El petróleo significa combustible, pero no solo: los petroquímicos son un ingrediente central de la industria química. Sin petróleo, no habría plásticos y pocos productos farmacéuticos o fertilizantes. Encontrar un recurso renovable como alternativa al petróleo será crucial para enfrentar lo previsibledisminución en la extracción de petróleo.
Dos proyectos de investigación del Programa Nacional de Investigación "Resource Wood" NRP 66 han logrado avances significativos hacia la sustitución del petróleo con biomasa derivada de plantas, en particular de la madera. Sus objetivos son complementarios, ya que cada uno utiliza uno de los dos principalescomponentes de la madera: celulosa y lignina. Estos son los dos componentes orgánicos más comunes en la Tierra y, lo que es más importante, son renovables.
Sviatlana Siankevich de EPFL ha diseñado nuevos procesos catalíticos para transformar eficientemente la celulosa en hidroximetilfurfural HMF, un precursor muy importante para la producción de plásticos, fertilizantes o biocombustibles. Inspirado por la acción de hongos que degradan la madera podrida, el equipo de Philippe Corvinien FHNW en Muttenz BL ha seleccionado enzimas capaces de cortar lignina en compuestos aromáticos útiles para fabricar solventes, pesticidas, plásticos como poliestirenos, así como ingredientes farmacéuticos activos.
Productos químicos en lugar de papel
La celulosa es una larga cadena de moléculas de carbohidratos azúcar y representa aproximadamente dos tercios del peso de la madera. "Se utiliza principalmente para la producción de papel, y los residuos podrían ser mejor valorizados al transformarse en productos químicos útiles", dice SviatlanaSiankevich, del Instituto de Ciencias e Ingeniería Química de EPFL. Con colegas de la Universidad de Queen en Canadá y la Universidad Nacional de Singapur, el equipo de EPFL dirigido por el químico Paul Dyson sintetizó varios tipos de líquidos iónicos sales fundidas para convertir la celulosa en HMF, un importantemolécula para la producción de productos químicos básicos. En un solo paso, su reacción alcanzó un rendimiento del 62%, un nuevo récord.
"Nuestro procedimiento funciona en condiciones suaves, es decir, sin temperaturas o presiones muy altas o ácidos fuertes", dice Siankevich. "También hemos podido reducir la cantidad de subproductos no deseados, un punto importante si la reaccióndebe ampliarse para procesos industriales. Nuestro proceso puede funcionar con madera, pero a menudo es más fácil usar celulosa extraída de plantas herbáceas ".
Química más verde
En la Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW en Muttenz, Philippe Corvini y su estudiante de doctorado Christoph Gasser están desarrollando formas de usar lignina, una molécula larga que les da rigidez a los árboles y representa alrededor del 15% -40% del contenido de madera ".Hasta ahora, la lignina no estaba muy valorada, pero a menudo simplemente se quemaba ", dice Corvini." Pero se puede cortar en estructuras aromáticas, moléculas basadas en el famoso hexágono de carbono ubicuo en la química orgánica. Estos componentes representan grandes volúmenes para la industria química., y hasta ahora se han obtenido casi exclusivamente del petróleo. La lignina es actualmente la alternativa más seria ".
Algunos hongos secretan una combinación de enzimas para degradar la lignina y cortarla en pedazos más pequeños. El equipo de Corvini en FHNW analizó las combinaciones de docenas de tales enzimas para seleccionar las más eficientes. Al agregar un paso catalítico adicional, lograron transformar el 40%de la lignina en moléculas muy pequeñas como la vainillina. El proceso es de interés para la industria química, y la colaboración con un productor de lignina ya está en marcha. "La mayor parte de la lignina hoy se obtiene del trigo o la paja de arroz", dice Corvini.Pero la madera blanda como el abeto podría resultar útil, ya que su lignina es fácil de descomponer ".
El equipo de FHNW también desarrolló una forma de reutilizar las enzimas. "Las hemos unido a nanopartículas de hierro recubiertas con sílice", explica el investigador. Después de la reacción, simplemente nos acercamos con un imán para atraer las partículas y recuperar las enzimas ".Como se pueden reutilizar hasta diez veces, la energía y los recursos necesarios para producirlos se reducen significativamente y se ajustan bien al concepto de "química verde".
toda la madera
Para ser económicamente viable, la madera como reemplazo de los productos petroquímicos debe usarse en la mayor medida posible. "Extraer solo un componente de la madera en pequeñas cantidades no es suficiente", dice Sviatlana Siankevich. "Necesitamos encontrar procesos complementarios para usartodo ". Pero se deben considerar más aspectos para evaluar si la madera puede servir como un sustituto económicamente viable del petróleo. Un tercer proyecto de NRP 66 ha llevado a cabo recientemente una evaluación de sostenibilidad de la producción de ácido succínico, otro químico importante, a partir deresiduos de madera. *** El estudio de ETH Zurich y EPFL muestra que el diseño inteligente de procesos puede generar ahorros de energía y beneficios ambientales, factores clave para que las biorrefinerías sean competitivas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fundación Nacional Suiza de Ciencias SNSF . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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