Ficha tema área: Ciencias Experimentales Productos de consumo

Ficha tema
área: Ciencias Experimentales
Productos de consumo biodegradables a partir de la materia prima vegetal
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:
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Dr. José Antonio Mayoral, Tfno: 976 762077, e-mail: mayoral@unizar.es
Dr. José Ignacio García, Tfno: 976 762271, e-mail: jig@unizar.es
Dr. José María Fraile, Tfno: 976 762272, e-mail: jmfraile@unizar.es
Fecha Aragón Investiga: 21/10/2005
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