Introducción
El petróleo venezolano, en especial el de la faja del Orinoco contiene, entre otras substancias, el VANADIO[1]a razón de 5 gramos por barril cantidad que se multiplica por 200 en el caso del COQUE[2]Este metal resalta por poseer dos propiedades: 1º. Ser catalizador del ácido sulfúrico[3]y 2º se emplea en las aleaciones férricas[4]para producir acero inoxidable.
La primera cualidad, la de ser catalizador del ácido sulfúrico, ocurre cuando se quema el crudo, en presencia de azufre. Es por ello que cuando se usa dicho crudo como combustible, dado que siempre contiene trazas de azufre, se genera vapor de ácido sulfúrico el cual, al expelérsele a la atmósfera, es responsable de la lluvia ácida[5]la cual mata a la vegetación, corroe las rocas y los metales.
A mediados de la década de los 70"s, en el Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Carabobo, en Bárbula, se llevaron a cabo estudios orientados a identificar en cuál de los componentes del crudo se hallaba el Vanadio[6]Dicho estudio respondía a noticias que se tenía acerca que, para entonces, Canadá lo producía y exportaba a escala mundial dicho metal el cual obtenía a partir de la ceniza remanente de la combustión del crudo venezolano empleado como combustible para la generación de electricidad en sus plantas termoeléctricas.
Hasta donde yo tengo información, hasta el año 1982 Suráfrica produjo y exportó vanadio que extraía de minas. El precio con el que el mismo se comercializaba era de 14 dólares americanos por libra. No he conseguido cifras más recientes al respecto.
Adicionalmente, en la década de los 80´s en la Universidad del Zulia se llevó a cabo un estudio de índole sanitario a objeto de identificar la probable causa de la ocurrencia de una elevada incidencia de fetos descerebrados reportados en la cuenca del lago de Maracaibo, cuyos resultados arrojaron indicios que era consecuencia de la explotación petrolera, tasa esta muy superior a la reportada por Irlanda en el mar del norte, a causa de la explotación petrolera[7]Esta evidencia indujo a sus investigadores a pensar que la causa de dicha morbilidad era resultado de la contaminación por vanadio y por níquel. Destaca el hecho que el coque utilizado como combustible en la termoeléctrica de Cabimas contiene un altísimo contenido de metales pesados tales como vanadio y níquel en una proporción 200 veces superior al del crudo. Investigaciones realizadas por la Universidad del Zulia señala altas concentraciones de vanadio y níquel en los crudos venezolanos.[8]
Investigaciones realizadas en Chile señalan que existe una correlación entre la incidencia del cáncer en los habitantes de zonas aledañas a la explotación de minas del vanadio.
Lo anterior sugiere que la explotación petrolera en Venezuela ha generado un alto pasivo ambiental con efectos nocivos para la salud de su población.
En la investigación efectuada en la Universidad de Carabobo, el año 1975 acerca del contenido de vanadio en el petróleo venezolano, se descubrió que dicho metal forma el centro metálico de una molécula orgánica conocida como PORFIRINA[9]la cual la conforman 4 grupos PIERROL[10]constituidos por 40 átomos de carbono, en cuyo centro se halla el vanadio (tetravalente) enlazado a cuatro estos átomos. Aquí es conveniente destacar el hecho que las PORFIRINAS es la familia de las moléculas orgánicas a la que pertenece la CLOROFILA[11]y la HEMOGLOBINA[12]moléculas estas que cumplen un rol importantísimo en los procesos biológicos de la vida.
Ahora bien, una vez determinada cuál era la ubicación del átomo del Vanadio en crudo venezolano, el siguiente paso hubiera sido determinar un procedimiento que permitiera extraerlo sin destruir o quemar el resto del crudo. El procedimiento adecuado sería una reacción química. Hasta este punto llegó dicha investigación en virtud que fue suspendida indefinidamente, al negársele apoyo, recursos y el aprovisionamiento de muestras del crudo requeridas para la experimentación.
Investigaciones teóricas llevadas a cabo por mí durante el devenir de estos últimos 35 años, me llevaron a concluir que no solamente es posible extraerle el vanadio al petróleo sino que como subproductos de dicho proceso sería posible obtener al grupo HEMO y a la CLOROFILA SINTETICA. Esto es factible gracias a que, en la química orgánica, es posible la conversión de una substancia a otra mediante reacciones catalíticas[13]con la cuales se retiran, agregan o intercambian fracciones de moléculas o radicales en otras. Para lo cual sería necesario desarrollar una reacción catalítica que permita intercambiar al átomo de vanadio por el de otro metal: hierro o magnesio.
La HEMOGLOBINA es aquel componente de la sangre de todos los animales que hace posible el intercambio gaseoso entre las células y el medio ambiente. Estructuralmente, la HEMOGLOBINA está compuesta por la conjunción del grupo HEMO[14]molécula tipo PORFIRINA con centro de HIERRO y cuatro GLOBULINAS[15]Esto es posible gracias a que la hemoglobina es capaz de capturar el oxigeno de los pulmones, lo transporta hasta cada una de las células del organismo, a través de las arterias y vasos capilares. Allí, a través de la membrana celular, entrega al oxigeno y toma el anhídrido carbónico, fruto de la combustión celular, para lo llevarlo, a través de las venas, de regreso a los pulmones donde lo suelta para su expulsarlo a la atmósfera, y toma el oxigeno que allí se encuentra presente. Este intercambio de gases, (oxigeno – anhídrido carbónico – oxigeno), mientras haya vida se efectúa indefinidamente. En la actualidad, la única manera de obtener hemoglobina para fines terapéuticos es procesando la sangre proveniente de donantes sanos.
Por otro lado, la CLOROFILA es aquella substancia de los vegetales que tiene a su cargo suplir la energía que requieren las plantas para desarrollar las reacciones químicas para producir sus partes. Esto lo realiza cuando capta la energía solar que recibe en sus hojas la que, al energizarse, la transforma en energía química la cual utiliza en la síntesis de la celulosa, con la que construye su estructura, o la acumula como reserva, bajo la forma de hidratos de carbono (almidones). Los insumos que utiliza para llevar a cabo dichas reacciones son: ANHIDRIDO CARBÓNICO y el AGUA. Como subproducto de esta reacción se encuentra el OXIGENO[16]que se libera y expele a la atmosfera. Hoy día la única manera de llevar a cabo este proceso es a través de la fotosíntesis, mediante la diseminación de plantas, vegetales y árboles, de manera natural (selvas y bosques) o controlado (cultivos) a fin de generar granos, frutos, vegetales y tubérculos para alimento y/o hojas, savias y maderas para la construcción. La posibilidad de obtener CLOROFILA SINTÉTICA, a partir de las PORFIRINAS del petróleo, abre la posibilidad de reproducir a escala industrial la FOTOSÍNTESIS VEGETAL con lo cual, en primer lugar se abre la posibilidad de generar oxigeno a la atmósfera mediante la conversión del anhidro carbónico en carbohidratos. Estos hidratos de carbono pueden utilizarse como alimento, humano o animal, o como materia prima para la producción de biocombustibles. Hoy día, esto sólo es posible realizarlo mediante procesos biológicos.
A finales de la década del 70´s y principios de los 80´s los soviéticos desarrollaron una tecnología destinada a crear la AGRICULTURA INDUSTRIAL, reproduciendo a escala industrial la fotosíntesis vegetal. La inexistencia de CLOROFILA en cantidades suficientes además los acontecimientos políticos posteriores dieron al traste con dicho proyecto. La generación de una CLOROFILA SINTÉTICA puede resucitar dicha idea.
Objetivos
General
Desarrollar tecnologías que permitan la liberación del petróleo venezolano de sus contenidos de Vanadio y Níquel, de la generación del Grupo Hemo, síntesis de Clorofila Sintética y de su industrialización.
Específicos
1. Desarrollar tecnología para extraerle al coque petrolero de sus contenidos metálicos (Vanadio y Níquel).
2. Diseñar proceso industrial para extraerle al coque petrolero sus contenidos metálicos.
3. Diseñar una Planta Industrial para la extracción del vanadio y del níquel al coque petrolero.
4. Instalar y poner en marcha una planta industrial destinada a la extracción del vanadio y del níquel del coque petrolero.
5. Investigar procedimiento para la separación de las Porfirinas del resto del petróleo.
6. Diseñar un proceso industrial para separar las Porfirinas del resto del petróleo.
7. Diseñar una Planta Industrial que permita separar las Porfirinas del resto del petróleo.
8. Instalar y poner en marcha una planta industrial destinada separar las Porfirinas del resto del petróleo.
9. Desarrollar una reacción catalítica que permita remplazar el átomo de vanadio que contienen las Porfirinas del petróleo por otro metal (hierro o magnesio) para obtener vanadio libre, Grupo Hemo y/o Clorofila sintética.
10. Diseñar un proceso que purifique el vanadio liberado en la reacción catalítica a fin de acondicionarlo para convertirlo en insumo tanto para la industria siderúrgica como para industria química.
11. Diseñar proceso industrial para convertir al vanadio purificado en insumo adecuado para su uso por la industria siderúrgica.
12. Diseñar Planta Industrial para acondicionar al vanadio como insumo adecuado para su utilización por la industria siderúrgica.
13. Instalar y poner en marcha una planta industrial que convierta el vanadio purificado en insumo adecuado para la industria siderúrgica.
14. Diseñar proceso industrial para convertir al vanadio purificado en insumo para la industria química.
15. Diseñar planta industrial para la conversión del al vanadio purificado en insumo para la industria química.
16. Instalar y poner en marcha una planta industrial que convierta el vanadio purificado en insumo propicio para su aplicación en la industria química.
17. Diseñar un proceso para purificar el grupo HEMO resultante de la reacción catalítica de las Porfirinas con el Hierro a fin de acondicionarlo como insumo para la industria farmacéutica.
18. Diseñar proceso industrial para al grupo HEMO purificado en insumo para la industria farmacéutica.
19. Diseñar Planta Industrial para transformar al grupo HEMO purificado en insumo para la industria farmacéutica.
20. Instalar y poner en marcha una planta industrial que convierta al grupo HEMO purificado en insumo para la industria farmacéutica
21. Fomentar la realización de investigaciones acerca de las aplicaciones terapéuticas del grupo HEMO sintético para seres humanos.
22. Fomentar investigación orientada a obtener HEMOBLOBINA mediante manipulación del grupo HEMO sintetizado
23. Patentar y/o difundir estos descubrimientos.
24. Diseñar proceso para purificar la CLOROFILA SINTÉTICA que resulta de la reacción catalítica de las Porfirinas con el magnesio a fin de acondicionarlo como insumo para la industria alimenticia.
25. Investigar la manera de reproducir técnicamente la fotosíntesis vegetal, a nivel industrial, empleando la CLOROFILA SINTÉTICA.
26. Diseñar proceso para producir alimentos (carbohidratos), fundamentada en la aplicación de la FOTOSÍNTESIS INDUSTRIAL.
27. Diseñar una planta industrial en la que se sinteticen carbohidratos mediante la FOTOSÍNTESIS INDUSTRIAL
28. Patentar y/o difundir estos descubrimientos.
Justificación
Entre las razones que justifican el realizar este proyecto se encuentran:
Revierte los efectos perniciosos de la industria petrolera a causa de la contaminación ambiental.
Genera beneficios económicos, sanitarios y ecológicos gracias a la eliminación del vanadio y del níquel del petróleo
Genera insumos para las industrias siderúrgica, química, alimenticia, farmacéutica, y energética.
Minimiza la contaminación atmosférica, de suelos y aguas por emanaciones ácidas y por vertido de vanadio.
Abre la posibilidad de reducir la concentración de anhídrido carbónico en la atmosfera, minimizar el efecto invernadero y el subsecuente cambio climático del planeta.
Crea la posibilidad de generar una fuente alternativa de oxigenar la atmósfera.
Abre la oportunidad de generar alimentos a escala industrial.
Genera posibilidad de generar biocombustibles.
Minimiza morbilidad de la población por efecto de contaminación por vanadio.
Innova la industria farmacéutica nacional al proveer de un producto alternativo para tratar a los enfermos hemofílicos y/o bulímicos con grandes pérdidas de sangre.
Promueve la investigación científica y tecnológica en Venezuela.
Impulsa el desarrollo industrial.
Autor:
Ing. César Adolfo Magallanes
Enero de 2012
[1] VANADIO es un elemento químico de número atómico 23 situado en el grupo 5 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es V. Es un metal dúctil, blando y poco abundante. Se encuentra en distintos minerales y se emplea principalmente en algunas aleaciones. . Es un metal suave, de color gris plateado y de transición dúctil. La formación de una capa de óxido del metal estabiliza al elemento contra la oxidación. El elemento se encuentra naturalmente en minerales; hay cerca de 65 diferentes tipos y en los depósitos de combustibles fósiles. Se produce en China y Rusia, otros países lo producen o bien por el polvo de combustión de aceite pesado, o como un subproducto de la minería de uranio.. El vanadio se encuentra en muchos organismos, y es utilizado por algunas formas de vida como un centro activo de las enzimas.
[2] COQUE DE PETRÓLEO (en inglés, petroleum coke, abreviado como pet coke) es un sólido carbonoso derivado de las unidades de coquización en una refinería de petróleo o de otros procesos de craqueo. Es un combustible obtenido de la destilación de la hulla calentada a temperaturas muy altas en hornos cerrados y a la cual añaden calcita para mejorar su combustión, que la aíslan del aire, y que sólo contiene una pequeña fracción de las materias volátiles que forman parte de la misma. Es producto de la descomposición térmica de carbones bituminosos en ausencia de aire. Cuando la hulla se calienta desprende gases que son muy útiles industrialmente; el sólido resultante es el carbón de coque, que es liviano y poroso.
[3] PENTÓXIDO de VANADIO se utiliza como catalizador para la producción de ácido sulfúrico.
[4] El VANADIO Se utiliza principalmente para producir aleaciones de aceros especiales, tales como aceros para herramientas de alta velocidad.
[5] La LLUVIA ÁCIDA se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por fábricas, centrales eléctricas y vehículos que queman carbón o productos derivados del petróleo. En interacción con el vapor de agua, estos gases forman ácido sulfúrico y ácidos nítricos. Finalmente, estas sustancias químicas caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, constituyendo la lluvia ácida. Los contaminantes atmosféricos primarios que dan origen a la lluvia ácida pueden recorrer grandes distancias, siendo trasladados por los vientos cientos o miles de kilómetros antes de precipitar en forma de rocío, lluvia, llovizna, granizo, nieve, niebla o neblina. Cuando la precipitación se produce, puede provocar importantes deterioros en el ambiente. La lluvia normalmente presenta un pH de aproximadamente 5.65 (ligeramente ácido), debido a la presencia del CO2 atmosférico, que forma ácido carbónico, H2CO3. Se considera lluvia ácida si presenta un pH de menos de 5 y puede alcanzar el pH del vinagre (pH 3). Estos valores de pH se alcanzan por la presencia de ácidos como el ácido sulfúrico, H2SO4, y el ácido nítrico, HNO3. Estos ácidos se forman a partir del dióxido de azufre, SO2, y el monóxido de nitrógeno que se convierten en ácidos. Los hidrocarburos y el carbón usados como fuente de energía, en grandes cantidades, pueden también producir óxidos de azufre y nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por fábricas, centrales eléctricas y vehículos que queman carbón o productos derivados del petróleo.
[6] Otto Blasini, Angel Valderrama y César Arteaga (1975).
[7] Adriana Cortés y Telmo Almada (1998). Cinco de cada mil niños nacen sin cerebro en el Zulia, Venezuela. Un informe publicado por investigadores de La Universidad del Zulia, revela que la exposición prolongada a mercurio, plomo y vanadio, característica de la explotación de hidrocarburos, se asocia a la aparición de anencefalia en fetos humanos. Científicos vinculan la contaminación por petróleo con la proliferación de enfermedades congénitas
[8] Juan José Rodríguez-Mercado, Mario Agustín Altamirano-Lozano (2006) “VANADIO: CONTAMINACIÓN, METABOLISMO Y GENOTOXICIDAD”. … Los trabajos sobre el papel biológico del vanadio han ganado mucha importancia en los últimos años debidos a su bien conocido potencial tóxico, mutagénico y genotóxico en una amplia variedad de sistemas biológicos, además de que recientemente el pentóxido de vanadio ha sido clasificado por la IARC (2006) como un posible carcinógeno para los humanos”.
[9] PORFIRINAS son el grupo prostético de las cromoproteínas porfirínicas. Están compuestas por un anillo tetrapirrólico con sustituyentes laterales y un átomo metálico en el centro, unido mediante cuatro enlaces de coordinación. Se clasifican basándose en los sustituyentes laterales del anillo, de modo que se distinguen mesoporfirinas, uroporfirinas, etioporfirinas y protoporfirinas. Estas últimas son las más relevantes. Presentan como sustituyentes 4 metilos, 2 vinilos y 2 grupos propiónicos. La estructura de las porfirinas posee anillos formados por hidrocarburos en su mayoría (carbonos de metano y carbonos betapirrolíticos) causantes de las reacciones electrolíticas (nucleofílicas y electrofílicas) a las que se ven sometidas las porfirinas que de acuerdo con la densidad electrónica se experimentan en las posiciones meso y el anillo reducido del pirrol. Estos anillos son estructuras compartidas entre la clorofila y la hemoglobina. En el centro del anillo se encuentra un átomo de hierro que conforma lo que se llama el grupo Hemo, que se direccionan dentro de este catalizando los procesos energéticos que ocurren dentro de la porfirina. La estructura permite que en su interior puedan fluir libremente electrones, los cuales son trasportados y localizados en otros sitios, actuando en dos procesos fundamentales de la vida: la fotosíntesis y la respiración aeróbica. PORFIRINAS SINTÉTICAS Con el fin de generar mayor potencia en la porfirinas para que estas fueran más profundo en la célula, se crearon las porfirinas sintéticas, que también hacen alusión a una mezcla de solutos pero para el caso fue un poco más estricta en cuanto a la elección de la porfirina ya que no todas actúan igual. 1. El primer resultado optimó fue la verteporfirina la cual presentó por primera vez la eficacia y potencia requerida, esta fue utilizada para combatir la ceguera, una función más que destruir tumores. Respecto al problema de penetración total en la célula maligna se trata en la actualidad con la fotoangioplastia ya que se inyecta la porfirina, se espera a que se acumule y posteriormente se incide luz de una fuente minúscula. A la porfina se le agrega un polímero (polilisina de cadena repetitiva), el polímetro abre la capa lipidia de la pared de la bacteria permitiéndole a la porfirina entrar en la célula, estando en el interior puede activarse para eliminar dicha célula. 2. La porfirina borada – deuteroporphyrin IX o BOPP, contiene 40 átomos de B/molécula. El BOPP fue utilizado en diversos estudios con animales, para el tratamiento del cáncer indiferenciado de tiroides, donde demostró tener una captación selectiva y una larga persistencia en gliomas. Las porfirinas existen en la naturaleza haciendo parte de la clorofila, el hemo y la vitamina B12, cada uno con un tetrapirrol que en su interior contiene un metal diferente. 3. La terapia foto dinámica (TFD), es un tratamiento alternativo para el cáncer de piel, permitiendo eliminar las células cancerígenas en forma selectiva. Es una técnica no invasiva que se lleva a cabo por medio de la inyección intravenosa de la porfirina, que se concentran en los tumores malignos. El mecanismo de captación celular parece estar relacionado con el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDL). Al incidir la luz sobre el tumor, es absorbida por la porfirina que se activa, traspasando energía luminosa a las moléculas de oxigeno y creando con ello oxigeno monoatómico que reacciona con otras sustancias, iniciando una serie de reacciones moleculares que conllevan a la destrucción de las células y los tejidos que la componen. intracelulares produciendo radicales libres. Al aplicar fotosensibilizador y exponerlo a la acción de la luz se produce la acumulación de porfirinas en la célula maligna, que adyacentes a esta presentan una fluorescencia rosada detectada mediante luz de Word. Teniendo que se produce una reacción que depende del oxigeno donde un posterior examen con luz de Word revelaría la eliminación de células cancerigenas. La radiación incidente sobre la porfirina debe ser de longitudes de onda determinada produciendo moléculas de oxigeno que atacan los componentes de la célula cancerígena. Se debe hacer una elección cuidadosa de la porfirina fotosensibilizadora para lo cual es necesario sintetizar y probar la concentración de compuesto puro, ya que este debe penetrar la célula con una frecuencia mayor a la cual penetra en una célula normal. En esta medida la porfirina debe activarse solo bajo la influencia de radiación electromagnética.
[10] PIRROL El pirrol es un compuesto químico orgánico aromático y heterocíclico, un anillo de cinco miembros con la fórmula C4H5N. Los pirroles son compuestos de anillos aromáticos más largos, incluyendo las porfirinas de hemo, las clorinas y bacterioclorinas, de clorofilas y el anillo de corrina.
[11] Las CLOROFILAS son una familia de pigmentos que se encuentran en las cianobacterias y en todos aquellos organismos que contienen cloroplastos en sus células, lo que incluye a las plantas y a los diversos grupos de protistas que son llamados algas. La estructura de la moléculas de clorofila tiene dos partes: un anillo de porfirina (sustituida con pequeños grupos enlazados, sustituyentes) y una cadena larga llamada fitol. es un tetrapirrol, con cuatro anillos pentagonales de pirrol enlazados para formar un anillo mayor que es la porfirina. La hemoglobina de la sangre y otras proteínas contienen también una porfirina, que en ese otro caso constituye lo principal de un grupo hemo; y también se encuentra porfirina en la estructura de la vitamina B12. El grupo hemo contiene un átomo de hierro (Fe); la porfirina de la clorofila lleva en lugar equivalente un átomo de magnesio (Mg2+). La absorción de determinados picos del espectro de radiación es una propiedad de aquellas moléculas orgánicas que contienen dobles enlaces conjugados (dobles enlaces alternando con enlaces simples); puede verse en las fórmulas desarrolladas contiguas que el anillo porfirínico es rico en tales enlaces.
[12] La HEMOGLOBINA es una heteroproteína de la sangre, de masa molecular 64.000 g/mol (64 kDa), de color rojo característico, que transporta el oxígeno desde los órganos respiratorios hasta los tejidos, el dióxido de carbono desde los tejidos hasta los pulmones que lo eliminan y también participa en la regulación de pH de la sangre, en vertebrados y algunos invertebrados. La hemoglobina es una proteína de estructura cuaternaria, que consta de cuatro subunidades. Su función principal es el transporte de oxígeno. Esta proteína hace parte de la familia de las hemoproteínas, ya que posee un grupo hemo. La forman cuatro cadenas polipeptídicas (globinas) a cada una de las cuales se une un grupo hemo, cuyo átomo de hierro es capaz de unir de forma reversible una molécula de oxígeno. El grupo hemo está formado por: Unión del succinil-CoA (formado en ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico) al aminoácido glicina formando un grupo pirrol. Cuatro grupos pirrol se unen formando la protoporfirina IX. La protoporfirina IX se une a un ion ferroso (Fe2+) formando el grupo hemo.
[13] La CATÁLISIS es el proceso por el cual se aumenta o disminuye la velocidad de una reacción química, debido a la participación de una sustancia llamada catalizador. Las sustancias que reducen la velocidad de la reacción son denominados «catalizadores negativos» o «inhibidores». A su vez, las sustancias que aumentan la actividad de los catalizadores son denominados «catalizadores positivos» o «promotores», y las que desactivan la catálisis son denominados venenos catalíticos.
[14] HEMO: El grupo hemo contiene hierro y un anillo de Porfirina; el que corresponde a un tetrapirrol cíclico, este macrociclo esta compuesto por 4 anillos de pirrol unidos por enlaces meteno o metileno (=CH-), en el centro de este anillo se encuentra el átomo de hierro.
[15] GLOBULINA Es una proteína que forma parte de la hemoglobina (heteroproteina) siendo la globina la parte proteica. Existen varios tipos de cadenas de globina, que se designan mediante letras griegas (alfa, beta, gamma, etc.). Esta compuesto por cuatro cadenas polipeptidicas, estas son semejantes dos a dos. Clorofila
[16] ANHIDRIDO CARBÓNICO + AGUA ————? HIDRATOS DE CARBONO + OXIGENO