Cómo se fabrica el oxígeno: procesos industriales y a pequeña escala
El oxígeno que utilizamos en hospitales, industrias metalmecánicas, plantas de soldadura o laboratorios no se 'fabrica' exactamente como una sustancia nueva, sino que se separa del aire, que lo contiene en un 20,9 % en volumen. El método dominante a nivel industrial es la destilación criogénica (también llamada fraccionamiento criogénico del aire), desarrollada por Carl von Linde a finales del siglo XIX. En este proceso, el aire se comprime, se lava para eliminar CO₂ y humedad, y se enfría hasta aproximadamente -196 °C, donde se liquefacta. Al calentar gradualmente la mezcla, el nitrógeno (punto de ebullición -196 °C) se evapora primero, dejando el oxígeno líquido (-183 °C) como residuo, que se almacena en tanques criogénicos o se comprime en cilindros a 200 bar. Una segunda técnica muy extendida es la adsorción por cambio de presión (PSA, *Pressure Swing Adsorption*). Se utilizan lechos de zeolitas, materiales porosos que retienen selectivamente las moléculas de N₂. El aire pasa a presión elevada a través de una columna: el nitrógeno queda adsorbido y el oxígeno sale como producto. Luego se despresuriza la columna para regenerar la zeolita, mientras una segunda columna opera en fase contraria. Este ciclo da un oxígeno de 90-95 % de pureza, suficiente para la mayoría de aplicaciones industriales. El tercer método industrial relevante es la separación por membranas. El aire comprimido atraviesa una membrana polimérica (típicamente polisulfona o polieterimadano) donde el oxígeno, al ser más pequeño y soluble, difunde más rápido que el nitrógeno. Se obtiene un gas enriquecido al 25-35 % de O₂, útil para aplicaciones como la oxidación asistida en calderas o la acuicultura, donde no se requiere pureza elevada. A escala de laboratorio o doméstica, el oxígeno se genera por electrólisis del agua: al aplicar corriente eléctrica a agua con un electrolito (NaOH o H₂SO₄ diluido), en el ánodo se libera O₂ y en el cátodo H₂. La reacción global es 2H₂O → 2H₂ + O₂. También se usa la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno (H₂O₂) sobre dióxido de manganeso (MnO₂), que produce agua y oxígeno gaseoso de forma rápida y controlada. En la industria del acero y los metales, el oxígeno se usa como comburente en hornos de arco eléctrico y convertidores LD, consumiendo millones de toneladas anuales. En medicina, el oxígeno terapéutico (99,5 % de pureza) se entrega mediante botellas, concentradores portátiles (que usan PSA a pequeña escala) o sistemas de oxígeno líquido hospitalario. Existe también un método químico histórico basado en la reacción del perclorato de sodio o del permanganato de potasio, usado en cartuchos de emergencia (buzos, refugios submarinos), aunque hoy se ha desplazado por sistemas regenerativos de CO₂. El coste energético es el factor limitante: la destilación criogénica consume entre 0,5 y 0,8 kWh/Nm³ de O₂, mientras que la PSA ronda 0,3-0,5 kWh/Nm³. Por eso las grandes plantas están ubicadas cerca de fuentes de electricidad barata o integradas en complejos petroquímicos donde el gas natural sobrecaliente se aprovecha también para calderas de recalentado. En resumen, la 'fabricación' de oxígeno es mayoritariamente una operación de separación física del aire, no una síntesis química, lo que explica su abundancia relativa y el hecho de que sea uno de los gases industriales de mayor volumen producido en el mundo (más de 200 millones de toneladas al año).
Las plantas de PSA con zeolitas producen oxígeno al 90-95 % consumiendo hasta un 60 % menos de energía que la destilación criogénica, ideal para demandas medias (100-5000 Nm³/h).
Dato clave