Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

De la vieja cordita a los nuevos biocombustibles

Las biografías de los químicos Christian Friedrich Schönbein (1799-1868) y Chaim Weimann (1874-1952) coinciden en sus descubrimientos relacionados con el explosivo cordita. Ahora todas aquellas investigaciones alcanzan actualidad ya que, basadas en ellas, investigadores de las Universidades norteamericanas de Berkeley y Urbana Champaign han desarrollado un proceso para obtener industrialmente, posiblemente en pocos años, nuevos biocombustibles ecológicos, más energéticos que el bioetanol.

De la vieja cordita a los nuevos biocombustibles
::Alex

 

Las biografías de los químicos Christian Friedrich Schönbein (1799-1868) y Chaim Weimann (1874-1952) coinciden en sus descubrimientos relacionados con el explosivo cordita. Ahora todas aquellas investigaciones alcanzan actualidad ya que, basadas en ellas, investigadores de las Universidades norteamericanas de Berkeley y Urbana Champaign han desarrollado un proceso para obtener industrialmente, posiblemente en pocos años, nuevos biocombustibles ecológicos, más energéticos que el bioetanol.
 
SCHÖNBEIN Y WEIZMANN
Schönbein fue un gran químico germano-suizo. En 1838, descubrió los principios de la pila de combustible. En 1840, siendo profesor en la Universidad de Basilea, Suiza, curioso ante el olor previo a las tormentas llegó al descubrimiento del ozono (del griego ozein, oler). En otra ocasión, realizando un experimento en la cocina de su casa, al destilar una mezcla de ácido sulfúrico y ácido nítrico un poco de líquido se vertió sobre la mesa. Schönbein lo secó rápidamente con un delantal de algodón de su esposa. Puesto a secar sobre una estufa improvisadamente el delantal detonó y desapareció. La mente científica de Schönbein descubrió que lo sucedido era que se había producido un nuevo compuesto muy explosivo: la nitrocelulosa. Los grupos nitro (procedentes del ácido nítrico) servían como una fuente interna de oxígeno, y la celulosa, al calentarse, se oxidaba por completo en un instante. Esta nitrocelulosa, adicionada de acetona constituyó la cordita.
 
Weizmann nació en Motal, pueblo perteneciente entonces al Imperio Ruso. Se convirtió en ciudadano británico en 1910. Fue presidente de la Organización Sionista y, también, primer presidente del estado de Israel. Creó el prestigioso Instituto Weizmann para la Ciencia, en Rehovot, Israel. Pero en el contexto de nuestros comentarios de hoy lo más destacable es su trabajo como químico tras un doctorado con honores, en 1899, en la Universidad suiza de Friburgo. Siendo profesor en la Universidad de Manchester, alcanzó la fama al descubrir cómo usar la fermentación bacteriana para producir productos de interés industrial (“sistema ABE”). En concreto, usó la bacteria Clostridium acetobutylicum (conocida posteriormente como “organismo de Weizmann”) para obtener acetona. 
 
CORDITA
Friedrich Schönbein había comprendido bien el significado del descubrimiento de la nitrocelulosa, a la que denominó algodón pólvora y su posible uso como propulsor en los proyectiles de artillería. La pólvora negra ordinaria presentaba muchos problemas ya que explotaba con un gran humo espeso, ennegreciendo y ensuciando cañones y armas, y  oscureciendo el campo de batalla. Sin embargo, los intentos de fabricar algodón pólvora para fines militares fracasaban debido al peligro de explosiones en las factorías. Pero, en 1891 los químicos Dewar y Abel consiguieron preparar una mezcla segura tomando como base el algodón pólvora (64%), con la adición de un 30% de nitroglicerina, un 5% de vaselina, y otro imprescindible 1% de acetona. El producto resultante podía prensarse en largas cuerdas por lo que recibió el nombre de cordita. Al explosionar, los gases resultantes eran invisibles (“pólvora sin humo”). 
 
Al inicio de la Primera Guerra Mundial la producción de acetona se realizaba rudimentariamente por la industria mediante destilación destructiva de madera. Ello constituía un freno para la gran cantidad de cordita que demandaban los ejércitos, pues este explosivo sólo producía una leve niebla gris azulada, permitía a los francotiradores disparar sin descubrir su posición, no ensuciaba los cañones de fusiles y piezas de artillería y no oscurecía el campo de visión de quien manejaba una ametralladora. Winston Churchill, Primer Lord del Almirantazgo, fue consciente del problema  apostando por el método del joven Weizmann, basado en la fermentación de maíz por la bacteria anaerobia Clostridium acetobutylicum. A comienzos de 1915 (casi el inicio de la Primera Guerra Mundial) ya se inauguraba en Inglaterra la primera fábrica piloto de producción de acetona para usarla en la obtención de cordita. El proceso funcionó durante unos años hasta que ocurrió la escasez de grano debido a la ofensiva submarina alemana contra el suministro de maíz norteamericano. 
 
Como alternativa, el método Weizmann se aplicó con éxito a las castañas silvestres, muy abundantes en Gran Bretaña, cuya recolección se encomendó a los escolares. Los diarios de la época incluían cartas de lectores que hablaban de vagones de tren llenos de castañas llegando a sospecharse que alguien se aprovechaba del trabajo infantil. Ante una pregunta en el Parlamento, la justificación ministerial fue para  “ciertos propósitos”.
 
Weizmann tenía acceso directo a Balfour, Secretario de Relaciones Exteriores Británico, y la leyenda dice que el almirantazgo le había ofrecido a Weizmann el premio que pidiera, y que su petición fue la de un estado judío.
 
La historia del método Weizmann de producción de acetona finalizó cuando fue posible su obtención a partir del petróleo, aunque de nuevo, en la Segunda Guerra Mundial, fuera utilizado otra vez. La última factoría de EEUU que usaba este proceso cerró en 1965, pero en Sudáfrica siguió siendo un proceso competitivo hasta los años ochenta.
 
BIOCOMBUSTIBLES
Ahora, los investigadores ya citados, según un trabajo publicado recientemente en la revista Nature, han aplicado el procedimiento anaerobio fermentativo original de Weizmann con la bacteria Clostridium acetobutylicum para transformar los carbohidratos de materiales vegetales en una mezcla de acetona, butanol y etanol. Como material de partida se puede usar sacarosa, glucosa o almidón, pero se podrían utilizar también  deshechos vegetales, aserrín de la manufactura de maderas, etc. Lo que han desarrollado estos científicos es un nuevo y eficaz método para extraer la acetona y el butanol del resto de productos. Normalmente el sistema de destilación consume mucha energía, pero en ellos han introducido como variante un disolvente especial que es una mezcla de varios compuestos, principalmente gliceril tributirato. El  disolvente no daña las bacterias y éstas pueden seguir con su transformación de azúcares en combustibles. Como el disolvente es liposoluble la separación es sencilla y, globalmente  sólo necesita un 10% de la energía usada en el proceso alternativo clásico de destilación.
 
Una vez separados la acetona y el butanol se pueden combinar de distintas maneras solos o entre sí, mediante el uso adecuado de catalizadores para obtener distintos productos, tanto hidrocarburos ligeros para motores de gasolina, hidrocarburos más pesados para motores diésel, o bien hidrocarburos ramificados para motores de aviación. Entre los catalizadores usados que resultan más eficaces se encuentra el paladio, que es un metal caro, aunque no se consume en el proceso.
Más en:
http://newscenter.berkeley.edu/2012/11/07/discovery-resurrects-process-to-convert-sugar-directly-to-diesel/