PEF: El nuevo competidor del PET
Mientras
preparaba la entrada sobre los diferentes procesos que se están
desarrollando para obtener bio-PTA como precursor del bio-PET,
encontré diferentes fuentes en las que se mencionaba una potencial
alternativa para reemplazar este polímero. Se trata del furanoato de
polietileno, más conocido como PEF (“PolyEthylene Furanoate”).
En aquel momento, simplemente lo mencioné de manera muy somera pero
captó mi atención y he decidido dedicarle un post completo.
Naturaleza
y propiedades 1,2,3,4,5,6,7
El PEF
es un derivado del furano análogo al PET en el que el anillo
bencénico se sustituye por una anillo furánico. Si el monómero del
PET es el ácido tereftálico (“terephtalic acid” o TA), el
monómero del PEF es el ácido furano-2,5-dicarboxílico
(“2,5-furandicarboxilic acid” o FDCA). El furano (también
llamado furfurano u óxido de divinileno) es un compuesto orgánico
heterocíclico aromático de cinco cárbonos con un átomo de
oxígeno.
Figura
1. Estructuras moleculares del TA y del FDCA
El furano presenta una
química muy rica. Sus derivados son piezas modulares verdes (“green
building blocks”) para la generación de un rango amplio de
materiales, químicos y combustibles. Los compuestos furánicos son
conocidos como los “gigantes durmientes” por su gran potencial
para la producción de bioplásticos y otras especialidades químicas
sostenibles. De hecho, están en la lista de los doce piezas
modulares verdes con mayor proyección del “Department of Energy”
de USA. Tomándolos como base, se puede llegar a tejer un concepto
complejo de biorrefinería. Este tema me parece tan interesante que
he pensado dedicarle una entrada entera en el futuro.
Centrando de nuevo la
atención en el PEF, sus propiedades le permitirían competir con el
PET en sus aplicaciones más típicas. De acuerdo con lo expuesto en
la bibliografía, presenta varias ventajas importantes:
- Una mayor resistencia a la tracción y un módulo elástico más elevado. Este hecho permitiría una reducción del peso de los envases.
- Propiedades barrera mejoradas: 6 veces mejor como barrera del O2, 3 veces mejor como barrera del CO2 y 2 veces mejor como barrera del H2O.
- Temperatura de transición vítrea mayor (86ºC frente a 74ºC).
- Punto de fusión más bajo (235ºC frente a 265ºC).
El proceso XYX de
Avantium 1,5,6,7
El interés que está
despertando el PEF se debe, en buena parte, a los avances logrados
por la empresa holandesa Avantium que ha descubierto y patentado un
innovador proceso químico catalítico que permite la producción de
derivados furánicos a partir de un amplio rango de carbohidratos. El
proceso XYX, pues así se denomina, convierte biomasa de varias
fuentes en diferentes productos químicios sostenibles y
biocombustibles. Está basado en dos pasos catalíticos:
- Paso 1: La deshidratación catalítica de los carbohidratos en un alcohol, como el metanol, para dar lugar a un “Alkoxymethyl-Furfural” (RMF), como el “Methoxymethyl-Furfural” (MMF), y compuestos levulínicos, como el “Methyl Levulinate”.
- Paso 2: La oxidación catalítica del RMF en ácido acético para generar FDCA.
Para obtener el bio-PEF,
es necesario un tercer paso catalítico que consiste en la
polimerización del FDCA y “Mono-Ethyilene-Glycol” (MEG).
Figura
2. Esquema del proceso de Avantium para obtener PEF que incluye la
tecnología XYX. Extraído de la página web de la empresa.
Aplicaciones 1
Avantium destaca en su
página web tres principales aplicaciones en las que el PEF puede
reemplazar al PET:
- Botellas para el envasado de bebidas y otros productos no alimentarios. Avantium ya ha firmado acuerdos con empresas como Coca-Cola Company, Danone y ALPLA, para desarrollar y comercializar botellas de PEF.
- Fibras para usos muy diversos. Todos aquellos en los que se viene empleando el PET: ropa, alfombras, pañales y otros muchos productos de uso cotidiano e industrial. En este campo, Avantium está colaborando con Teijin Aramid.
- Films. Con una excelente capacidad para evitar el paso de gases y para contener olores, el PEF puede ser utilizado para crear films para proteger productos alimentarios o integrado en estructuras multicapa para dar lugar a envases más flexibles.
Viabilidad y escalado
industrial 1,5,6,7
El PEF no sólo presenta
unas propiedades mejoradas respecto al PET sino que puede competir en
precio. De acuerdo con lo que indica Jong en la referencia 6, el
precio del FDCA sería similar al del TA a una escala de 350
kton/año. Ello es debido a la alta eficiencia de los procesos de
conversión catalítica de la tecnología XYX y al bajo coste de las
materias primas. Además, parece que es posible utilizar los recursos
ya existentes para procesar y reciclar el PET.
Actualmente, Avantium ya
tiene operativa una planta piloto de 40 ton/año en el Chemelot
Campus (Geleen, Holanda) con el propósito de demostrar el proceso a
una escala preindustrial y producir cantidades de muestra para el
desarrollo de sus productos con tecnología XYX. En su camino hacia
la entrada en el mercado, el siguiente paso sería una primera planta
comercial de entre 30 y 50 ton/año de capacidad que se pondría en
marcha en el 2015-2016. Finalmente, esperan montar una planta a
escala industrial completa (300 – 500 ton/año) que pueda estar
operativa para 2017-2018.
REFERENCIAS
2
S.K. Burgess, J.E. Leisen, B.E. Kraftschik, C.R. Mubarak, R.M.
Kriegel, W.J. Koros: “Chain Mobility, Thermal, and Mechanical
Properties of Poly(ethylene furanoate) Compared to Poly(ethylene
terephthalate)”. Macromolecules, 2014, 47 (4), pp 1383–1391.
Publication Date (Web): February 3, 2014.
3
“Bio-Based Chemicals: Value Added Products from Biorefineries”.
IEA Bioenergy, Task 42 Biorefinery.
4
D. Ouden: “Waking up a sleeping giant: Furanic building blocks
for materials and fuels”. Green Supply Chain 2010, York,
November 5th, 2010.
6
E. Jong: “XYX_Green from within”. 2nd Biobased Performance
Materials Conference, 21 June 2012, Wageningen, Netherlands.
7
J. Gotro: “Polyethylene Furanoate (PEF): 100% Bibased Polymer to
Compete with PET”. Polymer Innovation Blog, 08/04/2013.
