Bio-PTA
Uno de los grandes
desafíos de las biorrefinerías del futuro es crear una base estable
para que la producción mundial de químicos de origen biomásico sea
cada vez más elevada. Por ello, me propongo tratar con cierta
regularidad temas de interés relacionados con la obtención de
bioplásticos. Hoy comenzaré con un precursor del PET, uno de los
polímeros más usados en envases de bebidas.
Esta entrada tiene un
especial significado para mí. Hace unos años presentaba mi proyecto
fin de carrera para obtener el título de ingeniero químico con un
trabajo que versaba acerca del diseño de una unidad de producción
de ácido tereftálico crudo (“Crude Terephthalic Acid” o CTA por
sus siglas en inglés) basada en el proceso convencional de oxidación
del para-xileno (PX, de ahora en adelante). Hoy traigo a este blog un
post con una revisión de las técnicas que se están desarrollando
para obtener ácido tereftálico purificado (“Purified Terephthalic
Acid” o PTA por sus siglas en inglés) a través de la vía
biotecnológica.
El polietilentereftalato
o PET es un polímero que se obtiene mediante una reacción de
policondensación entre el PTA y el etilenglicol (“Mono-Ethylene
Glycol” o MEG por sus siglas en inglés). Pertenece al grupo de
materiales sintéticos denominados poliésteres. Aproximadamente, 50
millones de toneladas métricas de PET se producen anualmente para
la fabricación de envases, fibras para textiles y resinas para el
sector de automoción.
En la primera corriente
de materias primas, el MEG puede ser sintetizado de manera
tradicional por la ruta petroquímica o a través de una vía
biológica mediante la fermentación del etanol y la deshidratación
del etileno. En la segunda, la porción de PTA, que representa el 70
% en peso del PET, sigue derivando del refino del petróleo debido a
las dificultades para producir la molécula de PX de fuentes
biológicas. Para conseguir bio-PET de origen 100 % biológico, es
necesaria la utilización de bio-PTA. En las próximas líneas se van
a revisar las distintas líneas de investigación abiertas para la
obtención de bio-PTA.
GEVO 1,2,3,4,5
GEVO, empresa fundada en
2005, posee un proceso de fermentación protegido por patente y un
modelo de negocio que le permite convertir plantas de etanol ya
existentes en biorrefinerías que obtienen isobutanol como producto
principal. Este compuesto es tremendamente versátil, puede ser
utilizado como una especialidad química, como un aditivo de
combustibles y como precursor de otros productos químicos. A través
de una simple deshidratación, puede ser transformado en butenos, que
a su vez son aptos para la producción de plásticos y fibras, como
por ejemplo el PET.
GEVO y TORAY han
desarrollado un proceso para obtener paraxileno de origen renovable a
partir de isobutanol. Su objetivo final era la producción de PET de
origen 100% biológico. Dicho objetivo fue cumplido a escala de
laboratorio en el año 2011. En agosto del año pasado, GEVO
inauguraba una planta piloto de paraxileno en Silsbee (Texas, USA).
TORAY ha firmado un acuerdo para comprar el paraxileno producido en
esta planta y convertirlo en PET utilizando PTA como precursor.
VIRENT 1,2,3,6,7
VIRENT, una spin off de
la Universidad de Wisconsin-Madison, ha patentado una proceso de
reformado catalítico acuoso (BioForming®) que convierte azúcares
solubles de una gran variedad de fuentes en una mezcla de
hidrocarburos. La producción de bio-PX (BioFormPX) pasa por la
aplicación de dicho proceso de reformado seguido de una condensación
catalítica modificada ácida que genera una corriente muy similar al
petróleo reformado (BioFormateTM) que incluye parafinas,
aromáticos y olefinas. VIRENT genera en su planta de demostración
cantidades suficientes de esta corriente para poder realizar el
procesado posterior a PX a través de técnicas comerciales de
cristalización.
VIRENT ha iniciado
conversaciones con algunos de los mayores usuarios finales de PET
para comercializar la plataforma de BioForming para la producción de
BioFormPX y algunos de los fabricantes del PET tradicional ya han
expresado su interés en contribuir a crear una cadena de suministro
para el PET de origen 100 % biológico. En 2011, VIRENT y THE
COCA-COLA COMPANY firmaron un convenio estratégico para acelerar la
comercialización de envases 100 % renovables y reciclables.
ANELLOTECH 1,2,3,8,9
ANELLOTECH es una spin
off de la Universidad de Massachusetts (Amherst) que posee una
tecnología patentada de pirólisis rápida que utiliza un reactor de
lecho fluidizado para romper los enlaces de la biomasa
lignocelulósica en compuestos aromáticos. El proceso “Biomass to
Aromatics”TM (BTA) produce bencenos, toluenos y xilenos
de origen totalmente biológico. A diferencia de los métodos basados
en la fermentación, que sólo usan azúcares como materias primas,
el proceso de ANELLOTECH puede utilizar todo tipo de fuentes de
carbono.
De momento, la compañía
está operando a escala de laboratorio. En 2013, puso en marcha una
planta piloto que le permite aumentar el volumen producido de benceno
y tolueno pero no hay evidencias de que esté generando cantidades
significativas de bio-PX para la obtención de PTA.
AMYRIS 1,10
En octubre de 2011,
AMYRIS compró los activos de DRATHS CORPORATION (Lansing, Michigan).
Entre dichos activos, estaba la tecnología patentada a escala de
laboratorio para producir ácido t,t-mucónico como pieza fundamental
para obtener monómeros, como el PET o el nylon, de origen 100 %
biológico. El portfolio de productos de esta empresa incluía el
bio-PTA.
OTROS PROYECTOS
1,11,12,13
Las cuatro proyectos
destacados anteriormente son de los que se dispone de más
información abierta y ,probablemente, los que presentan un mayor
grado de avance.
Los tres primeros tienen
en común que la ruta para obtener bio-PTA pasa por el bio-PX. Otros
proyectos que aparecen nombrados en las referencias con este mismo
punto en común son los dos siguientes:
- UOP: Utiliza una ruta para producir PX a partir de isobutileno.
- GLOBAL BIOENERGIES: Usa bacterias genéticamente modificadas con enzimas para producir bio-isobuteno directamente en forma gaseosa que puede ser procesado a bio-PX.
En el caso de AMYRIS y de
otra pequeña empresa llamada GENOMÁTICA, la vía para llegar al
bio-PTA implica otro compuesto, al igual que los siguientes proyectos
de grandes compañías del sector químico de los que no se conocen
programas activos para alcanzar el nivel industrial:
- SABIC INNOVATIVE PLASTICS: a través del bio-d-limoneno.
- TORAY/UOP: a través de bio-DMF (dimetilfurano).
- BP/PLC: a través de bio-FDCA (ácido furanodicarboxílico).
Aunque se sale un poco
del enfoque de este post, creo que también es importante mencionar
el caso de AVANTIUM. Esta empresa es la más activa en el área de
desarrollo de un proceso industrial viable para la obtención del PEF
(polietilenfuranoato), una alternativa al PET con novedosas
propiedades.
RESUMIENDO...
Actualmente, las
principales rutas para la obtención de bio-PTA son las siguientes:
- Bio-PTA a través de isobutanol: Azúcares → Isobutanol → Bio-PX → Bio-PTA (GEVO, GLOBAL BIONERGIES).
- Bio-PTA a través de ácido mucónico: Azúcares → Ácido mucónico → Bio-PX → Bio-PTA (DRATH, GENOMÁTICA).
- Bio-PTA a través de xilenos: Biomasa → BTX → Bio-PX → Bio-PTA (ANELLOTECH, VIRENT).
- Bio-PTA a través de terpenos: Biomasa → Limoneno → Bio-PX → Bio-PTA (SABIC).
- Bio-PTA a través de otras rutas: bio-DMF (TORAY/UOP), bio-FDCA (BP/PLC).
REFERENCIAS
3 A.J. Nizamoff:
“Bio-Routes to para-Xylene”. PERP 2011S3, Report Abstract, March
2012.
6 D.Komula: “Completing
the Puzzle: 100% Plant-Derived PET”. Bioplastics Magazine,
[04/11], Vol. 6.
9 D. Sudolsky: “Anellotech”.
New Energy Symposium.
10 J.-L. Wertz, O. Bédué:
“Lignocellulosic Biorefineries”. CRC Press , 2013.
11 “WP 8.1.
Determination of market potential for selected platform chemicals -
Itaconic acid, Succinic acid, 2,5-Furandicarboxylic acid”.
Weastra.
12 K. Patel: “Fungible
Green Chemicals and Polymers”. 2012 National Advanced Biofuels
Conference November 29, 2012 – Houston, Texas.
13
www.avantium.com.
