El proceso químico inventado para fabricar explosivos que hoy sustenta a un tercio de la población mundial

Si reseño el término Proceso de Haber y lo acompaño de palabras descriptivas como industria, amoníaco, nitrógeno, fertilizante y consumo energético, es casi inevitable que a la mayoría se le venga a la mente la imagen de fábricas trabajando a destajo, lanzando columnas de humo al aire por sus largas chimeneas y, en suma, contaminando el entorno. Y algo de eso -o mucho- hay, por supuesto. Pero, paradójicamente, también tiene efectos positivos, fundamentales de hecho, y no me refiero sólo a la economía o el trabajo que genera.

Para ser exactos, ese proceso se llama de Haber-Bosch porque sus creadores fueron Fritz Haber y Carl Bosch, dos químicos alemanes que en 1910 colaboraron mano a mano para desarrollar un sistema de producción de amoníaco a través de una reacción de dinitrógeno y dihidrógeno atmosféricos, inducida mediante un catalizador metálico a altas temperatura y presión. El invento tenía gran importancia por la dificultad que había hasta entonces para producir amoníaco a escala industrial, ya que los sistemas existentes hasta entonces, como el Birkeland-Eyde o el Frank-Caro, no resultaban eficientes.

Fritz Haber y Carl Bosch/Imagen: ZdBdLaLaLa en Wikimedia Commons

¿Y por qué era necesario tanto amoníaco? Actualmente diríamos que porque es el componente básico de los fertilizantes. Sin embargo, en aquellas primeras décadas del siglo XX el objetivo era la producción de explosivos y municiones. En ese sentido, Alemania tenía un interés especial debido a la carrera armamentística en que estaba inmersa ante la cada vez más inevitable guerra que se avecinaba y que, cuando por fin estalló, supuso una limitación de materias primas para la industria armentística germana, ya que los Aliados bloquearon sus importaciones de salitre desde Chile (las empresas eran británicas).

En realidad, la creciente demanda de amoníaco y nitratos no era sólo teutona sino mundial ya desde el siglo anterior. Como decíamos antes, existe una importante fuente de nitrógeno, nuestro propio aire, en el que ese elemento constituye el 87%, pero es tan estable que resulta complicado hacerlo reaccionar con otros productos químicos; por eso lograr su conversión era todo un reto para la ciencia. Fritz Haber fabricó un instrumento de alta presión con el que consiguió producir amoníaco a partir del aire gota a gota y en 1909 lo presentó oficialmente.

Trabajadores de las salitreras chilenas en 1876/Imagen: dominio público en Wikimedia Commons

La empresa teutona BASF adquirió el invento para aplicarlo a escala industrial, siendo Carl Bosch el encargado de hacer esa adaptación al año siguiente e iniciándose la fabricación de amoníaco en 1913. El éxito quedó patente cuando se empezó a obtener una veintena de toneladas diarias que permitieron producir municiones en la cantidad deseada. Así, Alemania pudo afrontar la Primera Guerra Mundial sin depender de nadie mientras las ventas de salitre chileno, por cierto, se reducían dos tercios y su precio se desplomaba.

Acabada la contienda se apartaron posibles prejuicios y se impuso la justicia académica: los trabajos de Haber y Bosch formaron parte de los méritos, ampliados posteriormente con investigaciones sobre otros temas, que les supusieron la concesión del Nóbel de Química en 1918 y 1931 respectivamente. Cabe decir que Haber, orgulloso patriota, había participado en el desarrollo del gas dicloro usado en la Segunda Batalla de Ypres y el Frente Oriental; en cambio, se negó a trabajar para los nazis porque, aunque cristiano, era de ascendencia judía (irónicamente, éstos usaron sus gases para la Solución Final). Bosch, tampoco quiso tratos con ellos.

Ataque alemán con gas en el Frente Oriental. El dicloro formaba una nube verde siniestra pero fácilmente detectable, de ahí que se fuera sustituyendo por fosgeno e iperita/Imagen: Bundesarchiv. Bild, en Wikimedia Commons

Los tiempos han cambiado y hoy en día el uso principal del Proceso de Haber es la elaboración de amoníaco destinado a fertilizantes. Para ello, el nitrógeno y el hidrógeno (éste se obtiene del metano del gas natural en un catalizador de níquel que separa los átomos de carbono e hidrógeno) se combinan a unos 400º o 500º de temperatura y entre 150 y 300 atmósferas de presión. El catalizador general original, osmio, se sustituyó luego por uranio, que es más abundante, pero ahora se usa uno a base de magnetita (polvo de hierro sometido a oxidación), que reduce los costes.

Hasta que Haber ideó su sistema, los fertilizantes industriales se fabricaban mediante el Proceso de Cianamida, inventado en 1898 por Adolph Frank y Nikodem Caro (de ahí que también se denomine Proceso Frank-Caro). Consistía en una reacción exotérmica (es decir, productora de energía) de carburo de calcio con nitrógeno que se llevaba a cabo en grandes cilindros de acero calentados a un millar de grados de temperatura, lo que originaba dos cosas: por un lado, carbono; por otro, nitrolim (una mezcla sólida de cianamida cálcica, unos cristales blancos e inodoros que eran la base de los fertilizantes).

Diagrama del Proceso de Haber-Bosch/Imagen: Sven en Wikimedia Commons

El problema estaba en que ese método requería el consumo de enormes cantidades de electricidad y una ingente mano de obra, por lo que la difusión del Proceso de Haber lo relegó a un segundo plano. Todavía se usa pero es el otro el que verdaderamente se lleva la parte del león en el sector industrial, con una producción de cerca de 450 millones de toneladas anuales. Ello requiere, por contra, el uso de entre un 3% y un 5% del gas natural mundial, que aproximadamente supone de un 1% a un 2% del suministro energético del planeta.

El dato podría parecer totalmente negativo, máxime si se añaden otros derivados como que únicamente el 17% del amoníaco fabricado se consume, quedando el resto en la tierra, el aire o el agua; algo que, según algunos estudios, ha alterado el ciclo natural del nitrógeno. Así, más de la mitad del amoníaco y los nitratos terminan extendiéndose por el suelo y, por escorrentía, pasan a ríos y mares afectando a sus hábitats biológicos al proporcionarles un exceso de nutrientes. Eso hace que algas y bacterias proliferen al estar tan bien alimentadas, consumiendo el oxígeno que otras especies necesitan. Es lo que se conoce como eutrofización.

Eutrofización intensa en la parte norte del Mar Caspio/Imagen. dominio público en Wikimedia Commons

De hecho ocurre algo parecido en la atmósfera alterando su balance, pues el exceso de nitrógeno enriquece el ozono de la troposfera y reduce el de la estratosfera. Viendo el vaso medio lleno, el mayor porcentaje de nitrógeno en el aire favorece la captura de CO2 en grandes masas forestales. Es más, a todas esas pegas se les puede añadir una segunda lectura bastante más positiva, relacionada con el crecimiento y alimento de la población mundial: el uso de esos fertilizantes ha cuadruplicado la productividad de las tierras de labranza en el último siglo, permitiendo que éstas ocupen menos del 15% del total de superficie de la Tierra.

Ello ha repercutido, también es cierto, en una explosión demográfica que ha hecho aumentar el número de habitantes de 1.600 millones en 1900 a los impresionantes 7.000 millones de hoy. Pero gracias a los fertilizantes, agricultura y ganadería han alcanzado cotas tan importantes que sustentan a un tercio de los seres humanos del planeta, pues de lo contrario la tierra no sería suficientemente productiva.

Fuentes: HABER & BOSCH. Most influential persons of the 20th century (according to Nature, July 29 1999) (Jürgen Schimdhugen)/Enriching the Earth. Fritz Haber, Carl Bosch and the transformation of world food production (Vaclav Smil)/Armas químicas. La ciencia en manos del mal (René Pita)/Fritz Haber. Chemist, Nobel Laureate, German, Jew (Dietrich Stoltzenberg)/Detonator of the population explosion (Vaclav Smil en Nature)/Wikipedia