Cuando John Wesley Hyatt patentó el primer plástico industrial en 1869, su intención era crear una alternativa al marfil de colmillo de elefante utilizado para hacer las teclas del piano. Pero este plástico temprano también provocó una revolución en la forma en que la gente pensaba sobre la fabricación:¿Qué pasaría si no nos limitáramos a los materiales que la naturaleza tiene para ofrecer?

Más de un siglo después, Los plásticos son una parte abundante de la vida diaria. Pero estos plásticos a menudo se derivan del petróleo, contribuyendo a la dependencia de los combustibles fósiles y generando emisiones nocivas de gases de efecto invernadero. Para cambiar eso, Los científicos del Centro de Investigación de Bioenergía de los Grandes Lagos (GLBRC) están tratando de llevar la naturaleza flexible del plástico en otra dirección, desarrollar formas nuevas y renovables de crear plásticos a partir de biomasa.

Usando un solvente derivado de plantas llamado GVL (gamma-Valerolactone), El profesor de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Wisconsin-Madison James Dumesic y su equipo han desarrollado una forma económica y de alto rendimiento de producir ácido furandicarboxílico, o FDCA. Uno de los 12 productos químicos que el Departamento de Energía de EE. UU. Considera fundamentales para forjar una industria química "verde", El FDCA es un precursor necesario de un plástico renovable llamado PEF (o furanoato de polietileno), así como de varios poliésteres y poliuretanos.

Los investigadores publicaron sus hallazgos el 19 de enero de 2018 en la revista Avances de la ciencia .

Como sustituto de base biológica del PET (tereftalato de polietileno), se usa ampliamente, Contraparte derivada del petróleo:el PEF tiene un gran potencial. Actualmente, el PET tiene una demanda de mercado cercana a los 1.500 millones de toneladas al año, y Coca-Cola, Ford Motors, H.J. Heinz, Nike y Procter &Gamble se han comprometido a desarrollar un PET 100% vegetal para sus botellas, embalaje, indumentaria y calzado. El potencial de PEF para irrumpir en ese importante mercado, sin embargo, se ha visto obstaculizado por el alto costo de producir FDCA.

"Hasta ahora, FDCA ha tenido una solubilidad muy baja en prácticamente cualquier solvente en el que lo fabrica, "dice Ali Hussain Motagamwala, un estudiante graduado de UW-Madison en ingeniería química y biológica y coautor del estudio. "Hay que usar mucho solvente para obtener una pequeña cantidad de FDCA, y termina con altos costos de separación y productos de desecho indeseables ".

El nuevo proceso de Motagamwala y sus colegas comienza con fructosa, que convierten en un proceso de dos pasos a FDCA en un sistema solvente compuesto por una parte de GVL y una parte de agua. El resultado final es un alto rendimiento de FDCA que se separa fácilmente del solvente como un polvo blanco al enfriarse.

"El uso del solvente GVL resuelve la mayoría de los problemas con la producción de FDCA, "dice Motagamwala." Los azúcares y FDCA son altamente solubles en este solvente, obtienes altos rendimientos, y puede separar y reciclar fácilmente el solvente ".

Otras características del proceso contribuyen a su economía robusta. El sistema no requiere costosos ácidos minerales para la catálisis, no produce sales de desecho, y puede separar los cristales de FDCA del solvente simplemente enfriando el sistema de reacción.

El análisis tecnoeconómico del equipo sugiere que el proceso actualmente podría producir FDCA a un precio de venta mínimo de $ 1, 490 por tonelada. Con mejoras, incluida la reducción del costo de la materia prima y la reducción del tiempo de reacción, el precio podría llegar a $ 1, 310 por tonelada, lo que haría que su FDCA fuera competitivo en costos con algunos precursores de plástico derivados de combustibles fósiles.

"Creemos que este es el enfoque simplificado y económico para hacer FDCA que muchas personas en la industria del plástico han estado esperando. ", dice Dumesic." Nuestra esperanza es que esta investigación abra la puerta aún más a los plásticos renovables de costo competitivo ".

La Wisconsin Alumni Research Foundation está trabajando para obtener licencias de la tecnología GVL para su uso en la producción de bioplásticos.