Plástico “verde”

Este es un cristal de ácido furandicarboxílico, o FDCA, un precursor de plástico creado con biomasa en lugar de petróleo.

Cuando John Wesley Hyatt patentó el primer plástico industrial en 1869, su intención era crear una alternativa al marfil de colmillo de elefante utilizado para hacer las teclas del piano. Pero este plástico inicial también provocó una revolución en la forma en que la gente pensaba sobre la fabricación: ¿qué pasaría si no estuviéramos limitados a los materiales que la naturaleza podía ofrecer?

Más de un siglo después, los plásticos son una parte abundante de la vida cotidiana y un problema contaminante.

Pero estos plásticos a menudo se derivan del petróleo, lo que contribuye a la dependencia de los combustibles fósiles y la generación de emisiones perjudiciales de gases de efecto invernadero.

Para cambiar eso, los científicos del Centro de Investigación de Bioenergía de los Grandes Lagos (Great Lakes Bioenergy Research Center, GLBRC) están tratando de llevar la naturaleza flexible del plástico en otra dirección, desarrollando formas nuevas y renovables de crear plásticos a partir de la biomasa.

Usando un solvente derivado de la planta llamado GVL (gamma-Valerolactone), el Profesor de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Wisconsin-Madison James Dumesic y su equipo han desarrollado una forma económica y de alto rendimiento de producir ácido furandicarboxílico, o FDCA.

FDCA es una de las 12 sustancias químicas que el Departamento de Energía de EE. UU. considera fundamentales para forjar una industria química "verde". El  FDCA es un precursor necesario para un plástico renovable llamado PEF (o furanoato de polietileno) así como para varios poliésteres y poliuretanos.

Los investigadores publicaron sus hallazgos el 19 de enero de 2018 en la revista Science Advances.

Como el sustituto de base biológica para el PET (tereftalato de polietileno), su contraparte ampliamente utilizada, derivada del petróleo, el PEF tiene un gran potencial.

Actualmente, PET tiene una demanda en el mercado de cerca de 1.500 millones de toneladas por año, y Coca-Cola, Ford Motors, HJ Heinz, Nike y Procter and Gamble se han comprometido a desarrollar un PET basado en plantas 100% sostenible para sus botellas, empaques, indumentaria y calzado. Sin embargo, el potencial de PEF para entrar en ese mercado considerable se ha visto obstaculizado por el alto costo de producción de FDCA.

"Hasta ahora, FDCA ha tenido una solubilidad muy baja en prácticamente cualquier solvente en el que se produzca", dice Ali Hussain Motagamwala, estudiante graduado de UW-Madison en ingeniería química y biológica y coautor del estudio.

"Tienes que usar una gran cantidad de solvente para obtener una pequeña cantidad de FDCA, y terminas con altos costos de separación y productos de desecho indeseables".

El nuevo proceso de Motagamwala y sus colegas comienza con fructosa, que convierten en un proceso de dos pasos a FDCA en un sistema solvente compuesto por una parte de GVL y una parte de agua. El resultado final es un alto rendimiento de FDCA que se separa fácilmente del disolvente como un polvo blanco al enfriarse.

"Usar el solvente GVL soluciona la mayoría de los problemas con la producción de FDCA", dice Motagamwala.

"Los azúcares y FDCA son altamente solubles en este solvente, obtienes altos rendimientos y puedes separar y reciclar fácilmente el solvente".

Otras características del proceso contribuyen a su robusta economía. El sistema no requiere costosos ácidos minerales para la catálisis, no produce sales de desecho, y puede separar los cristales de FDCA del solvente simplemente enfriando el sistema de reacción.

El análisis técnico-económico del equipo sugiere que el proceso podría producir actualmente FDCA a un precio de venta mínimo de $ 1,490 por tonelada. Con las mejoras, que incluyen la reducción del costo de la materia prima y la reducción del tiempo de reacción, el precio podría llegar a $ 1,310 por tonelada, lo que haría que su FDCA sea competitivo en costos con algunos precursores de plástico derivados de combustibles fósiles.

"Creemos que este es el enfoque simplificado y económico para hacer FDCA que muchas personas en la industria del plástico han estado esperando", dice Dumesic.

"Nuestra esperanza es que esta investigación abra la puerta aún más a los plásticos renovables de costo competitivo".

La Wisconsin Alumni Research Foundation está trabajando para licenciar la tecnología GVL para su uso en la producción de bioplásticos.