energéticos tiene, y está dispuesto a derrocharlos.
Los noruegos, adalides del medio ambiente, gozaron su ratito de hegemonía en el mundo de los fertilizantes durante unos años, a costa del efecto invernadero, claro. Pero ahora, me cuenta mi amigo, vienen los rusos, y estos han entrado a saco, no solo produciendo fertilizantes aun mas baratos, sino con esas artes comerciales que les han hecho famosos por el mundo.
Por todo ello, es una alegría saber que alguien con ingenio y elegancia no solo sabrá sacar amoniaco de manera menos energéticamente escandalosa, sino que contribuirá a que el mercado de los fertilizantes dependa menos de la falta de escrúpulos en el uso de los combustibles fósiles.

Alexforo dijo...

Artículo espléndido y de apasionante lectura. Haber y su sabiduría química que le llevó a obtener el premio Nobel(gloria) y a contribuir a una de las aplicaciones más ominosas de la química: las armas químicas, aún, desgraciadamente, de rigurosa actualidad, y al suicidio de su esposa Clara(desgracia).
Ya es extenso el artículo, pero quizás hubiera sido interesante haber citado la crucial importancia de la utilización de catalizadores adecuados en el proceso sin los que, por mucha aportación que supusiera la válvula del inglés, el proceso no hubiera alcanzado rendimientos óptimos.
Gracias Búho por tu impagable trabajo y dedicación.

El Búho dijo...

Tienes toda la razón, Alexforo. Pero la historia de esta síntesis da para mucho. De hecho, y basándome en el libro "Cathedrals of Science" de Patrick Coffey, había escrito nuevos párrafos (no contenidos en la primera versión) sobre la búsqueda de nuevos catalizadores y también, y esto si que daría para otro post aunque quizás solo para iniciados, sobre las disputas entre Haber, Ostwald y Nernst sobre el desplazamiento del equilibrio en la reacción que nos ocupa.

Pero la cosa quedaba ya demasiado larga, como bien dices.

Gracias por tus comentarios.

Elvira Gonzalez dijo...

Precioso artículo. Yo he trabajado en diversos materiales didácticos la historia de Haber para la materia que se impartía anteriormente en segundo de bachillerato de Ciencia-Tecnología y Sociedad y creo que es un gran trabajo.