Un equipo de científicos de la Universidad de Stanford (EEUU) ha descubierto una manera de fabricar plástico a partir de dióxido de carbono (CO2) y de material vegetal no comestible, como los residuos agrícolas o los pastos.
Los investigadores afirman que esta nueva tecnología podría proporcionar una alternativa baja en carbono para la fabricación de botellas de plástico y otros elementos actualmente hechos a partir de petróleo.
"Nuestro objetivo es reemplazar los productos derivados del petróleo con plástico hecho de CO2", afirma el químico de dicha Universidad Matthew Kanan, uno de los autores del avance. "Si se pudiera hacer esto sin usar una gran cantidad de energía no renovable, se reduciría drásticamente la huella de carbono de la industria del plástico".
Aprovechar los desechos
Muchos productos de plástico actuales están hechos de un polímero llamado tereftalato de polietileno (PET), también conocido como poliéster. En todo el mundo, se fabrican cada año cerca de 50 millones de toneladas de PET para artículos tales como telas, electrónica, envases de bebidas y productos para el cuidado personal.
El PET está formado por dos componentes, el ácido tereftálico y el etilenglicol, derivados del petróleo refinado y del gas natural. La fabricación del PET produce asimismo cantidades significativas de CO2, un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global. Así, cada tonelada de PET producido genera más de cuatro toneladas de CO2, según Kanan.
Para su trabajo, Kanan y su equipo se centraron en una prometedora alternativa al PET llamada furanoato de polietileno (PEF). El PEF se hace a partir de etilenglicol y un compuesto llamado ácido 2,5-furandicarboxilico (FDCA).
"El PEF es un sustituto atractivo para el PET, debido a que el FDCA puede obtenerse de biomasa, en lugar de petróleo," explica Kanan. "El PEF también es superior al PET en el sellado para el oxígeno, lo que lo hace útil para aplicaciones de embotellado".
Pero a pesar de las numerosas cualidades positivas del PEF, la industria del plástico todavía no ha encontrado la manera de producirlo a gran escala y a bajo coste. El escollo radica en hallar una forma comercialmente viable de producir un FDCA sostenible.
Por ahora, se ha intentado convirtiendo la fructosa de jarabe de maíz en FDCA. La firma holandesa Avantium ha desarrollado esta tecnología, en asociación con Coca Cola y otras compañías. Sin embargo, esto también entraña un problema, pues la producción de cultivos para tal fin requiere de gran cantidad de tierra, energía, fertilizantes y agua, esto es, supone una huella de carbono sustancial, además de entrar en competencia con la producción de alimentos.
Por eso, Kanan y su equipo propusieron hacer FDCA a partir de biomasa no comestible, como los pastos o hierbas y el material de desecho de las cosechas.
Los investigadores afirman que esta nueva tecnología podría proporcionar una alternativa baja en carbono para la fabricación de botellas de plástico y otros elementos actualmente hechos a partir de petróleo.
"Nuestro objetivo es reemplazar los productos derivados del petróleo con plástico hecho de CO2", afirma el químico de dicha Universidad Matthew Kanan, uno de los autores del avance. "Si se pudiera hacer esto sin usar una gran cantidad de energía no renovable, se reduciría drásticamente la huella de carbono de la industria del plástico".
Aprovechar los desechos
Muchos productos de plástico actuales están hechos de un polímero llamado tereftalato de polietileno (PET), también conocido como poliéster. En todo el mundo, se fabrican cada año cerca de 50 millones de toneladas de PET para artículos tales como telas, electrónica, envases de bebidas y productos para el cuidado personal.
El PET está formado por dos componentes, el ácido tereftálico y el etilenglicol, derivados del petróleo refinado y del gas natural. La fabricación del PET produce asimismo cantidades significativas de CO2, un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global. Así, cada tonelada de PET producido genera más de cuatro toneladas de CO2, según Kanan.
Para su trabajo, Kanan y su equipo se centraron en una prometedora alternativa al PET llamada furanoato de polietileno (PEF). El PEF se hace a partir de etilenglicol y un compuesto llamado ácido 2,5-furandicarboxilico (FDCA).
"El PEF es un sustituto atractivo para el PET, debido a que el FDCA puede obtenerse de biomasa, en lugar de petróleo," explica Kanan. "El PEF también es superior al PET en el sellado para el oxígeno, lo que lo hace útil para aplicaciones de embotellado".
Pero a pesar de las numerosas cualidades positivas del PEF, la industria del plástico todavía no ha encontrado la manera de producirlo a gran escala y a bajo coste. El escollo radica en hallar una forma comercialmente viable de producir un FDCA sostenible.
Por ahora, se ha intentado convirtiendo la fructosa de jarabe de maíz en FDCA. La firma holandesa Avantium ha desarrollado esta tecnología, en asociación con Coca Cola y otras compañías. Sin embargo, esto también entraña un problema, pues la producción de cultivos para tal fin requiere de gran cantidad de tierra, energía, fertilizantes y agua, esto es, supone una huella de carbono sustancial, además de entrar en competencia con la producción de alimentos.
Por eso, Kanan y su equipo propusieron hacer FDCA a partir de biomasa no comestible, como los pastos o hierbas y el material de desecho de las cosechas.
Aanindeeta Banerjee y Matthew Kanan han desarrollado una nueva manera de fabricar plástico renovable a partir de CO2 y plantas. Fuente: Universidad de Stanford.
De residuos agrícolas a plástico
En lugar de utilizar el azúcar de maíz para hacer FDCA, el equipo de Stanford ha estado experimentando con un derivado de varios subproductos de la agricultura llamado furfural. Este compuesto está formado a partir de residuos agrícolas y ha sido ampliamente utilizado durante décadas. Anualmente, se producen cerca de 400.000 toneladas de furfural para su uso en resinas, disolventes y otros productos.
Sin embargo, hacer FDCA a partir de furfural y CO2 requiere de productos químicos peligrosos y caros, y de hacer un uso intensivo de la energía, lo que obstaculiza su producción.
El equipo de Stanford ha resuelto este problema utilizando un compuesto mucho más benigno que el furfural: el carbonato. La estudiante de graduado del equipo de Kanan Aanindeeta Banerjee, combinó el carbonato con CO2 y con furoico, un derivado del furfural. A continuación, calentó la mezcla a alrededor de 200ºC para formar una sal fundida.
Los resultados fueron espectaculares. Después de cinco horas, el 89% de la mezcla de sales fundidas se había convertido en FDCA. El siguiente paso, la transformación del plástico FDCA en PEF es un proceso sencillo ya llevado a cabo por otros investigadores, señala Kanan.
CO2 reciclado
El enfoque del equipo de Stanford tiene el potencial de reducir significativamente las emisiones de efecto invernadero, afirma el investigador, debido a que el CO2 necesario para fabricar el PEF se podría obtener de las emisiones de combustibles fósiles de centrales eléctricas y otras instalaciones industriales.
Asimismo, los productos hechos de PEF también se podrían reciclar o volver a convertir en CO2 atmosférico mediante incineración para hacer más PEF.
Kanan cree que esta solución "puede desbloquear la promesa del PEF”. Aunque la investigación solo ha dado su primer paso. A partir de ahora “habrá que trabajar mucho para ver si la fórmula es viable a gran escala y para cuantificar la huella de carbono que supone", señala.
Kanan y sus colaboradores también han comenzado a aplicar el nuevo sistema para la producción de combustibles renovables y otros compuestos de hidrógeno y CO2. "Esta es la nueva aplicación más emocionante en la que estamos trabajando ahora", concluye.
El avance realizado, si se confirma su utilidad, resultaría de gran importancia, pues el auge del uso de los plásticos desde mediados del siglo XX ha hecho que estos se conviertan en un creciente contaminante del medio ambiente.
En lugar de utilizar el azúcar de maíz para hacer FDCA, el equipo de Stanford ha estado experimentando con un derivado de varios subproductos de la agricultura llamado furfural. Este compuesto está formado a partir de residuos agrícolas y ha sido ampliamente utilizado durante décadas. Anualmente, se producen cerca de 400.000 toneladas de furfural para su uso en resinas, disolventes y otros productos.
Sin embargo, hacer FDCA a partir de furfural y CO2 requiere de productos químicos peligrosos y caros, y de hacer un uso intensivo de la energía, lo que obstaculiza su producción.
El equipo de Stanford ha resuelto este problema utilizando un compuesto mucho más benigno que el furfural: el carbonato. La estudiante de graduado del equipo de Kanan Aanindeeta Banerjee, combinó el carbonato con CO2 y con furoico, un derivado del furfural. A continuación, calentó la mezcla a alrededor de 200ºC para formar una sal fundida.
Los resultados fueron espectaculares. Después de cinco horas, el 89% de la mezcla de sales fundidas se había convertido en FDCA. El siguiente paso, la transformación del plástico FDCA en PEF es un proceso sencillo ya llevado a cabo por otros investigadores, señala Kanan.
CO2 reciclado
El enfoque del equipo de Stanford tiene el potencial de reducir significativamente las emisiones de efecto invernadero, afirma el investigador, debido a que el CO2 necesario para fabricar el PEF se podría obtener de las emisiones de combustibles fósiles de centrales eléctricas y otras instalaciones industriales.
Asimismo, los productos hechos de PEF también se podrían reciclar o volver a convertir en CO2 atmosférico mediante incineración para hacer más PEF.
Kanan cree que esta solución "puede desbloquear la promesa del PEF”. Aunque la investigación solo ha dado su primer paso. A partir de ahora “habrá que trabajar mucho para ver si la fórmula es viable a gran escala y para cuantificar la huella de carbono que supone", señala.
Kanan y sus colaboradores también han comenzado a aplicar el nuevo sistema para la producción de combustibles renovables y otros compuestos de hidrógeno y CO2. "Esta es la nueva aplicación más emocionante en la que estamos trabajando ahora", concluye.
El avance realizado, si se confirma su utilidad, resultaría de gran importancia, pues el auge del uso de los plásticos desde mediados del siglo XX ha hecho que estos se conviertan en un creciente contaminante del medio ambiente.
Referencia bibliográfica:
Aanindeeta Banerjee, Graham R. Dick, Tatsuhiko Yoshino, Matthew W. Kanan. Carbon dioxide utilization via carbonate-promoted C–H carboxylation. Nature (2016). DOI: 10.1038/nature17185.
Aanindeeta Banerjee, Graham R. Dick, Tatsuhiko Yoshino, Matthew W. Kanan. Carbon dioxide utilization via carbonate-promoted C–H carboxylation. Nature (2016). DOI: 10.1038/nature17185.