Hidrógeno "verde"

En la entrada anterior os hablaba de un polímero biodegradable que ha sido un auténtico "guadiana" en mi vida académica. Llevo más de treinta años (en diferentes oleadas) oyendo hablar de él como una promesa para resolver el problema de la contaminación por plásticos pero, en cada una de las ocasiones, se ha quedado en eso, en promesa. Pues con el hidrógeno, en otro nivel, me pasa lo mismo. En el libro La isla misteriosa (1874), de Julio Verne, uno de los marineros pregunta a un ingeniero sobre qué usarían para obtener energía cuando el carbón se acabara. Este le contesta que agua, descomponiéndola en sus elementos constituyentes, oxígeno e hidrógeno. Desde entonces, ha llovido mucho. En los años veinte del siglo XX se da un pasito mas que conecta con lo que hoy entendemos por hidrógeno "verde", cuando el famoso genetista y matemático británico, J.B.S. Haldane, ya vislumbraba un futuro de molinos de viento proporcionando la energía necesaria para descomponer el agua por electrolisis y usar el hidrógeno resultante como combustible para generar energía eléctrica. Ha pasado un siglo y ha habido repetidas propuestas para usar el hidrógeno como vector de energía que no detallaré aquí. Si mencionaré que, a comienzos de este siglo XXI, se produjo un rebrote importante, incluso en España, merced a un libro publicado en 2002 por Jeremy Rifkin que llevaba por título The Hydrogen Economy, traducido al castellano ese mismo año, quizás porque Rifkin asesoró al Gobierno de Zapatero sobre el tema.

En realidad, esta entrada es una puesta al día de otra que escribí en 2006 sobre el asunto y que ahora voy a actualizar. En aquel año se presentó la Tesis Doctoral de Alberto Blázquez, codirigida por un servidor y David Mecerreyes, quien el próximo miércoles, 4 de noviembre, recibirá el Premio a la Excelencia Investigadora instituido por la Real Sociedad Española de Química. Alberto y David son antiguos estudiantes del Búho y, desde entonces, buenos amigos con una excelente carrera científica que ha estado ligada en su mayor parte a la producción de energía. En la Tesis de Alberto nos dedicamos a preparar nuevas membranas de polímeros que pudieran funcionar como elemento fundamental de las llamadas pilas de combustible de hidrógeno, el dispositivo que permite utilizar hidrógeno para generar energía. Estos dispositivos reciben la denominación de pilas porque, como cualquier otra pila, producen energía eléctrica gracias a una reacción química que ocurre en ellas y que los químicos llamamos una reacción de oxidación/reducción. En el caso de las pilas de combustible, la reacción global es la síntesis de agua a partir de hidrógeno y oxígeno, una reacción sencilla e inocua para el medio ambiente, que proporciona además una cantidad importante de energía, con un rendimiento superior al que pueda proporcionar un motor de combustión de gasolina o un motor diesel. A diferencia de las pilas convencionales que todos usamos en nuestra vida diaria, donde los reactivos están empaquetados en la pila y ésta funciona hasta que los mismos se gastan o se recargan, en las pilas de combustible hay que suministrar a la misma, desde el exterior y de forma continua, los combustibles (hidrógeno y oxígeno) que permiten que funcionen (de ahí lo de pilas de combustible). Igual que con las pilas convencionales, las de combustible pueden enchufarse en serie, consiguiendo potencias que lo mismo valen para que funcione un teléfono móvil que un autobús.

Hasta aquí todo parece perfecto para nuestro sueño de reemplazar a los combustibles fósiles con este tipo de alternativa. Pero la vida real es mucho más complicada de lo que parece indicar el planteamiento que acabo de hacer. De los dos combustibles que necesitamos, el oxígeno lo obtenemos sin problemas alimentando la pila con aire, un 21% del cual es oxígeno. Pero el problema radica en el hidrógeno. Aunque está por todos los lados en la naturaleza, rara vez se encuentra en estado puro. Lo normal es encontrarlo combinado. Sobre todo está en el agua (H2O), en los hidrocarburos que nos sirven como combustibles, como las gasolinas o el gas natural que contiene metano, y en los seres vivos (el 10% de nuestro cuerpo es hidrógeno). En definitiva, necesitamos producir hidrógeno puro para poderlo utilizar en las pilas de combustible. En la actualidad, más de la mitad del hidrógeno producido se genera a través del metano del gas natural en una reacción que, al final, además del pretendido hidrógeno proporciona como subproducto CO2. Tal y como están las cosas en el asunto del cambio climático, esa producción de anhídrido carbónico supone un considerable handicap para esta vía, a pesar de la actual disponibilidad del gas natural, derivada de los procesos de fracking que USA ha puesto en marcha. La única solución que se propone es que este proceso vaya acompañado de la captura sistemática del CO2 producido, algo que, por ahora, está muy lejos de ser viable tanto técnica como económicamente.

La otra vía para obtener hidrógeno es la misma reacción que tiene lugar en las pilas de combustible pero al revés. Esto es, aprovechemos la omnipresencia del agua en mares y océanos y extraigamos el hidrógeno contenido en su molécula, descomponiéndola, como proponía el ingeniero de la novela de Verne. ¿Sencillo?. Pues no. Si bien la reacción que ocurre en las pilas es espontánea y produce energía eléctrica y calor, la contraria, la llamada electrolisis o descomposición del agua, sólo ocurre si desde el exterior proporcionamos energía en cantidades respetables. Y aquí se nos complica el asunto. ¿De dónde sacamos esa energía?. De nuevo, recurrir a los combustibles fósiles es la pescadilla que se muerde la cola. Así que no queda más que confiar en que una potencial combinación de energías renovables proporcionadas por el viento (eólica), la luz del sol (fotovoltaica), los pantanos (hidroeléctrica) o las enormes cantidades de energía acumuladas en volcanes y en el interior de la tierra (geotérmica), sean capaces de implantarse con fuerza en procesos de génesis de hidrógeno que luego se use en las pilas de combustible. De ahí lo de hidrógeno "verde", que queda muy bien sobre el papel pero que, para conseguirlo, vamos a sudar. Aunque, estrictamente hablando, no es ciencia ficción. Naciones con recursos geotérmicos importantes como Islandia llevan años transformando su economía en una que tenga como vector de funcionamiento al hidrógeno. Y el resto de energías renovables también van mejorando con el transcurso de los años. Pero sigue habiendo muchos problemas por resolver, lo que está en el fondo de que llevemos muchos años hablando de la economía basada en el hidrógeno y esta no acabe de consolidarse.

Ahora parece (de nuevo) renacer con fuerza ante las pretensiones globales de descarbonizar nuestras fuentes de energía en breve plazo y no recurrir a la energía proporcionada por las centrales nucleares. Pero en esta nueva reaparición, como en las previas, vuelve a haber discrepancias entre partidarios y detractores. Esta misma semana, los diarios del Grupo Vocento han publicado un suplemento (Innova+, del que no puedo poneros enlace) que da por seguro que el futuro es el hidrógeno y detalla muchos aspectos en los que sería la solución a los combustibles fósiles  en automóviles, aviones, barcos,.... Y en esa vía parece ir la petrolera Repsol, de la mano de su Consejero Delegado (otro estudiante y amigo de este vuestro Búho). Pero, sin negar las potencialidades del hidrógeno y solo unos días antes, el Director Ejecutivo (o CEO que dicen los modernos) de Cidetec (también alumno y amigo y van cuatro en esta entrada) viene a decir en una entrevista en el Diario Vasco que, al menos en lo tocante a los automóviles, el hidrógeno ha perdido la batalla frente a los vehículos eléctricos provistos de baterías de litio. Los eléctricos están ya aquí y a los basados en el hidrógeno se les sigue esperando. Y pone una fecha futura de 20/25 años (largo me lo fiais Don Sancho, una vez más) como para que pudiéramos ver al hidrógeno bien implantado en automoción. Ya Rifkin, en 2002, consideraba como posible que, para estas alturas del siglo, todos anduviéramos en coches movidos por hidrógeno y es obvio que es una predicción fallida.

Para remachar lo que dice el CEO de Cidetec basta con ver lo que, en fechas recientes, han hecho las grandes empresas automovilísticas, abandonando, en gran parte, sus planes de futuro basados en coches que reposten en hidrogeneras. Este artículo de la Sala de Prensa de la web de Volkswagen, de marzo de este año, lo explica con claridad meridiana, sobre todo en la tercera de las figuras que en él aparecen, figura que compara la eficiencia en poner en la calle un automóvil basado en baterías de litio, frente a uno basado en las pilas de combustible a base de hidrógeno que nos interesaron en la Tesis de Alberto. Y solo unas pocas semanas más tarde, Mercedes anunciaba, sin ambages, el fin de su aventura en el coche de hidrógeno por ser muy costoso.

Una vez más, en estas cosas de futuro, ver venir......

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Plásticos "Bio"

Tengo amigos y seguidores del Blog que me mandan noticias, vídeos o enlaces de webs con temáticas que intuyen que pueden servir para escribir una entrada, algo que les agradezco en el alma porque, después del tiempo que llevo escribiendo y de las temáticas abordadas, a veces se hace difícil enfrentarse a una página en blanco y escribir una más. Uno se consuela pensando que ha oído a escritores con oficio que eso es lo mas difícil de su profesión así que, en el caso de un modesto amateur como un servidor, la cosa tiene aún más mérito. La cuestión es que, en las últimas dos semanas, varios de esos amigos me han hecho llegar un artículo del New York Times titulado "Por qué biodegradable no es lo que tú piensas" y me veo un poco forzado a comentarlo, aunque los habituales ya habéis leído bastante sobre el tema.

El artículo está escrito por John Schwartz, un conocido periodista que ha pasado por varios medios importantes de EEUU y que, en los últimos tiempos, está especializado en cuestiones medioambientales y, particularmente, en el asunto del cambio climático, alineado con la llamemos ortodoxia sobre el tema (lo digo para poner sus opiniones en contexto). La tesis del artículo es que elegir productos cuyo envasado lleva reclamos publicitarios del tipo biodegradable o compostable puede que haga que el consumidor se sienta reconfortado por elegirlos como alternativa a los envases de plástico convencional. Pero habría que avisar al citado consumidor que no debe engañarse. La letra pequeña de esos envases "verdes" puede esconder que solo se degradan bajo especiales condiciones o que pueden llegar a complicar el reciclado de los plásticos convencionales, hoy por hoy mucho más abundantes. Y para ilustrar esa tesis, el artículo cuenta algunos ejemplos de envases hechos de materiales que se están publicitando como biodegradables. Dos de los cuales ya han pasado más de una vez por este Blog. Podéis ver mis opiniones sobre ellos aquí y aquí que, básicamente, están de acuerdo con el tono general del artículo de Schwartz. Pero para no volver a hablar sobre el tema (salvo mutaciones importantes) voy a dejar clara mi actual postura sobre el mismo en unos cuantos epígrafes.

La exigua producción global anual de los llamados Bioplásticos se resume bien en la gráfica que ilustra la portada (y que podéis ampliar clicando en ella), figura que recoge los datos del último año (2019). Colgada en la página de la asociación europea de Bioplásticos, nos dice que la producción fue un poco superior a 2 millones de toneladas, de los que solo el 55% son verdaderamente plássticos biodegradables, entendiendo por tales los que bajo la acción de microorganismos, se descomponen totalmente produciendo anhídrido carbónico (CO2) y agua. El 45% restante en esa gráfica llevan el prefijo bio por estar obtenidos de fuentes renovables (biomasa). Pero una vez obtenidos son tan poco biodegradables como sus homónimos obtenidos del petróleo. Sobre esto también hablamos en el caso concreto del denominado bio polietileno. Lo de exigua producción con lo que empiezo el párrafo resulta de comparar esos 2 millones de toneladas de bioplásticos de uno y otro tipo con la producción global de polímeros en el mundo (mas de 360 millones de toneladas anuales).

De esa parca cifra de polímeros biodegradables solo son compostables los que cumplan además otra serie de especificaciones adicionales. Y así, la norma europea EN 13432 establece que para ser denominado compostable, el material debe biodegradarse en al menos un 90%, en condiciones estandarizadas de temperatura (preferiblemente a 58ºC) y en un tiempo no superior a seis meses. Ese sería un material que podría llevar las etiquetas de biodegradable y compostable y, por tanto, utilizable, por ejemplo, como bolsa de basura orgánica para que vaya directamente a los procesos de compostaje de las plantas de tratamiento de residuos. Evidentemente, un material puede ser intrínsecamente biodegradable pero no cumplir esas condiciones de tiempos, temperaturas, etc., lo que le pone trabas como compostable. Así que resumiendo, todos los compostables deben ser biodegradables, pero ser biodegradable no asegura ser compostable.

En tercer lugar, los biodegradables y/o compostables se están "vendiendo" como soluciones al problema de los plásticos en el mar. En la propia revista de la ya mencionada asociación europea de Bioplásticos se ha reconocido no hace mucho que los estándares definidos para establecer si un plástico es biodegradable o compostable se refieren exclusivamente a cuando se sitúan sobre el suelo de la corteza terrestre, no en el agua de mar, donde las condiciones de temperatura, luz, pH, salinidad, etc. son muy diferentes .

Y cuarto y fin, si esos polímeros biodegradables se introducen en las lineas de reciclado mecánico que tratan los polímeros más convencionales, pueden dar lugar a problemas adicionales a los que ya vimos en la entrada anterior. Por ahora son poco notorios pero irían a mas si se incrementara su producción, lo que implicaría tener que realizar una separación selectiva de los mismos.

En resumen, este es otro ejemplo en el que se demuestra que algunas de las alternativas "verdes" que se nos han ofrecido en los últimos decenios no son tales. Por muy verdes que parezcan sobre el papel, todo se puede volver en su contra cuando se comprueban las consecuencias de su uso en condiciones reales. El problema es que lleva tiempo reconocerlo y, mientras tanto y por lo general, se emplea dinero público en subvencionarlas. No tenéis mas que recordar el caso de los biocombustibles...

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Plásticos "circulares"

Todos estaréis acostumbrados a ver en los medios de comunicación el término Economía Circular como una de las grandes herramientas para afrontar una serie de retos medioambientales que tenemos enfrente. El término se usa en clara contraposición al de Economía Lineal, que emplea materias primas para fabricar productos que se venden a los consumidores y que estos, tras su uso, desechan como basura. Por su simplicidad no es raro que haya sido adoptado con rapidez por políticos e Instituciones. Pero, como ha explicado varias veces mi amigo, condiscípulo y destacado miembro de la Cosecha del 74 de la Facultad de Químicas de Zaragoza, Antonio Valero, Director del CIRCE zaragozano, la Economía Circular es un concepto ilusorio, un mito, ya que la Segunda Ley de la Termodinámica nos indica la irreversibilidad de los procesos reales. Cualquier material, en su uso, se degrada espontáneamente y revertirlo a su condición original cuesta más energía que la que se disipó en esa degradación. Aún y así, el Profesor Valero entiende que hablar a la ciudadanía de Economía Circular es necesario como forma de denunciar los problemas de la Economía lineal. Algo en lo que no estoy del todo de acuerdo con mi amigo, pero eso es otro tema.

A la hora de aplicar el concepto de Economía Circular a los plásticos, reciclarlos es la primera alternativa que todo el mundo parece tener clara. De nuevo, en términos muy simplistas, imaginamos un proceso en el que los residuos plásticos pueden recogerse, fundirse en máquinas adecuadas y moldear con ellos nuevos objetos en plástico. Este tipo de reciclado, conocido como Reciclado Mecánico, tiene en realidad poco recorrido como circular. Incluso en el caso del material que se suele poner como ejemplo para explicarlo: el PET o polietilen tereftalato, el material con el que se fabrican la inmensa mayoría de las botellas de agua y otras bebidas. En su versión más avanzada, en sitios como Suecia, se recogen las botellas de agua en un contenedor exclusivo para ellas y se envían a las empresas que las reciclan, sin consumir tanta energía como la necesaria para separar selectivamente, limpiar y secar los diferentes plásticos que van a nuestro contenedor amarillo. Pero aún en ese caso tan particular del PET, su reciclado mecánico está lejos del concepto de Economía Circular. Como bien demostraba un artículo publicado hace 25 años por colegas de mi Departamento, entre los que se encontraba el llorado Iñaki Eguiazábal, mi primer estudiante de Doctorado y luego Catedrático de Ciencia de Materiales de la UPV/EHU [Macromol. Sci, Part B 34, 171-176 (1995)], el PET va perdiendo propiedades muy importantes para su uso en botellería cuando se le somete a unos pocos reprocesados. Mas allá de cinco reprocesados (o reciclados) el PET no vale prácticamente para nada. Y en los cuatro anteriores tampoco puede usarse para fabricar botellas con los requerimientos que piden muchos envasadores de agua, por lo que se usa, como poliéster que es, para fabricar cosas como alfombras o bolsas de todo tipo. Si os fijais en los objetivos de muchos empresas que envasan sus productos en botellas de PET, actualmente están fijándose objetivos de emplear en ellas un cierto porcentaje de PET reciclado, no el 100%.

Es por eso que, en ejemplos como el que acabamos de relatar, Antonio Valero aboga por sustituir el concepto de Economía Circular por Economía Espiral, al tener en cuenta que los ciclos no se cierran infinitamente como debería ocurrir en una Economía Circular pura y lo que es interesante es conocer cuantos ciclos son posibles en cada material para estimular, en lo posible, la mejora de los procesos para extender ese número. Pero, al final, siempre quedará un residuo inservible y la mejor solución (a mi entender y en el caso de los plásticos) para eliminarlo son las incineradoras modernas que recuperan en forma de energía térmica o eléctrica la eliminación de esos materiales. La pega del asunto es la génesis inevitable de dióxido de carbono (CO2), algo que puede mejorarse pero, en cualquier caso, el CO2 que proviene de la gestión de residuos es un componente menor en el cómputo global de las emisiones de ese gas, frente a grandes emisores como el transporte, la industria, la calefacción,.... En España, la gestión de residuos supone en cuanto a emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) entre un 3-4% del total. De ahí un 80% son emisiones de CO2 (el resto es metano y otros), en las que se incluyen el CO2 generado en los vertederos, en la incineración de residuos de origen fósil (ahí irían los plásticos), el tratamiento de aguas residuales, etc.

En el caso del PET de botellas, hay otra forma de reciclarlo mediante el llamado Reciclado Químico. Básicamente la idea es volver hacia atrás la reacción que produjo ese plástico y obtener las sustancias de partida que lo generaron. Esa operación se puede hacer mediante enzimas o mediante procesos químicos conocidos como hidrólisis o metanolisis (no iremos más lejos con este lío que luego me increpais). En otros polímeros, como el poliestireno del Poliespán o el polietileno de las bolsas de basura y muchos envases de detergente, la alternativa para reciclar químicamente es aplicar calor. Cuando esos materiales que acabo de mencionar se someten a altas temperaturas en un proceso llamado Pirólisis, se puede obtener estireno, un líquido a partir del cual volver a sintetizar el poliestireno o, en el caso del polietileno, unas mezclas de hidrocarburos (naftas), similares a las obtenidas en las destilaciones fraccionadas del petróleo o la hulla y que, adecuadamente tratadas en plantas petroquímicas, generan, entre otros, el gas etileno, a partir del cual puede obtenerse de nuevo el plástico polietileno. En estos casos que acabamos de mencionar en este párrafo, el ciclo parece cerrarse de manera más eficiente, pero no es oro todo lo que reluce. En el caso del PET porque purificar las sustancias de partida tras cargarnos el polímero no es una cuestión baladí y en el caso de la pirólisis del poliestireno o del polietileno porque no produce, exclusiva y respectivamente, estireno y etileno, sino otras muchas sustancias químicas algunas de las cuales pueden ser casi inservibles o incluso indeseables. Y además, en la mayoría de los estudios realizados sobre el Reciclado Químico muestran que, para ser viable, las compañías tendrían que construir plantas de gran tamaño mediante grandes inversiones y necesitarían grandes cantidades de residuos plásticos, lo que plantea problemas de logística dependiendo de donde esté situada la planta.

Todos estos inconvenientes no son nuevos. La pirólisis de residuos plásticos es un asunto que reaparece cual Guadiana desde hace tiempo. Hace casi treinta años, este vuestro Búho escuchó en Hamburgo una charla del Prof. Walter Kaminsky, de la Universidad de esa ciudad alemana, seguida de una visita a una localidad próxima en el que se había instalado una planta experimental que podía tratar unos pocos miles de toneladas anuales de basura plástica, obteniendo una mezcla de gases y líquidos utilizables en plantas petroquímicas. Un poco más tarde Kamisnky plasmó esas ideas en varios artículos, entre otros en este. Pero ya entonces nos avisó de que si el petróleo cotizaba por debajo de 120$/barril (y hablamos de valores de hace treinta años!!), el proceso era económicamente inviable. Hoy, con el crudo por los suelos, la idea persiste. A no ser que gravemos el petróleo con unas tasas que permitan equiparar costes.

Aún y así, grandes productores de polímeros parecen apuntarse a la actual ola del Reciclado Químico. Esta pasada semana, sin ir más lejos, he podido asistir on line a un Seminario al respecto, en el que, para mi, lo más interesante han sido las contribuciones de técnicos de empresas tan importantes como REPSOL, BASF o SABIC. Mi impresión general es que algo se está moviendo una vez más, pero despacio. Y que el mayor mérito de este tipo de reciclado parece estar en la menor huella de carbono que dejan con respecto al uso de materias primas derivadas del petróleo. Pero como en el asunto de los polímeros biodegradables, que sigo desde hace casi cuarenta años y pocos avances he contemplado, aquí, visto lo que voy viendo, me pasa algo parecido y acumulo un razonable escepticismo. De nuevo, lo que me fastidia, es que me voy a morir antes de poder comprobar si estoy en lo cierto.

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Pañales y polímeros

Dice mi hermana que, dada nuestra genética, es posible que los Iruines lleguemos a muy mayores lo que supone, entre otras cosas, que tengo muchos boletos para ser un usuario de pañales, si una muerte súbita no lo remedia. No es un futuro prometedor, pero es lo que hay. Para que os vayáis concienciando del problema, que ya se sabe que a cada cerdo le llega su San Martín, os voy a contar la escatológica historia del desarrollo de estos utensilios, uno de esos ejemplos en los que el ingenio humano ha sido capaz de desarrollar, en un corto espacio de tiempo, algo que ha resultado fundamental en nuestra actual vida cotidiana. Al principio, durante la segunda mitad del siglo XX, consiguiendo una sustancial mejora en la vida de los jóvenes progenitores para, más tarde, resultar una pieza clave en el cuidado de los ancianos, un colectivo que cada día se engrosa más.

El desarrollo de los pañales está bien documentado en multitud de artículos, blogs y vídeos, y podríamos iniciar su historia a finales del siglo XIX, cuando se inventó el imperdible (o safe pin para los ingleses), que permitió sujetar con cierta prestancia trozos adecuados de tela alrededor de los bajos de los niños. Pero ese adelanto no obviaba el tener que lavar esos pañales ni tampoco aseguraba que no se produjeran pérdidas de fluidos que mancharan otros elementos de las cunas infantiles. En muchos sitios de internet, la primera mutación de los pañales parece arrancar con una joven madre cabreada de nombre Marion O'Brien Donovan que, harta de cambiar pañales a su primogénita y de lavarlos junto con sábanas, mantas y otros utensilios, decidió elaborar una especie de braguita con una cortina de baño de la época, fabricadas entonces con un plástico llamado poliamida (nylon), muy usado tras la Segunda Guerra Mundial ya que se había empleado en la confección de paracaídas y había excedentes.

El invento no suponía más que solucionar (en parte) el asunto de las pérdidas, pero no el de cambiar y lavar el paño de tela que la braguita sujetaba. Tras ese primer invento, la Sra. Donovan dió un paso más en el diseño de pañales de dos componentes, sustituyendo la tela por un material desechable a base de papel de celulosa más o menos grueso que retenía los líquidos hasta cierto punto y se podía cambiar una vez empapado, tirandolo a la basura. La historia de Marion Donovan está muy bien contada en el blog Mujeres con Ciencia que tantas veces os he recomendado. Pero Marion Donovan no fué la única que anduvo buscando soluciones para el problema de las deposiciones infantiles. Paralelamente, hubo otros intentos en Europa y Norteamérica, como es el caso de una joven madre británica, Valerie Hunter Gordon, quien, en 1947, diseñó un pañal a base de papel, algodón y un pantalón impermeable. Mi suegra, otra madre joven a finales de los cincuenta, todavía se acuerda de pasar la frontera y acercarse a Hendaya para comprar una variante francesa, La Bambinette, un anuncio de la cual se ve en la foto que ilustra la entrada. Esta fase de inventos acabó con la introducción por Procter & Gamble, en 1961, de los llamados Pampers en los que en lugar de papel se usaban, como material absorbente, unas gasas de celulosa. Pero la capacidad de absorción de líquidos era muy límitada en todos los pañales que venimos mencionando. Paralelamente al cambio de materiales absorbentes, en esa fase también se introdujeros algunos otros polímeros en el diseño de pañales, generalmente como componentes de la braguita externa, así como de los cierres de la misma (donde se hizo popular nuestro conocido Velcro).

Pero cuando los polímeros irrumpieron de verdad en el mundo de los pañales fue cuando dos patentes presentadas en 1966 por Carlyle Harmon (de Johnson & Johnson) y Gene Harper (de Dow) describieron lo que hoy en día se conoce como polímeros superabsorbentes (SAPs), materiales que, en algunos casos, son capaces de retener agua hasta mil veces su propio peso, aunque los usados en pañales andan entre 30-50 veces. Constituidos, generalmente, por un polímero denominado poliacrilato de sodio pero con mucha "música" más que se guardan celosamente los fabricantes, el truco consiste en encerrar ese material en una cubierta de material celulósico, habilitando así un "sumidero" para el agua de la orina y la contenida en las heces, transformando con ello el polímero en un gel que retiene el agua y evita su salida al exterior. Poniendo además dos capas de polietileno o polipropileno (una hacia el exterior y otra hacia la piel) tenemos los pañales actuales, que se venden como rosquillas, dadas las necesidades de la práctica totalidad de los recién nacidos y de muchas (cada vez más) personas de edad. Por solo dar algún dato en este caso y en el país con mayor proporción de ancianos, Japón, el mercado de los pañales para adultos superó al de pañales para niños en 2011 y en el momento actual supone una cifra de negocio de más de dos mil millones de dólares anuales, un 20% del mercado global de pañales para adultos.

A nadie se le escapa que esa progresiva implantación de los pañales en los ámbitos que acabamos de mencionar tiene la contrapartida de que, globalmente, entre 20 y 25 millones de toneladas de pañales desechables son quemados o depositados en vertederos cada año. Aproximadamente, el 80% de ellos está constituido por agua, lo cual no es una buena noticia para las dos posibles formas de deshacerse de tan molesto residuo. En el caso de los vertederos (cada vez peor vistos y progresivamente eliminados) porque ese agua puede dar lugar a lixiviados poco recomendables en combinación con las heces también contenidas en los pañales. En el caso de las incineradoras, porque ese aporte de agua hace que el rendimiento calorífico de esas ingentes cantidades de pañales desechables los hagan poco deseables como combustible de las nuevas instalaciones, cuyo objetivo es generar energía a base de la quema de desechos.

Así que hay mucha gente pensando en cómo resolver el problema. Además de procurar usar cada vez menores cantidades del polímero superabsorbente, empleando variantes del mismo con mayores capacidades de absorción, de usar cubiertas internas y externas más delgadas y cantidades menores de celulosa (dentro de lo posible) en la parte central de nuestro pañal, el Ministerio japonés de Infraestructuras ha urgido recientemente a las empresas niponas a buscar métodos para eliminar el agua y las heces de la forma más eficiente posible e incorporarlas a los flujos de aguas residuales, como fase previa para poder recuperar el polietileno, el poliacrilato sódico y la celulosa, tratando de buscar asi "segundas vidas" para esos materiales o, si no fuera posible, incinerarlos con mayores rendimientos energéticos. También en Euskadi hay proyectos que se han centrado en esa idea, como el llamado Proceso Birzifar de la empresa de Ordizia Birzitek Waste Engineering.

Claro que siempre hay una solución radical. Dejar de usar pañales desechables. Basta darse una vuelta por internet para ver cómo han proliferado los grupos que abogan por volver a los pañales de tela y abandonar esas auténticas piezas de tecnología que son los pañales modernos a base de SAPs. La mayor parte de las páginas que he leído con ese sesgo son de madres jóvenes que ya lo aplican con sus niños. Hay, incluso,un mercado emergente sobre estos "nuevos" pañales de tela. Sobre los pañales para viejos se escribe poco. Pero tengo en mi entorno próximo personal sanitario, de cierta edad, que no quisieran volver a la situación de atender viejos provistos con pañales del siglo pasado. Y, por lo que me puede tocar, yo tampoco.

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Viejas y nuevas espumas de café

No se puede decir que sea un adicto al café. Mi dosis se limita a uno (largo) por la mañana y otro (más corto) tras la comida. Pero soy un seguidor contumaz de todo lo que tenga que ver con la Química del café y de ello hay constancia en una serie de entradas que podéis obtener con solo escribir en el buscador de arriba a la izquierda la palabra café (importante el acento). En una taza de ese brebaje hay cientos, rondando los miles, de moléculas químicas distintas, provenientes tanto del grano original desarrollado en muchas plantas de café (o cafetos) como de los procesos relacionados con su consumo. Sobre todo del proceso de tostado a altas temperaturas (por encima de 200ºC) en el que, merced a una serie de complejas reacciones químicas, entre las que se encuentran las varias veces mencionadas reacciones de Maillard, se generan un gran número de las sustancias que acaban en una taza de café. Algunas, como la acrilamida, no son precisamente angelitos de la Virgen.

En la más antigua de las entradas sobre la Química del café en este Blog, se hacía referencia a un artículo publicado en Scientific American en 2002 y firmado por Ernesto Illy, Director General hasta su fallecimiento en 2008 de Illycaffé, una empresa muy conocida en el mundo cafetero, radicada en Trieste y fundada por su padre en 1933. Don Ernesto, como todo el mundo le conocía, era Doctor en Química y había completado sus estudios con temas de Biología Molecular.

Por una serie de razones que quedarán claras al final de la entrada, me he tenido que leer otro interesante artículo de Don Ernesto. Este, publicado en la revista Food Biophysics en 2011, es un artículo póstumo de nuestro autor que, como digo, falleció en 2008. El artículo en cuestión tiene que ver con la formación de la llamada crema de un espresso a la italiana, esa espuma que se forma cuando un buen barista prepara un café en una adecuada máquina. Con independencia de los muchos bulos que corren sobre la correcta preparación del mismo y de las disputas entre los negacionistas del papel de la crema en un buen espresso y de los que le conceden todo tipo de inherentes cualidades, nuestro Don Ernesto y Luciano Navarini (otro conocido experto de la Ciencia del Café) dedican su artículo a explicar la Química y la Física de la formación de una correcta crema o espuma de café.

Como ya explicábamos hace tiempo, la formación de una espuma en un líquido es el resultado de introducir un gas en ese líquido y conseguir que las burbujas derivadas del gas introducido se estabilicen al menos por algún tiempo. Y para conseguirlo necesitamos el concurso de una tercera sustancia, el surfactante o emulsificante, una molécula con capacidad para colocarse en la frontera entre el líquido y el gas, estabilizando así cada una de las burbujas de gas que hemos introducido en el líquido. Poca gente sabe, y el artículo mencionado lo cuenta muy bien, que el gas que da lugar a la crema del espresso proviene del anhídrido carbónico, o CO2, formado durante el tostado del café y atrapado en el interior de cada uno de los granos que vamos a moler para preparar un café de máquina. En esa molienda previa, una parte importante del CO2 atrapado se pierde, pero si el lapso de tiempo entre la molienda y la preparación del brebaje se minimiza, aún queda CO2 suficiente para que, a las temperaturas a las que hace pasar agua por el café molido, ese gas se incorpore al espresso y forme burbujas.

Para formar y estabilizar a estas, en lo que llamamos crema, necesitamos el concurso de un surfactante o emulsificante. Parece que, en la formación de la espuma, ese papel lo juegan las proteínas contenidas en el café que, aunque desaparecen en parte debido a las reacciones de Maillard que ocurren en el tostado, aún quedan en porcentajes en torno al 8% en el ulterior café tostado. La estabilidad en el tiempo de esas burbujas parece estar ligada a la existencia de polisacáridos de alto peso molecular como el galactomanano o el arabinogalactano. Proteínas y polisacáridos de este tipo pueden formar complejos con compuestos fenólicos que aparecen durante el tostado y que también juegan su papel en la estabilización de la espuma.

Hace unos días (y aquí viene el porqué de leerme el artículo de la crema), mis amigos del Restaurante Arzak me pidieron opinión sobre la Ciencia detrás de la preparación de una espuma con café que se estaba volviendo viral en internet desde el comienzo de la pandemia. La mejor manera para tener información sobre el asunto es poner Dalgona coffee en Google, lo que te devuelve más de siete millones de páginas relacionadas. El nombre Dalgona viene de una golosina coreana con similar sabor y color que la espuma de la que vamos a hablar ahora. La cosa no es nueva y similares preparaciones como el frappé de café griego o el café batido de los indios tienen décadas de historia.

La preparación es sencilla y basta con batir café instantáneo, agua y azúcar. En este caso, la espuma se forma gracias al aire que introducimos en la mezcla con ayuda de un agitador mecánico y no al CO2 que queda en los granos de café tostado y posteriormente molido del espresso. Pero también aquí, para que la espuma sea estable, necesitamos que las burbujas de aire no colapsen. Igual que ocurre en el espresso, la presencia de proteínas, polisacáridos y otros compuestos es la que asegura la formación y estabilidad de las burbujas constituyentes de la espuma.

Parece, según lo que he visto, que la razón por la que no se puede espumar un café preparado en máquina o mediante filtrado tipo Melitta radica en que ese café contiene una cantidad importante de lípidos, algunos de los cuales, como los ácidos grasos, desestabilizan la superficie de las burbujas al competir en ella con las proteínas emulsificantes, haciendo que sea difícil crear la espuma. Eso también lo cuentan con detalle Illy y Navarini en su artículo sobre la crema del espresso. Y en el contenido en esos lípidos parece estar también la razón por la que no todos los cafés instantáneos sean iguales a la hora preparar el Dalgona. Cuando los industriales preparan un café instantáneo tienen dos posibilidades. Partiendo del café en su forma de disolución acuosa (el café normal) hay que quitar el agua para obtener el polvo que llamamos café instantáneo. Para ese secado hay dos alternativas: el secado por pulverización de la disolución en una cámara a alta temperatura o el secado por liofilización en el que, con la ayuda de bajas temperaturas y vacío,  el agua congela y luego sublima. Este segundo procedimiento es más caro pero tiene la característica de eliminar menos volátiles del originario café (lo que intrínsecamente es bueno) pero elimina también menos lípidos, polisacáridos y compuestos fenólicos (algo malo para la confección del Dalgona ya que el espumado en su presencia es más complicado). Así que el café instantáneo más baratito es el que mejor va para el truco.

Se pueden preparar esas espumas sin azúcar pero colapsan mas rápidamente. Ello es debido a que la adición de azúcar produce dos efectos: por un lado aumenta la viscosidad de la mezcla a espumar, lo que retarda el proceso de colapso y, por otro lado, porque minúsculos granos de azúcar se colocan entre burbuja y burbuja de aire y retienen la estructura.

Me dicen los de Arzak que ellos han probado con diferentes concentraciones de café instantáneo y azúcar en agua. Y que, desde un punto de vista organoléptico, hay grandes diferencias. Aunque una mayor cantidad de café hace que haya más proteínas y otros surfactantes en el medio, lo que facilitaría el espumado, el resultado puede saber a rayos.

Estoy seguro de que ellos ya están cerca de la fórmula ideal para ofrecer algo espectacular. Pero no puedo dar más detalles porque eso entra dentro del secreto de sumario.

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