Caucho sintético y plásticos:se utilizan para fabricar neumáticos, juguetes y una miríada de otros productos:se producen a partir de butadieno, una molécula tradicionalmente hecha de petróleo o gas natural. Pero esos materiales artificiales podrían volverse mucho más ecológicos pronto, gracias al ingenio de un equipo de científicos de tres universidades de investigación de EE. UU.

El equipo científico, de la Universidad de Delaware, la Universidad de Minnesota y la Universidad de Massachusetts - ha inventado un proceso para producir butadieno a partir de fuentes renovables como árboles, pastos y maíz.

Los resultados, Ahora en línea, se publicará en la revista American Chemical Society Química e Ingeniería Sostenible ACS , una revista líder en química e ingeniería ecológicas. Todos los autores del estudio están afiliados al Catalysis Center for Energy Innovation (CCEI) con sede en la Universidad de Delaware. CCEI es un Centro de Investigación de la Frontera de la Energía financiado por el Departamento de Energía de EE. UU.

"Nuestro equipo combinó un catalizador que descubrimos recientemente con una química nueva y emocionante para encontrar el primer alto rendimiento, método de bajo costo de fabricación de butadieno, "dice el director de CCEI, Dionisios Vlachos, el profesor Allan y Myra Ferguson de Ingeniería Química y Biomolecular de la UD y coautor del estudio. "Esta investigación podría transformar las industrias multimillonarias de plásticos y caucho".

El butadieno es el componente químico principal en una amplia gama de materiales que se encuentran en la sociedad. Cuando esta molécula de cuatro carbonos sufre una reacción química para formar largas cadenas llamadas polímeros, se forma caucho de estireno-butadieno (SBR), que se utiliza para fabricar neumáticos de automóvil resistentes a la abrasión. Cuando se mezcla para hacer caucho de nitrilo butadieno (NBR), se convierte en el componente clave de las mangueras, sellos y los guantes de goma omnipresentes en los entornos médicos.

En el mundo de los plásticos, el butadieno es el principal componente químico del acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), un plástico duro que se puede moldear en formas rígidas. El plástico ABS resistente se utiliza para fabricar consolas de videojuegos, piezas de automóviles, artículos deportivos, dispositivos médicos y ladrillos de juguete de plástico entrelazados, entre otros productos.

Los últimos 10 años han visto un cambio hacia un enfoque de investigación académica en productos químicos renovables y butadieno, en particular, por su importancia en productos comerciales, Dice Vlachos.

"El éxito de nuestro equipo provino de nuestra filosofía que conecta la investigación en materiales catalíticos novedosos con un nuevo enfoque de la química, ", dice Vlachos." Este es un gran ejemplo en el que el equipo de investigación fue más grande que la suma de sus partes ".

Química novedosa en tres pasos

La química novedosa incluyó un proceso de tres pasos a partir de azúcares derivados de la biomasa. Usando tecnología desarrollada dentro de CCEI, el equipo convirtió los azúcares en un compuesto de anillo llamado furfural. En el segundo paso, el equipo procesó más furfural a otro compuesto de anillo llamado tetrahidrofurano (THF).

Fue en el tercer paso que el equipo encontró la tecnología de fabricación de productos químicos de vanguardia. Usando un nuevo catalizador llamado "zeolita de fósforo totalmente de sílice, "desarrollado dentro del centro, el equipo pudo convertir THF en butadieno con un alto rendimiento (superior al 95 por ciento).

El equipo llamó a esto nuevo, reacción selectiva "deshidra-desciclización" para representar su capacidad para eliminar agua y abrir compuestos del anillo simultáneamente a la vez.

"Descubrimos que los catalizadores a base de fósforo soportados por sílice y zeolitas exhiben una alta selectividad para la fabricación de productos químicos como el butadieno, ", dice el profesor Wei Fan de la Universidad de Massachusetts Amherst." Al comparar su capacidad para controlar ciertos usos de la química industrial con la de otros catalizadores, los materiales de fósforo parecen verdaderamente únicos y complementan muy bien el conjunto de catalizadores que hemos estado desarrollando en CCEI ".

La invención del caucho renovable es parte de la misión más amplia de CCEI. Iniciado en 2009, CCEI se ha centrado en la tecnología catalítica transformacional para producir productos químicos renovables y biocombustibles a partir de fuentes de biomasa natural.

"Esta nueva tecnología expande significativamente la lista de moléculas que podemos hacer a partir de lignocelulosa, "dice el profesor Paul Dauenhauer de la Universidad de Minnesota, quien es codirector del CCEI y coautor del estudio.