La química que deberías conocer tras el Apocalipsis
Artículo basado en el libro: "Abrir en caso de apocalipsis: Guía rápida para reconstruir el mundo" de Lewis Dartnell.
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Hoy en día, las sustancias químicas tienen muy mala fama y su reputación es cada vez peor. Tal vez debido a las ingentes cantidades de compuestos químicos que la industria alimentaria ha ido añadiendo a los productos naturales que consumimos (fertilizantes, pesticidas, herbicidas, conservantes…); o debido a la interminable lista de sustancias impronunciables que copan las etiquetas nutricionales de los “alimentos” procesados que ingerimos, el término sustancia química o aditivo químico es algo que aterra a la mayoría. Sin embargo, toda nuestra realidad material está compuesta de sustancias químicas. “Libre de sustancias químicas” rezan muchas etiquetas de botellas de agua, lo cual es una completa falsedad. Primero porque el agua ya es de por sí una sustancia química, y segundo porque toda agua embotellada contiene diversos electrolitos (sustancias químicas), que es lo que la diferencia del agua destilada que usas en tu plancha. Todas nuestras civilizaciones se han construido en torno a las sustancias químicas. Primero, permitiéndonos el desarrollo de la agricultura y la ganadería; luego, mediante su uso para la elaboración de herramientas o sistemas mecánicos que faciliten nuestro trabajo y, finalmente, para construir todos los aspectos materiales de nuestra vida cotidiana. Pero, ¿sabrías cómo conseguir estas sustancias tan vitales si la civilización se acabara? ¿Sabrías obtener estas sustancias en caso de apocalipsis? Si la respuesta es negativa, tranquilo, en este artículo te enseñaré cómo obtener alguna de ellas.
Uno de los grandes hitos de la prehistoria fue el dominio del fuego. Desde entonces, la humanidad ha estado sistemáticamente ligada a la búsqueda, extracción y uso de materiales combustibles con los que calentar nuestro hogar (la palabra hogar deriva del latín clásicos “focus” que significa “fuego” u “hoguera”) y cocinar nuestra comida. De hecho, muchas de las funciones básicas de una civilización se fundamentan en transformaciones químicas o físicas impulsadas por el calor: fundir, forjar y moldear metales; fabricar vidrio; refinar la sal; fabricar jabón; obtener cal; cocer ladrillos, canalones y tejas; blanquear tejidos cocer pan; elaborar cerveza… Si nuestra sociedad se viese retrotraída a lo básico debido a un apocalipsis, nos resultaría complejo atender nuestras necesidades de energía térmica una vez que las reservas de las gasolineras y los tanques de gas se agoten. Además, la mayoría de yacimientos, ya sean de petróleo o de carbón, han sido ampliamente explotados, por lo que volverlos a poner en marcha sería un proceso complejo y tedioso. Eso teniendo en cuenta que el apocalipsis te pille cerca de uno de estos yacimientos, en caso contrario no es ni una posibilidad. Por suerte, junto al apocalipsis vendría el auge de la naturaleza, por lo que en los primeros años o décadas, los bosques volverían a ocupar el espacio que les robó la civilización. Es decir, dispondremos de leña abundante como material combustible, en especial, en el caso de arboledas de especies de crecimiento rápido. Una vez talados, especies como el fresno o el sauce brotarán de su propio tocón en un plazo de 5 a 10 años. Esto proporcionaría una media de 5 a 10 toneladas de madera al año por hectárea de bosque gestionado. Sin embargo, a pesar de que la madera sea un buen combustible para dar calor a una casa, en un proceso en el que quisiéramos recuperar la civilización, necesitaríamos un combustible que produzca mucho más calor que la madera, lo que requeriría la recuperación de una antigua práctica: la producción de carbón vegetal.
Carbón vegetal (Fuente: Wikipedia)
Si quieres producir carbón vegetal debes quemar la madera restringiendo el flujo de aire a fin de limitar la cantidad de oxígeno disponible, de modo que no se produzca una combustión completa, sino una carbonización. Mediante este proceso, las sustancias volátiles como el agua u otras moléculas ligeras son expulsadas de la madera, mientras esa se piroliza, lo que tendrá como resultado unos trazos negros de carbón casi puro. Este carbón no solo arde a una temperatura más elevada que la madera de la que procede, sino que al haber perdido alrededor de la mitad de su peso, es mucho más sencillo de transportar y tendrá una mayor densidad energética. El método tradicional para esta transformación anaeróbica de la madera consiste en construir una pira de troncos con un hueco central abierto, y luego cubrirlo todo con arcilla o tierra vegetal. Luego se prende fuego a través del agujero superior y nos quedamos vigilando el montón durante unos días. Podríamos obtener el mismo resultado si cavamos una zanja, la llenamos de madera y tras iniciar un fuego fuerte, cubrimos la zanja con planchas de metal como las de acero corrugado amontonando tierra encima para cortar el flujo de oxígeno. Este carbón vegetal nos resultará indispensable para la fabricación de cerámica, vidrio o metal. También podríamos tener la suerte de encontrarnos cerca de un yacimiento de carbón mineral, que arde a una temperatura tan elevada como el vegetal. Sin embargo, el carbón mineral es bastante sucio: el humo que desprende puede contaminar los productos que elaboramos como el vidrio o el pan, y sus impurezas sulfurosas hacen el acero frágil y difícil de forjar. El truco par utilizar carbón mineral es someterlo primero a coquización, muy parecido a convertir madera en carbón vegetal.
Como ya hemos mencionado, no necesitamos la combustión de estos materiales solo para generar calor, sino también luz. Y hasta que la civilización restaure las redes eléctricas, tendremos que depender de velas y lámparas. Para su fabricación, lo ideal son los aceite vegetales y las grasas animales. Largas cadenas de carbono con átomos de hidrógeno a los lados cuyos enlaces contienen energía. Durante la combustión, este extenso hidrocarburo se rompe y sus átomos se unen al oxígeno del aire. Los de carbono para formar dióxido de carbono, y los de hidrógeno para formar vapor de agua, mientras que las moléculas se oxidan y liberan un torrente de energía en forma del cálido resplandor de una llama. Una lámpara de aceite puede ser algo tan sencillo como un cuenco de arcilla o una concha. Una mecha fabricada con una fibra vegetal como el lino o un simple junco, que permita ascender el combustible líquido del depósito, que luego el calor de la llama quema y evapora. El queroseno ha sido un combustible líquido común para las lámparas desde la década de 1850 (actualmente se utiliza como combustible de aviones de pasajeros), pero se obtiene de la destilación fraccionada de petróleo crudo, lo que resultaría difícil de producir tras el desplome de la moderna civilización. Lo bueno es que cualquier líquido untuoso vale, desde aceite de oliva o colza, hasta mantequilla clarificada. En el caso de las velas, podemos prescindir hasta del contenedor, ya que el propio combustible se mantiene sólido. Sin embargo, las velas modernas están compuestas de cera derivada del petróleo crudo, y la disponibilidad de cera de abeja siempre será limitada, pero podemos hacer perfectamente una vela funcional con grasa animal derretida. Para ello herviremos unos trozos de carne en agua salada, y retiramos la capa endurecida de grasa flotante de la superficie tras el enfriado. Pero cuidado, la vela de manteca de cerdo es maloliente y muy humeante, pero la de sebo de vacuno o grasa de oveja son pasables. Luego introducimos el sebo derretido en un molde al que añadimos la mecha y, cuando enfríe, ya tendríamos lista la nuestra vela.
Método tradicional de elaboración de carbón vegetal (Fuente: Energía a partir de biomasa)
Una vez tenemos el combustible para obtener calor y luz, la primera sustancia que una sociedad postapocalíptica debería empezar a extraer y procesar por sí misma es el carbonato de calcio. Este sencillo compuesto, junto a sus derivados fácilmente producibles, puede utilizarse para reactivar la productividad agrícola, mantener la higiene y purificar agua potable, fundir metales y fabricar vidrio; por no hablar de que es un material del que se pueden obtener los reactivos necesarios para reactivar la industria química. El coral y las conchas marinas constituyen fuentes muy puras de carbonato cálcico, al igual que la creta, una roca sedimentaria formada por la acumulación de restos de organismos marinos (principalmente cocolitóforos) que podemos encontrar en estructuras tan bellas como los acantilados de Dover. Sin embargo, la fuente más extendida de carbonato de calcio es la roca caliza. Por suerte, es una roca relativamente blanda por lo que se puede extraer de una cantera con picos, martillos y cinceles. El carbonato cálcico se utiliza como “cal agrícola” para acondicionar los campos cuando presentan un pH ácido. En estos suelos ácidos, los nutrientes como el fósforo, el potasio o el magnesio están menos disponibles para las plantas, pero al encalar el suelo (añadir carbonato cálcico) y subir el pH, estos elementos se vuelven más disponibles. Del mismo modo, en los suelos muy ácidos aumenta la solubilidad de algunos elementos tóxicos como el aluminio y el manganeso, con el encalado esta solubilidad baja y los suelos se vuelven menos tóxicos. Abonando los campos con carbonato cálcico, podemos mejorar la productividad de los cultivos en los que usamos fertilizantes, ya que estos suelen tender a bajar el pH volviéndolo más ácido.
Otro de los usos que podemos dar a este carbonato cálcico no se centra en la propia molécula sino en uno de sus derivados. Si calentamos el carbonato a una temperatura elevada (unos 900 ºC) en , por ejemplo, un horno de cerámica, obtendremos carbono dióxido y óxido de calcio, comúnmente conocido como cal viva. Gracias a la cal viva, se evitan la propagación de enfermedades y se puede controlar el hedor. También podemos coger esta cal viva y mezclarla con agua para producir hidróxido de calcio, también conocido como cal muerta o apagada. Este compuesto puede emplearse para procesar aguas residuales ayudando a que las partículas suspendidas en estas aguas se junten para formar un sedimento, dejando el agua clara para un tratamiento posterior. Del mismo modo, mezclando esta cal apagada con arena y agua, podemos obtener un mortero que podríamos usar en construcción par unir ladrillos. Pero, ¿cómo obtenemos la cal viva (y luego la muerta) a partir de la roca caliza? Para empezar debemos cocer la caliza en el centro de una gran hoguera situada en un hoyo, luego trituramos y apagamos las primeras hornadas de cal producidas, y emplearemos estas para elaborar un mortero adecuado para construir un horno revestido de ladrillos con el fin de producir una cal de forma más eficiente. Además, la cal apagada que obtendremos de la cal viva, también nos valdrá para elaborar un arma química contra las hordas de microorganismo que nos acechan: el jabón.
El jabón constituye una sustancia fundamental para evitar la reaparición y la propagación de enfermedades evitables. De hecho, un estudio demostró que en los países en vías de desarrollo, la mitad de las infecciones respiratorias y gastrointestinales se podrían evitar lavándose las manos con regularidad. Como materia prima para elaborar jabón necesitaremos aceites y grasas. Puede parecer irónico que lo que usamos para limpiar una mancha de grasa se origine a partir de esa misma grasa, pero la química es así de fascinante. Para elaborar un jabón necesitamos moléculas que puedan interaccionar con moléculas lipídicas (de grasas y aceites) así como con el agua. Concretamente, estas moléculas suelen estar compuestas por las cadenas hidrocarbonadas que se mezclan con las grasas (y provienen de sus ácidos grasos) y una “cabeza” con carga eléctrica que se disuelve bien en el agua. Las moléculas del aceite o la grasa pueden estar compuestas por tres cadenas hidrocarbonadas (ácidos grasos) que van unidas a otra molécula (glicerina), lo que se conoce en su conjunto como triglicérido. El paso fundamental a la hora de hacer jabón es romper esos enlaces químicos que unen los 3 ácidos grasos con la glicerina, y este proceso se conoce como saponificación. Para ello disponemos de un amplio repertorio de moléculas conocidas como bases o álcalis, lo opuesto de los ácidos. Por suerte, podemos obtener uno de estas bases a partir de un subproducto de nuestra improvisada cocina o calefacción: la ceniza.
Ciclo de la cal (Fuente: Gordillos Cal de Morón)
El residuo seco de un fuego de leña contiene los compuestos minerales incombustibles de la madera, y son los responsables del característico color blanco de la ceniza. Primero debemos echar las cenizas en agua, el polvo negro del carbón vegetal flotara, otros minerales insolubles de la madera precipitaran en forma de sedimento en el fondo y los minerales que quedan disueltos en agua serán los que realmente estamos buscando. Por lo tanto, lo siguiente que debemos hacer es retirar ese polvo negro flotante y luego verter el agua con los sedimentos disueltos en otro contenedor, teniendo cuidado de no tirar también los sedimento de minerales insolubles que no nos interesan. Luego, en el nuevo recipiente evaporamos el agua hasta que quede un residuo cristalino blanco similar a la sal. Ya hemos conseguido potasa, compuesto de donde deriva el nombre químico del metal potasio. Es importante que realicemos este proceso con la ceniza de una hoguera de leña que se haya apagado de forma natural, ya que si la apagamos con agua o es la lluvia la encargada de hacerlo, ese mismo agua arrastrará los minerales que nos interesan. Aunque este cristal está compuesto de varias sustancias, la principal y la que estamos buscando es el carbonato de potasio. Además, si en vez de leña usamos algas secas, replicando el mismo proceso, obtendremos carbonato de sodio o sosa comercial, que también nos puede valer para fabricar jabón. Con este proceso obtendremos 1 g de carbonato de potasio o de sodio, por cada kilogramo de madera o algas quemadas; es decir, un 0.1% del peso, aunque depende en gran medida del tipo de árbol, el suelo… Pero merece la pena ya que tanto la potasa como la sosa comercial son bases que nos permitirían fabricar jabón. Recuerda que estos álcalis son utilizados para romper los enlaces de las grasas, y para ello podemos usar una disolución más alcalina que seguro que conoces: la lejía. Es aquí donde vuelve a aparecer la cal apagada o hidróxido de calcio.
Aunque la cal apagada también es un álcali, no se usa para fabricar jabón ya que los jabones de calcio no se disuelven, por lo que no formarán espuma. Pero sí que podemos hacer reaccionar el hidróxido de calcio con la potas o la sosa para producir hidróxidos de potasio o de sodio que son álcalis más fuertes conocidos como potasa cáustica y sosa cáustica, compuestos clasificados como lejías. Una vez hayamos obtenido la potasa o la sosa cáustica, la disolvemos en agua creando una solución muy alcalina. Luego se calienta y se mezcla con alguna grasa animal como la manteca de cerdo. En ese momento ocurre la saponificación en la que la potasa cáustica rompe los triglicéridos, y se forma el jabón de potasio con forma de pasta viscosa o gel. De esta forma, ya habríamos obtenido jabón a partir de grasa animal ceniza y cal muerta. Sin embargo, esto no es lo único que la madera nos puede ofrecer.
Reacción de saponificación para la fabricación de jabón (Fuente: Proyecto Descartes)
Más allá de combustible para dar calor y luz o de materia prima para la fabricación de jabón, la madera, al igual que en nuestra sociedad lo hace el petróleo, podría sustentar el reinicio de una incipiente industria química. En el proceso mencionado previamente de formación de carbón vegetal, el objetivo es expulsar las sustancias volátiles para obtener carbono casi puro, pero los productos de desecho son muy útiles, incluso los vapores emanados en esa combustión anaeróbica pueden resultar de utilidad. Pero, para poder recoger sustancias a partir de vapor, necesitaremos de un proceso de separación llamado destilación. En la destilación, primero debemos quemar madera en un recipiente sellado (a poder ser metálico) en el que haya un tubo lateral para la salida de los vapores. Luego, ese tubo de salida conecta con un serpentín en el que los vapores se condensan formando un fluido acuoso que antaño se bautizó como piroleñoso. Este condensado se puede separar fácilmente en una solución acuosa y en un espeso residuo alquitranado. Ambos son mezclas complejas de las que podremos obtener una gran cantidad de compuestos útiles a través de nuevos procesos de destilación. La parte acuosa, originalmente conocida como ácido piroleñosos, nos permitirá obtener ácido acético, acetona y metanol. El ácido acético puede utilizarse para encurtir y así conservar alimentos. De hecho, el vinagre no es más que ácido acético diluido. También puede valer para reaccionar con metales alcalinos formando sales útiles como el acetato de cobre que actúa como fungicida y se utiliza desde la antigüedad como pigmento verde azulado para pinturas. La acetonas es un buen solvente para pinturas e importante en la producción de plásticos y explosivos. El metanol puede usarse como combustible (esencial para la síntesis de biodiesel) o solvente. Por otro lado, tenemos la sustancia alquitranada de la condensación de los vapores de la quema de madera. Al igual que en el caso anterior, los componentes de este alquitrán puro también pueden separarse por destilación en sus componentes principales: Trementina, creosota y la oscura y viscosa brea. La trementina se ha usado históricamente para elaborar pigmentos. La creosota es un fantástico conservante y cuando se aplica sobre la madera se la protege de los elementos y la putrefacción. Además actúa como antiséptico inhibiendo el crecimiento microbiano y conservando las carnes usándolo para el proceso de ahumado. De hecho, es el compuesto responsable del característico sabor de las carnes y pescados ahumados. Y por último, tenemos la brea, cuya viscosidad e inflamabilidad lo convierten en ideal para embadurnar el extremo de una vara de madera y fabricar antorchas. Además también es útil para sellar e impermeabilizar barriles o los listones de madera del casco de un barco. Todas estas sustancias y todas estas aplicaciones proceden exclusivamente de la madera, un recurso que debería de ser muy abundante en una sociedad postapocalíptica en la que la naturaleza ha vuelto a conquistar nuestro territorio.
La química suele presentarse como algo lejano, encerrado en laboratorios y reservado para especialistas, pero en realidad es una de las herramientas más antiguas de la humanidad. Cada vez que encendemos un fuego, fabricamos jabón, cocemos un ladrillo o transformamos una roca en un material útil estamos haciendo química. La diferencia es que hoy la realizamos a través de complejas cadenas industriales que ocultan los procesos que hay detrás de los objetos cotidianos. Si una catástrofe obligase a nuestra especie a empezar de nuevo, no bastaría con encontrar alimentos o refugio. Recuperar una civilización requeriría recuperar la capacidad de transformar la materia: convertir madera en carbón, piedra caliza en cal, grasa en jabón o ceniza en reactivos químicos. Estos conocimientos, desarrollados durante miles de años antes de la llegada de la industria moderna, serían la semilla sobre la que volvería a crecer una sociedad tecnológica. Quizá la mayor lección de este hipotético escenario sea que la química no es un conjunto de sustancias extrañas que debemos temer, sino el lenguaje con el que los seres humanos hemos aprendido a interactuar con el mundo material. La civilización no está construida únicamente con acero, hormigón o electricidad; está construida sobre la capacidad de comprender y transformar la materia que nos rodea.
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