Química e Engenharia Química juntas fizeram o mundo muito melhor - ABEQ | Page 2	Química e Engenharia Química juntas fizeram o mundo muito melhor - ABEQ
A rota de Haber propunha a obtenção de hidrogênio pela eletrólise da água, mas esta rota não era escalonável à época. O problema foi resolvido pela produção de gás de síntese (C + H2O ? CO + H2), purificado pelo resfriamento a -205°C (processo Linde-Frank-Caro). O segundo problema resolvido foi o catalisador. O ósmio era muito raro (é, na verdade, o elemento estável menos abundante na crosta terrestre) e o urânio, além de radioativo e caro, reage de modo explosivo com água e oxigênio. Algum tempo e 20 mil experimentos depois, Alwin Mittasch, assistente de Carl Bosch, desenvolveu o catalisador de óxido de ferro usado até hoje.
O terceiro desafio foi o desenvolvimento do reator, um vaso capaz de suportar alta pressão e alta temperatura. Durante os testes, Bosch e sua equipe ainda esbarraram em outro obstáculo – depois de alguns dias de funcionamento, o hidrogênio fragilizava o aço do reator. A solução foi o desenvolvimento de um reator de pressão encamisado, no qual se permitia o escape controlado do hidrogênio. O reator também era aquecido internamente, outra inovação. Bosch e sua equipe tiveram que desenvolver compressores e instrumentos de medição. Tudo para garantir a segurança da operação. Notem que todo esse desenvolvimento foi feito em menos de cinco anos: a patente de Haber é de 1908 e a planta partiu em 1913.
O processo Haber-Bosch não nos entregou só benefícios, pois de certa forma contribuiu para a continuidade da Segunda Guerra Mundial (1939-1945), já que permitiu à Alemanha a produção de hidrazina, usada como combustível dos mísseis que bombardeavam os territórios aliados. E é na guerra que as duas histórias se encontram, já que o desenvolvimento da penicilina foi acelerado pela necessidade de tratar os soldados feridos na guerra.
Penicilina para o mundo
Todos associam a penicilina a Alexander Fleming que, em 1928, descobriu o potencial da penicilina para combater infecções. Howard Florey isolou a penicilina em 1939 e demonstrou a sua capacidade de matar bactérias infecciosas. No entanto, sem o químico Jasper Kane e o engenheiro químico John McKeen, ambos funcionários da Pfizer na primeira metade do século XX, a penicilina seria uma curiosidade de laboratório restrita a poucos sortudos e a revolução da Biotecnologia não seria como conhecemos.
O desenvolvimento inicial da produção industrial da penicilina foi feito no Reino Unido (Fleming era escocês e trabalhava em Londres). O microbiologista Fleming era alguém mais interessado em ciência do que no processo produtivo. O desenvolvimento do processo ao longo dos anos 30 do século XX foi feito nas companhias farmacêuticas britânicas Glaxo e Boots. A produção de químicos pela rota biológica era algo novo e o cultivo dos microrganismos era extremamente problemático. Para a penicilina, desenvolveu-se uma incubadora na qual muitas (muitas!) garrafas de leite eram chacoalhadas com alguns centímetros de nutriente no qual o Penicillium sp. (fungo filamentoso que excretava a penicilina) crescia na superfície. A fermentação em tanque era conhecida há séculos, usada nas cervejarias, mas o cultivo do Penicillium sp. requeria ar.
Do outro lado do Atlântico, nos EUA, a Pfizer tinha obtido algum sucesso na fermentação com injeção de ar para produção de ácido cítrico (note que há um erro conceitual no que acabei de escrever; a fermentação é, por definição, o crescimento de microrganismos na ausência de ar, mas comumente a palavra fermentação é usada como sinônimo de cultivo de microrganismos na ausência ou presença de ar). No início do século XX, o ácido cítrico ainda era produzido diretamente a partir de limões e limas por fermentação. Os EUA eram um grande mercado para o ácido cítrico, usado em uma ampla variedade de alimentos e refrigerantes, como as recém-lançadas e já populares Coca-Cola (1892) e Dr Pepper (1885). A maioria dos limões era importada da Itália, mas a Primeira Guerra Mundial tornou o suprimento imprevisível. A Pfizer – na época, uma pequena fornecedora de produtos químicos para alimentos – estava empenhada em reduzir ou substituir a necessidade de importar limões. Em 1919, a empresa contratou o químico James Currie, que descobriu que a fermentação de certas cepas do fungo Aspergillis niger com açúcar resultava em ácido cítrico. A ajuda inestimável para este projeto veio de seu assistente de laboratório Jasper Kane, de 16 anos.
Após vários anos de desenvolvimento, o processo já havia sido comprovado, mas como o Aspergillis niger é um fungo aeróbio, a empresa teve que usar a fermentação de superfície, que limitava a capacidade. Kane trabalhou com o bioquímico Alexander Finlay, da Pfizer, para adaptar o processo a tanques profundos, mas a aeração era um problema. Eventualmente, Kane e Finlay encontraram uma maneira de borbulhar o ar através da mistura enquanto a agitavam com um agitador elétrico. O processo foi um sucesso, a Pfizer se tornou um grande produtor de ácido cítrico e usou essa expertise de "fermentação" em tanques profundos para outros produtos, como ácido itacônico, ácido fumárico, ácido glucônico e vitaminas, a exemplo da riboflavina.
Então, às portas da 2ª Guera Mundial, Kane já era diretor de pesquisa e encarregou John McKeen, um engenheiro químico formado na mesma escola que ele (a Brooklyn Polytechnic), de montar uma planta piloto para produzir penicilina. McKeen começou usando fermentação superficial, mas logo encontrou dificuldades. A contaminação era um grande problema e lotes inteiros tiveram que ser descartados depois de serem transportados pela saltitante Ponte do Brooklyn. Igualmente frustrado com as limitações da fermentação de superfície, Kane sugeriu fermentação em tanque profundo. No entanto, a medida representava um enorme risco comercial para a Pfizer: a escassez de materiais durante a guerra significava que a empresa não poderia adquirir reatores extras com facilidade, e teria que usar os tanques já utilizados para produzir riboflavina e ácido cítrico, geradores de dinheiro estabelecidos e comprovados, em favor de uma 'droga milagrosa' não comprovada e difícil de produzir.
Eventualmente, o conselho de administração da Pfizer concordou e, no início de 1943, a companhia comprou uma antiga fábrica de gelo perto das instalações da Pfizer no Brooklyn para a fermentação de penicilina em tanque profundo. O trabalho de colocar o plano em prática coube a McKeen, superintendente de obras da Pfizer. Com a disponibilidade de equipamentos da fábrica restrita pelo esforço de guerra, McKeen vasculhou os estados vizinhos em busca de caldeiras, elevadores e outras peças de segunda mão, elaborou um plano e colocou os homens para trabalhar. Os funcionários trabalhavam dia e noite para cumprir o prazo de seis meses que a Pfizer havia imposto.
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