Amoniaco, la sustancia que cambió el mundo

Ni la electricidad, ni el binomio informática-Internet, ni siquiera la televisión. Lo que realmente cambió la marcha del siglo XX fue el amoniaco. Es lo que defienden algunos científicos que celebran estos días el centenario de la síntesis del NH3, un compuesto de tres átomos de hidrógeno y uno de nitrógeno. Como fertilizante, el amoniaco ha sostenido la alimentación de miles de millones de personas pero, como explosivo, está implicada en la muerte de 150 millones. 

El 13 de octubre de 1908, el químico alemán Fritz Haber registró la patente del amoniaco. Por primera vez se conseguía solidificar el nitrógeno de forma eficaz y estable. Los científicos sabían que era el nutriente básico de las plantas, pero su estado gaseoso (supone el 78% de la atmósfera) impedía aprovecharlo. A comienzos del siglo pasado, las únicas formas sólidas de nitrógeno en estado natural eran el guano peruano y el salitre o nitrato de Chile. Pero su producción era insuficiente para satisfacer las demandas de la agricultura moderna.

Lo que patentó Haber fue un proceso por el que obtenía NH3 de la combinación de hidrógeno y nitrógeno a alta temperatura y presión en presencia de un catalizador como el óxido de hierro. La inmediata aplicación industrial del sistema por parte de Carl Bosch permitió la independencia agrícola de Alemania cuando, durante la I Guerra Mundial, los aliados bloquearon sus suministros de nitratos orgánicos.

Los dos químicos recibieron sendos premios Nobel por su proceso Haber-Bosch. Hoy en día se producen 150 millones de toneladas métricas al año, el 80% destinadas a alimentar las tierras de cultivo.

El último número de la revista Nature Geoscience publica un artículo titulado Cómo un siglo de la síntesis del amoniaco cambió el mundo. Sus autores ofrecen algunas cifras que destacan la importancia del NH3.

Su aparición provocó un aumento dramático de la productividad agraria mundial. Estiman que el número de humanos soportados por cada hectárea de tierra productiva ha pasado de 1,9 en 1908 a 4,3 un siglo después. Los fertilizantes nitrogenados son los responsables de la alimentación del 48% de la población mundial actual.

De la vida a la muerte

En realidad, la aplicación bélica del amoniaco despertó en los industriales alemanes un interés mucho mayor que su uso como fertilizante ya antes del estallido de las hostilidades en julio de 1914. El bloqueo del suministro exterior alemán realizado por parte de las potencias aliadas no hizo otra cosa que acelerar el desarrollo de las aplicaciones militares del amoniaco. Gracias al proceso Haber-Bosch, el NH3 es oxidado y convertido en ácido nítrico, la base de explosivos como el nitrato amónico, la nitroglicerina y el trinitolueno (TNT).

Alemania, país central y aislado, pudo mantener el esfuerzo bélico durante más tiempo gracias a que el amoniaco permitía alimentar a su población y las balas, proyectiles y bombas de sus soldados. Desde entonces, este compuesto químico se ha convertido en el elemento básico de las municiones. Los autores del artículo afirman que el nitrógeno reactivo está relacionado directamente con la muerte de entre 100 y 150 millones de personas en las guerras que han jalonado el siglo XX.

Larga lista de aplicaciones

La lista de aplicaciones del amoniaco es enorme: tintes para textiles, nuevos materiales como el nylon, alimentación del ganado estabulado, los primeros refrigeradores y aires acondicionados, pinturas, productos de limpieza, extración mineral... Nada de esto habría sido posible, al menos tal como se conoce, sin amoniaco. Como se preguntan los autores del artículo mirando al siglo XXI, "¿habrá otra patente que cambie el mundo como lo hizo la registrada por Fritz Haber hace 100 años?".

Fritz Haber, el padre de la guerra química

En el discurso de aceptación del Nobel de la Academia Sueca, en junio de 1920, Fritz Haber (1868-1934) obvió el papel del amoniaco en la guerra, centrándose en la importancia que tendría para la agricultura y alimentación. Tampoco tocó un tema aún mas espinoso: su papel en la aparición de la guerra química.

El 22 de abril de 1915, en los campos belgas de Flanders, tuvo lugar la segunda batalla de Ypres. Los soldados franceses, británicos y belgas, parapetados en sus trincheras, se vieron rodeados por una nube de 150 toneladas de gas de dióxido de cloro. Los que no murieron, huyeron espantados.

Haber, según su biógrafo, dijo en una ocasión que "si quieres ganar la guerra, entonces haz la guerra química con decisión". Tras la aparente frialdad del químico alemán se esconde su convicción (rescatada después por los defensores de la bomba atómica) de que los agentes químicos podrían acortar el conflicto y, por tanto, reducir el número de muertos.

El químico, de origen judío, se sentía un patriota. En una ocasión dijo que " un científico se debe a su país en tiempos de guerra y a toda la Humanidad en tiempos de paz". Por eso se implicó directamente en el diseño, creación y propagación de los gases tóxicos. Designado capitán de la Wehrmacht, se encargó personalmente de los ataques y la defensa química frente a los gases franceses.

Tras la guerra, Haber volvió a la dirección del Instituto de Física y Electroquímica de Berlín-Dahlem. Reconocido por todo el mundo, dedicó esos años a levantar la ciencia alemana y aliviar la carga económica del derrotado pueblo de su país. Desarrolló un sistema para que los mineros detectaran fugas de gases en la mina. Pero a lo que más tiempo dedicó, hasta 1926, fue a la búsqueda de oro en el mar. Con su conocimiento sobre la presión y los procesos catalíticos, creía firmemente que se podría conseguir el metal precioso del mar para pagar parte de las indemnizaciones de guerra que debía pagar el Gobierno alemán. Pero fracasó en su alocado sueño.

En una de las paradojas más dramáticas y crueles, un grupo de investigadores creó bajo su dirección el Zyklon B, un insecticida basado en el cianuro. El veneno sería usado años más tarde por los nazis en los campos de exterminio. Entre las víctimas estarían varios de sus familiares.

La fe ciega de Haber en la ciencia se percibe en el discurso que pronunció en la inauguración del Instituto Alemán-Japonés: "La ciencia determina la medida de la prosperidad del hombre; su cultivo es la semilla del bienestar de las generaciones futuras".

Con la subida al poder de Hitler, ni siquiera Haber, que tanto había dado por su país, estaba a salvo. El químico se vio obligado a dejar el instituto y abandonar Alemania en 1933. Fallecería en la ciudad suiza de Basilea de un ataque cardíaco un año más tarde y, como dice la biografía de la Fundación Nobel, el corazón roto por el rechazo de la Alemania a la que tanto sirvió.

El impacto ambiental

Solo el 17% del amoniaco usado como fertilizante es consumido por los humanos a través de la comida. El resto acaba en la tierra o en el aire. Según un artículo de Nature Geoscience, las emisiones en ausencia de interferencia humana son de 0,5 kilos por hectárea y año. La agricultura moderna ha multiplicado por 20 esta cifra, lo que ha provocado la alteración del ciclo natural del nitrógeno aunque su impacto global aún no es muy conocido.

Hay dos problemas directamente relacionados con el amoniaco. Uno es el de la eutrofización de las aguas. Los nitratos acaban en mares y ríos, las algas y bacterias se dan un banquete con el exceso de nutrientes y eso acaba con el oxígeno que necesitan otras especies. Por otro lado, el nitrógeno reactivo está alterando el balance atmosférico, enriqueciendo el ozono de la troposfera y reduciendo el de la estratosfera. Eso sí, el amoniaco tiene el efecto positivo de la captura de CO2 en selvas y bosques debido a la mayor presencia de nitrógeno en el aire.

Fertilizantes

La agricultura moderna no habría sido posible sin el concurso del amoniaco. Los nitratos naturales, aún haciendo ricos a los Estados peruano y chileno, no habrían bastado para atender el ‘boom’ que experimentaron los cultivos a lo largo del siglo pasado.
Se estima que la mejora de la productividad de los campos ha soportado al 27% de la población del planeta desde 1908. El corolario de esto es la explosiva superpoblación que el nitrógeno ha alimentado.

Colorantes

El amoniaco se usa en la fabricación de varios tipos de tintes y se aplica al tintado y pulido de algodón, lana y seda.

Siguiendo un mecanismo similar, el amoniaco se usa en soluciones para el tintado permanente del cabello en combinación con el peróxido de hidrógeno. La reacción es inmediata y debe aplicarse enseguida. También la industria farmacéutica lo usa en la elaboración de productos como las medicinas del grupo de las sulfamidas, vitaminas y cosméticos.

Detergentes

El amoniaco está presente o interviene en la mayoría de los productos de limpieza del hogar o industrial, Aunque han aparecido nuevos compuestos libres del NH3, buena parte de los lavavajillas, limpiadores de cristal, fregasuelos o quitapolvos contienen amoniaco o se ha usado en su fabricación. Tanto es así, que algunos amantes del bricolaje apuestan por comprarlo a granel y, con la mezcla adecuada, sustituir casi todos los productos comerciales.

Mundo animal 

El amoniaco, como la urea sintética, también ha puesto su grano de arena en el aumento de la productividad ganadera. Un ejemplo es el enriquecimiento proteínico de los forrajes. El añadido de NH3 a la alimentación del ganado mejora la digestión de la paja al facilitar, en combinación con el agua, la absorción de fibra. Además, el forraje gana en proteínas, al ‘pegarse’ parte del nitrógeno a la fibra. Esta alimentación tiene el efecto secundario de aumentar la emisión de gases.

Explosivos

El amoniaco, más exactamente el nitrato de amonio, es el componente más habitual en los explosivos. Entre los que lo contienen, están algunas variedades de dinamita usada en minas y perforaciones, bombas, torpedos, cabezas de misiles y munición en general. Al mezclarlo con compuestos del carbono y sometido a altas temperaturas, se provoca una violenta reacción. Algunos fertilizantes pueden ser reconvertidos con facilidad en un explosivo.

Nailon y rayón 

El amoniaco no es un componente pero sí un facilitante, un elemento clave en el  proceso de creación  de muchos productos. Sucede con una amplia familia de tejidos o fibras sintéticas producidas a partir de polímeros. El primero de ellos es el rayón, tejido conocido también como viscosa o seda artificial. Las fibras del nailon deben ser tratadas con amoniaco líquido . Otros muchos plásticos deben parte de sus virtudes al NH3.