Miércoles, 23 de julio de 2014

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Productos de consumo biodegradables a partir de la materia prima vegetal


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A menudo las repercusiones de un producto sobre el medio ambiente vienen determinadas por el origen de las materias primas usadas en su preparación. La selección de dichas materias primas determinará el proceso de preparación, por lo tanto los riesgos del mismo, así como, en buena medida, la estructura del producto final y su biodegradabilidad. En productos de una producción elevada, la elección de una u otra materia prima puede llegar a ser la razón esencial para la existencia de un mercado para la misma.

En el siglo XX se escogió, de un modo generalizado, el petróleo como la materia prima por excelencia, tanto para la producción de energía como para la obtención de productos orgánicos de consumo. La dependencia de nuestra economía actual de una sola materia prima entraña un grave riesgo, más aún si tenemos en cuenta que alrededor del 90% de esos productos orgánicos tienen su origen en el petróleo. Estos productos son la base de una gran cantidad de materias de uso cotidiano como fármacos, plásticos, detergentes, lubricantes, fibras sintéticas, colorantes y un largo etcétera, sin las cuales sería imposible imaginar nuestro modo de vida actual.

El establecimiento de toda una serie de industrias en torno al petróleo como materia prima ha originado situaciones paradójicas poco conocidas. Así, por ejemplo, es muy común la creencia de que los aceites vegetales no son buenos combustibles y es preciso llevar a cabo una transformación química previa. Sin embargo, la relación causa-efecto es más bien la contraria: el motor original diseñado por Rudolf Diesel funcionaba con aceite de cacahuete, pero dicho aceite dejó de ser competitivo con la fracción Diesel de petróleo. Desde entonces, los motores han evolucionado para adaptarse a este combustible, lo que ha obligado a modificar el aceite vegetal para obtener el biodiésel que sea compatible con ellos.

La elección del petróleo como casi única materia prima se ha comenzado a revisar recientemente. Aunque para aplicaciones sintéticas su precio no es un factor tan limitante como para su uso como fuente de energía, se trata de una materia prima no renovable a corto plazo y que, tarde o temprano, se agotará. Una segunda razón para sustituir el petróleo como materia prima radica en el hecho de que para su transformación en productos orgánicos útiles es necesario introducir átomos de oxígeno, etapa a menudo muy contaminante.

Los productos de origen biológico en general (azúcares, grasas, proteínas), y más en particular de fuentes agrícolas, son una buena alternativa. Muchos de ellos son altamente oxigenados, de modo que su uso como sustitutos del petróleo elimina las etapas de oxidación. Muchos productos de fuentes vegetales agrícolas, como el maíz, la soja o las patatas, pueden transformarse en productos de consumo, pero las fuentes biológicas de materias primas son más variadas. Por ejemplo, los residuos agrícolas (biomasa) y otros subproductos no relacionados con la alimentación, que a menudo contienen una variedad de materiales de naturaleza similar a la celulosa, pueden proporcionar importantes materias primas alternativas. En la actualidad se obtienen más de 50 millones de toneladas/año de productos a partir de materia prima vegetal, la mitad de los cuales son fibras. Se ha previsto que en unos 10 años este mercado debe experimentar un crecimiento del 50%.

A pesar de estas previsiones optimistas, existen barreras que es preciso superar. Una de ellas es la falta de consistencia de la materia prima y la baja concentración de los productos que interesan en la materia vegetal. Una segunda es la aparición de nuevos subproductos para los que se debe buscar aplicaciones; un claro ejemplo es la glicerina generada en la producción del biodiésel. Por último, el transporte y la distribución son una barrera importante, ya que la economía basada en el petróleo ha situado los centros de producción cerca de los puertos, alejados de las zonas de producción agrícola. Por ello este desarrollo requiere investigar en campos diversos, que van desde el desarrollo industrial y la logística en las regiones agrícolas, hasta el metabolismo vegetal, pasando por contribución de la Química a la mejora de los procesos de separación y producción y al aprovechamiento de los subproductos.

Grupo de Catálisis Heterogénea Aplicada a la Síntesis de Productos de Alto Valor Añadido

Este grupo viene desarrollando proyectos sobre el uso de materias primas renovables de origen vegetal en la preparación de una serie de productos de gran interés, centrando su trabajo en dos aspectos esenciales.

1) Desarrollo de nuevos catalizadores y nuevos procesos para la producción limpia de lubricantes y surfactantes biodegradables, dos de los productos para los que se prevé un mayor incremento del consumo, a partir de grasas vegetales.

Los actuales lubricantes derivados de aceites minerales son inaceptables desde un punto de vista medioambiental, debido a su escasa biodegradabilidad y a su capacidad para causar daños a largo plazo por su persistencia en el ambiente. En muchos países su uso está ya prohibido en aquellas aplicaciones en las que ocurre una pérdida total, tales como la lubricación de los raíles de ferrocarril, los cables de grúa o las sierras de cadena. Además los aceites minerales son inadecuados para las aplicaciones más exigentes, tales como los motores de altas prestaciones, en las que son sustituidos por lubricantes sintéticos. Los lubricantes derivados de aceites vegetales ocupan, tanto en su nivel de prestaciones como en su precio, una situación intermedia entre los lubricantes sintéticos y los de aceites minerales, con la ventaja de su menor toxicidad y su biodegradabilidad. De aquí el interés en mejorar sus propiedades, controlando su composición en ácidos grasos, y su producción.

Otro mercado con muchas opciones para el uso de materias primas renovables es el de los surfactantes o tensioactivos, un mercado que, si se incluyen los jabones, alcanza unos tres millones de toneladas por año solo en Europa. La mayor parte de esos surfactantes acaban en los vertidos, por lo cual han de ser benignos y biodegradables en tiempos cortos. Aunque en la actualidad se usan ya productos adecuados, existe una gran presión para lograr otros que se biodegraden aún mejor. Una nueva y atractiva clase de surfactantes son los APGs, preparados a partir de ácidos grasos y azúcares, que se pueden obtener con propiedades muy variables. Su gran resistencia a pH’s elevados los hace muy atractivos para la industria textil y en limpieza industrial.

Dentro de esta línea nuestro grupo pretende el desarrollo de nuevos catalizadores y procesos para la valorización de subproductos, por ejemplo los procedentes de la fabricación del biodiésel, usándolos como materias primas.

2) Los disolventes orgánicos, productos de elevado consumo y amplio campo de aplicación, son en su mayoría compuestos volátiles que contribuyen a la contaminación atmosférica, al efecto invernadero y al “smog” de las grandes ciudades. Debido a ello, las legislaciones son cada vez más restrictivas acerca de su uso, su toxicidad y persistencia. Dado que no es posible prescindir de los disolventes en muchas de sus aplicaciones, es preciso encontrar compuestos alternativos que desarrollen su labor como disolventes y sean medioambientalmente benignos. Nuestro grupo participa en el Proyecto Europeo “Solvsafe”, en el que se integran grupos de investigación de 8 países, más de la mitad de ellos pertenecientes a PYMES. Las tareas que tenemos asignadas son dos: por una parte trabajar en el desarrollo del empleo de agua o medios acuosos como disolventes para reacciones orgánicas; por otra, trabajar en el desarrollo de nuevos disolventes a partir de materias primas renovables, con especial atención al empleo como materia prima de la glicerina, residuo de la fabricación del biodiésel, para la que es preciso desarrollar nuevas aplicaciones.

Nuestro grupo es uno de los pioneros en el desarrollo de la Química Verde en España, trabajando no sólo en investigación, sino también en formación, a través de la participación en el Programa de Doctorado Interuniversitario de Química Sostenible, que acaba de renovar su Mención de Calidad por tercer año consecutivo.

Contacto con el grupo investigador:

Fecha Aragón Investiga: 21/10/2005


Ficheros adjuntos


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