Con el petróleo crudo vendiéndose a menos de 50 dólares el barril, hay pocos incentivos económicos para desarrollar productos químicos biorrenovables como sustitutos de los petroquímicos.

Esa es una realidad que tiene a los líderes del Centro de Investigación de Ingeniería de la Fundación Nacional de Ciencias para Productos Químicos Biorrenovables (CBiRC) con sede en la Universidad Estatal de Iowa que proponen un nuevo modelo para crear, aplicando y comercializar productos químicos hechos de tallos de maíz, astillas de madera y otras fuentes de biomasa.

El modelo de los investigadores se basa en nueve años de trabajo de CBiRC para estudiar, eliminar riesgos y desarrollar tecnologías biorrenovables. El modelo exige la identificación de "moléculas bioprivilegiadas" que ofrecen propiedades únicas que podrían conducir a nuevos productos.

El modelo fue presentado por Brent Shanks y Peter Keeling de CBiRC en un artículo reciente sobre perspectivas, "Moléculas bioprivilegiadas:creando valor a partir de la biomasa, "publicado por la revista Química verde y aparece en su portada. Shanks es el director de CBiRC, un Profesor Distinguido Anson Marston en Ingeniería en el Estado de Iowa y la Cátedra Mike y Jean Steffenson en Ingeniería Química y Biológica. Keeling es el director de innovación y colaboración industrial de CBiRC.

"Las moléculas bioprivilegiadas por su origen a partir de moléculas de origen biológico y la plétora concomitante de funcionalidades tienen el potencial de expandir enormemente el horizonte de bioproductos más allá del alcance de los petroquímicos, "Shanks y Keeling escribieron en su periódico.

Los dos definen las moléculas bioprivilegiadas como intermediarios químicos que provienen de fuentes biológicas y pueden convertirse de manera eficiente en varios productos. incluyendo nuevos productos químicos y reemplazos directos de productos químicos existentes.

Shanks y Keeling también presentaron sus ideas sobre moléculas bioprivilegiadas durante un taller de enero apoyado por la National Science Foundation y una conferencia de junio patrocinada por el Departamento de Energía de EE. UU.

"Estamos hablando de moléculas novedosas con nuevas propiedades, ", Dijo Keeling." No se ha pensado en estas moléculas porque no eran posibles a partir de productos petroquímicos. Pero podría haber un gran valor en esta novedad ".

Shanks dijo que CBiRC, establecida en 2008 con el objetivo de combinar las herramientas de biólogos y químicos para desarrollar tecnologías híbridas para producir sustancias químicas biorenovables, ha señalado el camino hacia ese enfoque.

Sin moléculas nuevas

Las refinerías de petróleo que transforman el petróleo crudo en combustibles también producen gases ligeros como subproducto. Las empresas han tomado esos gases y los han convertido en moléculas intermedias (alquenos y aromáticos) que alimentan a la industria petroquímica y producen sus plásticos. fibras, adhesivos, detergentes, pinturas tintas y mucho más.

Esa es una industria que ha estado en el negocio durante más de un siglo. Como resultado, está trabajando con moléculas familiares y procesos eficientes que producen químicos de bajo costo.

Shanks dijo que los investigadores afiliados a CBiRC, que ha sido apoyado por una serie de subvenciones por un total de $ 35,26 millones de la National Science Foundation, no estaban encontrando formas económicamente viables para que los productos químicos de base biológica reemplazaran los productos petroquímicos del petróleo crudo de bajo costo.

Pero, Dijo que la industria petroquímica no ha producido nuevas moléculas comerciales en dos décadas. Y eso ha creado lo que podría ser una oportunidad para valiosos productos químicos de base biológica.

"La pregunta que tienes que hacer es:"¿Tenemos todas las moléculas que necesitamos?", Dijo Shanks. "¿Hemos terminado?"

Pasando a moléculas de base biológica

Shanks dijo que los investigadores de CBiRC han estado preguntando a científicos e ingenieros de la industria de productos de consumo si tenían todas las moléculas que necesitaban.

"La respuesta rotunda que obtenemos es no, ", dijo." Ellos dicen, 'Necesitamos nuevas innovaciones, nuevos productos, nuevas moléculas '".

Entonces, ¿de dónde vendrán esas moléculas?

Shanks y Keeling apuntan a la biomasa de las plantas como fuente de nuevas moléculas intermedias.

"Las materias primas derivadas de la biomasa son particularmente prometedoras para aumentar drásticamente el grupo de posibles intermediarios porque proporcionan una amplia gama de complejidad química, "escribieron en su periódico.

Los productos químicos resultantes podrían ser productos farmacéuticos de próxima generación, nutracéuticos, antimicrobianos, insecticidas, herbicidas, bienes de consumo y especialidades químicas.

"No hay duda de que las moléculas derivadas de la biomasa son muy prometedoras para generar productos con propiedades mejoradas, " ellos escribieron.

El camino CBiRC

Ahora que CBiRC existe desde hace nueve años, Shanks dijo que el centro de investigación tiene varios estudios de casos que demuestran cómo las moléculas bioprivilegiadas crean nuevos productos y oportunidades.

El ácido mucónico es un ejemplo citado en el Química verde papel.

El año pasado, dos investigadores afiliados a CBiRC - Zengyi Shao y Jean-Philippe Tessonnier, Los profesores asistentes de ingeniería química y biológica del estado de Iowa informaron cómo produjeron un nailon biorrenovable.

Comenzaron con levadura modificada genéticamente, "una fábrica de microbios, "Shao dijo - que fermenta la glucosa en ácido mucónico. Luego, usando un catalizador de metal y un poco de electricidad, los investigadores produjeron ácido 3-hexenodioico. Con unos sencillos pasos de separación y polimerización, terminaron con biobased, nailon-6 insaturado, 6.

"No hay una buena forma de llegar a esta molécula a partir de productos petroquímicos, ", Dijo Shanks." Pero la biología puede hacer tantas cosas ".

Se necesitarán muchas pruebas para descubrir exactamente qué pueden hacer las moléculas bioprivilegiadas. Por eso, Shanks y Keeling escribieron que el camino a seguir debería incluir nuevas estrategias computacionales y experimentales para probar productos químicos de base biológica para aplicaciones nuevas y valiosas.

Una vez más, Keeling dijo que CBiRC está trabajando para mostrar el camino mediante el desarrollo de enfoques para identificar sistemáticamente moléculas bioprivilegiadas, así como estrategias de alto rendimiento que pueden evaluar rápidamente miles de moléculas nuevas para aplicaciones en diversas industrias.

"Estaban diciendo, 'Hagamos moléculas, ", Dijo Keeling." Es muy difícil diseñar su camino hacia una nueva molécula. Entonces estamos tomando nuevos moléculas bioprivilegiadas y ver dónde se pueden utilizar mejor ".