29.06.2020 - Leibniz-Institut für Katalyse e.V.

"Hermano verde" del PET

Procedimiento simplificado para los bloques de construcción del biopolímero PEF

Jóvenes investigadores del Instituto Leibniz de Catálisis, LIKAT, en Rostock, han desarrollado un proceso catalítico para biopolímeros que funciona en condiciones muy suaves. Los resultados son los bloques de construcción del PEF de plástico, una alternativa sostenible a los envases de bebidas de PET. La producción de los bloques de construcción del PEF no requiere petróleo, sino celulosa, es decir, biomasa, y esencialmente sólo alcohol y aire. El proceso puede ser transferido a la práctica inmediatamente. Para que sea de libre acceso, los jóvenes químicos publicaron sus hallazgos en una plataforma de acceso abierto.

Coca Cola fue la primera empresa que construyó una fábrica de botellas de planta en los EE.UU. para botellas de bebidas de polietileno tereftalato (PET), que se producen totalmente a partir de material vegetal, pero con un alto aporte de energía. El proceso convencional para los bloques de construcción de PET requiere temperaturas de hasta 300 grados centígrados y una presión de alrededor de 100 bares.

"Estas duras condiciones han debilitado hasta ahora el entusiasmo de la industria por los plásticos biológicos", dijo el Dr. Esteban Meija. Él es el jefe del grupo de investigación "Química de Polímeros y Catálisis" del LIKAT. El trabajo en el nuevo proceso se llevó a cabo bajo su liderazgo. El resultado es casi el "hermano verde" del PET: PEF, nombre completo: polietileno furanoate. El proceso PEF se maneja con un máximo de 60 grados centígrados, funciona a presión atmosférica normal y puede aumentar su productividad 15 veces en condiciones de flujo continuo. Dr. Meija: "Esto hace que los polímeros de base biológica como el PEF vuelvan a ser interesantes para la industria".

Química de la plataforma de la paja de arroz

El material de partida de los bloques de construcción del FEM es un llamado químico de plataforma, un derivado del furano llamado HMF, que se produce a partir de la celulosa, un polisacárido de productos de desecho como los residuos agrícolas. Laboratorios de todo el mundo están llevando a cabo investigaciones sobre una docena de estos productos químicos de plataforma con el fin de convertir la materia prima para la química del petróleo crudo y el gas natural en biomasa a gran escala. El HMF, para ser precisos: el hidroximetilfurfural, es uno de los candidatos calientes, como dice Esteban Meija. Sin embargo, también se necesitan nuevas ideas para la implementación simple y barata de esta materia prima y sus productos a gran escala.
Los contactos de investigación del Dr. Meija con Vietnam condujeron a la cooperación con Nguyen Trung Thanh, un profesor de la Universidad Tecnológica de Hanoi. El grupo de investigación junior de Meija le ofreció la oportunidad de desarrollar un proceso simplificado para la producción de HMF a partir de paja de arroz en su tesis de habilitación. Paralelamente, Meija asignó a un estudiante de Venezuela, Abel Salazar, la tarea de mejorar el proceso de PEF basado en el HMF.

Globos en el laboratorio

En principio, en este proceso, una mezcla de HMF y alcohol reacciona con el oxígeno y en presencia de un catalizador para formar un éster, o más precisamente un diéster, que puede ser polimerizado a PEF en un paso posterior (ver esquema). Comparado con el proceso anterior, el nuevo proceso en el LIKAT se maneja con una cantidad fraccionaria de calor y presión. Además, los investigadores no suministran el oxígeno necesario para la reacción en forma concentrada, sino que lo hacen a partir del aire, lo que simplificó considerablemente el proceso y aparentemente también aumentó el factor de diversión de los experimentos: "Al principio simplemente tomamos globos, los inflamos en el laboratorio y los pusimos sobre el aparato. Con tres o cuatro reacciones al mismo tiempo, se hizo una bonita escena de fiesta en el laboratorio.

Pero el uso de aire ambiental tenía una desventaja para la reacción: era demasiado lenta. El producto sólo podía ser examinado a la mañana siguiente. Meija y su equipo resolvieron el problema en dos lugares. Primero, aumentaron ligeramente la presión y encontraron un óptimo a 20 bares. "En segundo lugar, sustituimos nuestro recipiente de reacción por un reactor de microflujos."

Proceso continuo

Los materiales de partida, esencialmente una mezcla de HMF y alcohol, son prensados a través de un sistema de tubos finos con oxígeno o aire. Debido a la guía forzada capilar, las moléculas de oxígeno entran en contacto con la mezcla inicial de una manera bien dosificada. La mezcla de reacción pasa entonces a través de un cartucho. Allí se encuentra el catalizador, que inicia la reacción, en este caso partículas de óxido de cobalto y de rutenio, aplicadas a la superficie de pequeñas cuentas.

Esta disposición permite la "esterificación oxidativa", como los químicos llaman a esta reacción, y sobre todo permite un proceso continuo. El catalizador no se consume, puede ser utilizado una y otra vez. El producto, el componente PEF esterificado, sale del cartucho como un líquido y ahora puede ser polimerizado.

"Nuestra reacción es ahora 15 veces más rápida que cuando comenzaron los experimentos", dice Esteban Meija. El químico está convencido de que el resultado interesará a mucha gente. "Por eso hemos decidido publicar los resultados en acceso abierto."

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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