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La síntesis del amoniaco (I)

15 febrero, 2013

El progreso de la humanidad se debe, exclusivamente al progreso de las ciencias naturales, no a la moral, la religión o la filosofía.

— Justus von Liebig. Carta a Schoenbein, 1 de agosto de 1866

En este año 2.013 se cumplen cien años de un hecho que, para muchos, pasará desapercibido pero que tuvo una importancia clave para la humanidad y que es una muestra de la aplicación de la ciencia al desarrollo humano. Ese hecho no es otro que la inauguración, en 1.913, en la ciudad alemana de Oppau, de la primera planta de producción de amoníaco (NH3) explotada por la empresa BASF.

La inauguración de la planta de Oppau supone, en la práctica, el inicio de la industria de fertilizantes sintéticos que tiene una importancia fundamental en el desarrollo reciente de la humanidad. De acuerdo a los datos de la Asociación Internacional de la Industria de Fertilizantes (IFA), en el año 2.010, la producción mundial de amoniaco, alcanzó cerca de los 160 millones de toneladas con un crecimiento medio, a lo largo de los siete años anteriores, de casi un 2%. Comparar estos datos con las 7.200 toneladas de amoniaco que se produjeron en Oppau durante el primer año de funcionamiento de la planta, nos permite damos cuenta del crecimiento que ha experimentado esta industria que es clave para la sostenibilidad de una población de 7.000 millones de personas.

El objetivo de este post que, por razones de espacio, dividiré en dos entregas, es proporcionar un repaso a la historia del conocimiento científico del nitrógeno y su papel fundamental en relación con la producción de alimentos. Esta historia termina, en realidad, con la inauguración de la planta de Oppau y la posterior concesión del premio Nobel de Química, en el año 1.918, al químico alemán Fritz Haber por haber descubierto el proceso de fijación de nitrógeno atmosférico.

La agricultura es, con toda seguridad, una de las actividades más importantes de la humanidad. Si consideramos que los seres humanos llevan sobre la tierra unos pocos millones de años, los orígenes de la agricultura son relativamente recientes, hace unos 10.000 años. La agricultura es una actividad clave en la transición de grupos nómadas de cazadores-recolectores a sociedades sedentarias lo que posibilita la división de trabajo, el crecimiento de la población y el desarrollo de la economía y el comercio. Salvo en los últimos doscientos años, la agricultura, no ha sido objeto de un conocimiento científico sistemático. Las técnicas empleadas en la agricultura a comienzos del siglo XIX eran prácticamente las mismas que las empleadas por los romanos dos milenios antes.

Por otra parte, el nitrógeno se descubre en el último tercio del siglo XVIII. Su descubrimiento es asignado al químico escocés Daniel Rutherford (1.749 – 1.819) aunque se considera que se descubrió simultáneamente por Carl Wilhelm Scheele (1.742 – 1.786) y Henry Cavendish (1.731 – 1.810). El nitrógeno, en su forma molecular, es un gas incoloro e inodoro que constituye la mayor parte de la atmósfera (un 78%) y que, a diferencia de su vecino de tabla periódica, el oxígeno, es muy poco reactivo. El nitrógeno es un elemento fundamental para la vida ya que es un constituyente de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Se estima que cada persona adulta contiene en su cuerpo aproximadamente 1Kg de nitrógeno.

En el tránsito entre el siglo XVIII y XIX surge quizás la primera figura que aborda el estudio de la agricultura desde un punto de vista sistemático y científico y que no es otro que el químico suizo Nicolas-Théodore de Saussure (1.767 – 1.845) que, entre otras cosas, demuestra que las plantas, en presencia de luz, absorben dióxido de carbono y desprenden oxígeno. Es decir, de Saussure demuestra, de forma práctica, la existencia de la fotosíntesis. Poco después, el químico francés Jean-Baptiste Bossingault (1.802 – 1.887) realiza una serie de experimentos y descubre que es el nitrógeno el que está detrás del incremento de productividad de los suelos debido a la rotación de cultivos. Sin embargo, Bossingault cree, erróneamente, que las plantas toman el nitrógeno del aire al igual que el dióxido de carbono.

A mediados del siglo XIX se produce un gran avance en el conocimiento científico aplicado a la agricultura y que vendría de la mano del químico alemán Justus von Liebig (1.803 – 1.873). Liebig, que es considerado por muchos el padre de la química agrícola, descubrió, entre otras cosas, el papel esencial del nitrógeno en la nutrición vegetal y demostró que las plantas, contrariamente a lo que se pensaba entonces, obtenían el nitrógeno del suelo y no de la atmósfera. Liebig determinó que las plantas no podían cubrir sus necesidades de nitrógeno con el nitrógeno atmosférico y que, por lo tanto, necesitaban un aporte de nitrógeno en otras formas: como amoniaco, sales nitrogenadas o restos de animales y vegetales. Liebig popularizó la conocida como Ley del Mínimo, formulada inicialmente por el botánico Carl Sprengel (1.787 – 1.859), que, en esencia, afirma que el crecimiento vegetal está condicionado, no por la totalidad de nutrientes disponibles para la planta, sino por aquel nutriente que es más escaso con respecto a las necesidades (factor limitante).

El problema que presenta el nitrógeno es que, en las formas fijadas que son asimilables por las plantas, es un elemento muy soluble y que es muy móvil en el suelo por lo que es necesario un aporte constante de este elemento para evitar el empobrecimiento del suelo y la baja productividad de las cosechas. Antes del desarrollo del proceso de fijación industrial del nitrógeno atmosférico, las únicas fuentes disponibles de nitrógeno para la asimilación por parte de las plantas eran el producido por oxidación del nitrógeno atmosférico causado por las descargas eléctricas de tormentas, el fijado de forma biológica por determinados microorganismos (diazotrofía) o el aportado por el hombre a los suelos en forma de restos orgánicos o el procedente del empleo del salitre. Desde la edad media se conocía que la rotación de cultivos empleando leguminosas o alfalfa mejoraba la producción de las cosechas pero, se desconocía que era la fijación de nitrógeno por bacterias del género Rhizobium la que causaba este fenómeno.

Como he citado antes, una de las fuentes de nitrógeno empleadas en la fertilización de los suelos desde las primeras décadas del siglo XIX era el salitre. El salitre se extrae de los yacimientos de caliche (palabra quechua que significa sal) que se encuentran en el norte de Chile y que son restos de deposiciones de aves  resultantes de la evaporación de un lago salino preexistente en la zona. Al parecer, le explotación industrial de los yacimientos de caliche se debe al naturalista austriaco Tadeo Haenke que, en 1.809, desarrolló el proceso para la obtención de nitratos a partir del caliche. El salitre, que consiste fundamentalmente en nitrato sódico (NaNO3), fue, durante más de un siglo, la única fuente de nitratos para la fertilización existente y los que somos lo suficientemente mayores, todavía recordamos los carteles de Nitrato de Chile realizados con azulejos y fijados a las paredes de las casas de los peones camineros.

Sin embargo, las reservas de caliche aunque importantes son limitadas y se convirtieron en un activo estratégico que fue causa de guerra (Guerra del Pacífico 1.879 – 1.883) entre Chile (apoyado por el Reino Unido) por una parte y Perú y Bolivia por la otra.

Para apreciar mejor el carácter estratégico que alcanzaron los yacimientos de caliche es necesario retroceder un poco en el tiempo: en 1.798, el británico Thomas Malthus (1.766 – 1834) en su “Primer ensayo sobre la población” escribe:

La población, en ausencia de otros condicionantes, crece en razón geométrica. La producción de alimentos crece sólo en razón aritmética. Un cierto conocimiento de aritmética muestra la inmensidad del poder de la primera de estas fuerzas en comparación con la segunda.

Lo que puesto en otras palabras viene a significar que, de acuerdo a Malthus, el mundo alcanzaría un punto en el que la producción de alimentos no sería suficiente para satisfacer las necesidades de la población. Si bien el aporte de salitre y el inicio de la mecanización en la agricultura permitieron retrasar el límite de Malthus, en 1.898, Sir William Crookes (1.832 – 1.919), a la sazón presidente de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, advertía, a los miembros de esa asociación, que la producción de nitrógeno fijado para uso agrícola estaba alcanzando un punto en el que no era suficiente para cubrir las necesidades y que de no encontrarse otras fuentes de nitrógeno fijado, la humanidad alcanzaría, en el siglo XX, el límite de Malthus.

En el próximo post veremos como, en apenas quince años desde la advertencia de Crookes se logró poner en marcha una planta de producción de amoniaco a partir del nitrógeno atmosférico.


  1. 15 febrero, 2013 en 9:58

    ¿El salitre son restos de deposiciones de aves? Creo que estas confundiendo salitre con guano.

  2. 15 febrero, 2013 en 10:03

    Tienes razón. Corrijo. El salitre son depósitos de nitratos resultantes de la evaporación de un lago existente en la zona norte de Chile. El guano son las deposiciones de las aves.

  3. 15 febrero, 2013 en 18:02

    “El progreso de la humanidad se debe, exclusivamente al progreso de las ciencias naturales, no a la moral, la religión o la filosofía.” Pienso que esa frase resume fielmente gran parte de lo que muestra el artículo: la forma en que los avances científicos se entrelazan con los eventos históricos (económicos, políticos, etc). Muy interesante, espero la segunda parte =D

    [Un detalle: cuando se escriben fechas, los años se van sin puntos http://buscon.rae.es/dpd/?key=fecha&origen=REDPD ]

    Saludos! =)

  4. Nelson
    15 febrero, 2013 en 19:33

    La parte triste de esta historia es que Chile cayó en una profunda depresión económica por culpa de este descubrimiento, y la prosperidad del norte se volvió desolación en cosa de meses, ni siquiera años. Tres países sembraron el desierto con sus muertos en una guerra por el control del recurso, y aquí que apenas saboreado el sabor de la victoria, ¡llegan los alemanes y nos joden!
    A veces pienso en los países petroleros, y la que les espera cuando el crudo, o bien se agote, o bien quede obsoleto por otros recursos. Hoy, mi país vive principalmente del cobre, mientras algunos españoles viven de nuestros recursos eléctricos. En fin, la vida da más vueltas que un trompo.

  5. 16 febrero, 2013 en 14:34

    excelente historia!!! Esperamos el siguiente capítulo!!!

  6. Anónimo
    18 febrero, 2013 en 13:39

    Sí que es interesante, aunque mi interpretación es que al final el progreso de la humanidad es autosuficiente: no se debe al progreso de las ciencias, es el progreso de las ciencias el que responde a necesidades previas, como todo, nuestro progreso se debe a querer algo que está más allá de lo que ya logramos. Espero el siguiente capítulo, incluso sabiendo cómo termina..!

  7. 22 febrero, 2013 en 15:12

    Me parece que tu interpretación está un poco fuera de línea aún cuando has querido darle un tinte filosófico. ¿En qué sentido es “la humanidad” autosuficiente? La humanidad, sin ciencia, ¿Cómo estaría? Con toda su autosuficiencia seguramente estaríamos empezando a saltar la divisoria de la era paleolítica. Además, el progreso no es “querer algo”, el progreso es logro, consecución, satisfacción de carencias o deseos. Algunas personas detestan la ciencia porque esta les destruye sus creencias antinaturales y/o irrazonables. Y si es “el progreso de las ciencias el que responde a necesidades previas”, ¿Quién está solucionando el problema, la ciencia o la autosuficiencia humana?

  8. 23 febrero, 2013 en 22:57

    Con todos estos recortes a las investigaciones científicas por parte de países “desarrollados”, llegara la solución a tiempo de tener energía limpia y sostenible antes de que tengamos el agua hasta el cuello por el derretimiento de los polos?

  9. Anónimo
    23 mayo, 2013 en 15:29

    excelente artículo, bien planteado y documentado.

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