Poliolefinas biobasadas – Polietileno biobasado (bio-PE)
Sección: PLÁSTICOS BIOBASADOS
Series: Poliolefinas biobasadas.
- Polietileno biobasado (bio-PE).
Polietileno Biobasado (bio-PE) / Polietileno Verde / Polietileno
Renovable
- Su contenido de carbono biobasado
puede alcanzar el 100%.
- Recurso renovable. Se
produce a partir de materias primas biomásicas renovables como azúcares o
aceites vegetales.
- Reduce las emisiones de
GEI. Cada tonelada producida captura y secuestra CO2 de la
atmósfera.
- 100% drop-in.
Químicamente idéntico a su equivalente petroquímico. Tiene las mismas
características de procesamiento que el PE de origen fósil, por lo tanto,
puede procesarse en los mismos equipos.
- No biodegradable. No
puede ser compostado o biodegradado.
- Termoplástico. Se
puede fundir y volver a moldear en la forma deseada.
- Se puede reciclar y
procesar en nuevos productos de bio-PE utilizando tecnologías
convencionales sin requerir inversiones adicionales.
- Bloque de construcción o
monómero: etileno biobasado.
|
Figura 1. Bio-PE es químicamente
idéntico a su equivalente petroquímico (extraído de la página web de Braskem
I'm greenTM Polyethylene)
1. Estructura y tipos
El polietileno (PE) tiene la
estructura básica más simple de cualquier polímero. Consiste en una larga
cadena de átomos de carbono con dos átomos de hidrógeno unidos a cada átomo de
carbono (una repetición de unidades de CH2).
Hay muchos tipos diferentes de PE
que tienen sus propias características y aplicaciones únicas. Los tipos
principales son: PE de alta densidad (high density PE, HDPE), PE de baja
densidad (low density PE, LDPE) y PE lineal de baja densidad (linear
low density PE, LLDPE) y polietileno de muy baja densidad (very
low-density polyethylene, VLDPE).
2. Rutas de producción
biobasadas
El bloque de construcción o
precursor del bio-PE es el etileno
biobasado. El bio-etileno se transforma en bio-PE por polimerización
convencional mediante un catalizador.
Ruta 1 para el etileno biobasado:
Deshidratación del bioetanol
Una de las viejas aplicaciones
del etileno era su hidratación para producir etanol sintético. El proceso
inverso (deshidratación) permite generar etileno a partir de etanol. En la
industria, la deshidratación del alcohol tiene lugar principalmente en la fase
vapor de sistemas de dos catalizadores. La mayoría de las tecnologías antiguas
usaban ácido fosfórico, la alúmina activada se convirtió en el catalizador
predominante más tarde. La deshidratación en fase de vapor de etanol a 400ºC da
etileno con un rendimiento y una selectividad superiores al 99%. La producción
de 1 tonelada de etileno requiere 1,7 toneladas de etanol.
El bioetanol se puede producir a
partir de biomasa a través de rutas bioquímicas
y termoquímicas.
Ruta 2 para el etileno
biobasado: Craqueo de bio-nafta
El etileno puede producirse
mediante craqueo con vapor de nafta en el que las corrientes de alimentación se
precalientan y luego se mezclan con vapor con una relación 1:1 a 750–850ºC
durante un corto período de tiempo (menos de 0,5 s). El rendimiento en etileno
depende del tipo de materia prima utilizada en el proceso.
La bio-nafta se genera durante el
procesado de materias primas renovables a través de tecnologías como la
conversión Fischer-Tropsch o el hidrotratamiento.
Ruta 3 para el etileno
biobasado: Producción
directa
Desde el descubrimiento de los microorganismos
capaces de producir etileno a mediados del siglo XX, se han identificado varias
bacterias y hongos con esta capacidad. Esta tecnología está todavía en las
primeras etapas.
3. Mercado
El bio-PE se enfrenta en competencia
directa a su equivalente petroquímico. Lleva en el mercado varios años (desde
2010) gracias a las actividades realizadas por Braskem (véase Sección 4.1) a
través de la deshidratación de bioetanol, pero hasta ahora la capacidad de
producción de esta esta ruta permanece sin cambios. Una de las vías para
obtener etileno de origen fósil está basada en el gas natural y sus bajos
precios hacen que los márgenes aumenten en detrimento del etileno renovable.
Otros proyectos basados en la deshidratación de bioetanol se abandonaron debido
al auge del gas (véanse las secciones 4.1 y 4.2).
En 2014, SABIC fue la primera empresa
en anunciar una cartera de bio-poliolefinas a través del craqueo de bio-nafta.
Reemplazaron parcialmente las materias primas fósiles por materias primas
renovables (aceites y grasas residuales). Después de cinco años de pausa, los
últimos meses han visto un aumento de proyectos de bio-poliolefinas
relacionadas con esta ruta. Todavía es difícil saber cuál es el volumen de
producción actual de bio-PE. Además, el contenido de carbono biobasado varía de
un proyecto a otro. Esta sección se actualizará una vez que la imagen se aclare.
El mercado aún es pequeño en
comparación con el mercado global de PE. Tiene potencial para crecer.
Volumen de producción global de
PE (2016) = 103.000 kton/y.
Volumen de producción global de
bio-PE - Ruta 1 = 200 kton/y.
Volumen de producción global de
bio-PE - Ruta 2 = Desconocido.
Empresa
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Ubicación
|
Ruta
|
Inicio
|
Volumen
de producción (kton/y)
|
Braskem
|
Triunfo
Petrochemical Complex (Brasil)
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1
|
2010
|
200
|
SABIC
|
Geleen (Holanda)
|
2
|
2014
|
- (véase
Sección 4.3)
|
LyondellBasell (bio-nafta de Neste)
|
Wesseling
(Alemania)
|
2
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2019
|
Varios miles de toneladas (véase Sección 4.4)
|
Total
|
La Mède
(Francia)
|
2
|
2019
|
- (véase
Sección 4.5)
|
Dow (bio-nafta de UPM Biofuels)
|
Terneuzen
(Netherlands)
|
2
|
2019
|
- (véase
Sección 4.6)
|
Ineos (bio-nafta de UPM Biofuels)
|
Köln (Alemania)
|
2
|
2020
|
- (véase
Sección 4.7)
|
4. Principales actores
4.1 Braskem - I'm greenTM Polyethylene (Ruta 1)
Después de años dedicados a la
investigación y el desarrollo, en septiembre de 2010, Braskem puso en marcha
una unidad de producción de 200 kton/año de bio-PE con bioetanol a partir de
caña de azúcar como materia prima. La planta, ubicada en el Complejo Petroquímico
Triunfo en Rio Grande do Sul (región del Sur de Brasil) recibió una inversión
de 290 M$ y permitió que Braskem se convirtiese en el primer y mayor productor
mundial de bio-etileno. La empresa estaba planeando la construcción de una
segunda planta de 400 kton/año. Sin embargo, a mediados de 2012, Braskem
anunció que el proyecto se posponía.
La transformación del etileno
verde en bio-PE se realiza en las mismas plantas de polimerización que producen
polietileno a partir de fuentes fósiles. El bio-PE se comercializa bajo la
marca comercial "I'm greenTM Polyethylene". El etanol
utilizado en la producción de I'm greenTM Polyethylene se consigue
principalmente a través de contratos con los principales productores
nacionales, cuya relación con Braskem se rige por el principio de "abastecimiento
responsable de etanol" (Responsible Ethanol Sourcing).
Actualmente hay disponibles en la
cartera de productos de Braskem las siguientes familias de polietileno I'm greenTM
Polyethylene: HDPE, LDPE y LLDPE. Cubren una amplia gama de aplicaciones. La gran
mayoría de estos grados tienen un contenido de carbono renovable entre 80% y
100%, en función de su contenido de carbono biogénico medido de acuerdo con la
norma ASMT D6866.
En 2011, el I'm greenTM
Polyethylene de Braskem recibió la certificación de la empresa belga Vinçotte,
una referencia mundial en la evaluación de contenido renovable. Se evaluaron
muestras de las familias HDPE y LLDPE, y toda la línea recibió la calificación
máxima de cuatro estrellas por su contenido renovable comprobado. Además, sus
unidades y procesos de producción están certificados por el sello de ISCC Plus
(International Sustainability and Carbon Certification), un sistema de
certificación internacional para biomasa y combustibles sostenibles.
4.2 Dow Chemical y Mitsui Chemicals (Ruta 1)
Una empresa conjunta de Dow
Chemical y Mitsui Chemicals estaba invirtiendo en la construcción de una planta
de producción en Brasil para fabricar bio-HDPE y bio-LLDPE a partir de etileno
de origen renovable. Se esperaba que la planta tuviera una capacidad de 350 kton/año
y estuviera operativa en 2015. Como en el caso de la nueva planta de Braskem,
el proyecto se pospuso y no hay fechas conocidas para su reanudación.
4.3 SABIC (Ruta 2)
SABIC lanzó su cartera de
poliolefinas renovables certificadas en 2014. Al usar su infraestructura
existente no hay cambios en la cadena de valor, ni siquiera en el reciclaje. Se
basan en materia prima biobasada de segunda generación. Sus polímeros
renovables certificados han sido acreditados a través de ISCC Plus.
Figure 2. Cadena de custodia de
las poliolefinas renovables certificadas de SABIC (extraída de la Referencia
[7])
Tras realizar un análisis interno
del ciclo de vida de la cuna a la puerta de sus poliolefinas renovables, SABIC
descubrió que, desde el abastecimiento de materia prima hasta la producción
final, cada tonelada de polímero renovable de PE y PP puede eliminar hasta dos
toneladas de CO2 en comparación con las poliolefinas de origen fósil.
Además, SABIC utiliza aceite de
pirólisis como materia prima generada a partir del reciclaje de residuos
plásticos mixtos de baja calidad (destinados de otro modo a la incineración o
al vertedero) para la fabricación de sus polímeros circulares certificados.
4.4 LyondellBasell y Neste - Circulen (Ruta
2)
LyondellBasell y Neste han
anunciado de manera conjunta la primera producción paralela de polipropileno
(PP) y polietileno de baja densidad (LDPE) biobasados a escala comercial en
junio de 2019. El proyecto conjunto utilizó los hidrocarburos renovables de
Neste para producir con éxito varios miles de toneladas de plásticos
biobasados. La flexibilidad del craqueador de LyondellBasell le permitió
introducir la nueva materia prima renovable en su planta de Wesseling
(Alemania), que se convirtió directamente en polietileno y polipropileno
biobasados.
Los biopolímeros están aprobados
para la producción de envases para alimentos y se están comercializando bajo
las marcas Circulen y Circulen Plus, la nueva familia de productos de economía
circular de LyondellBasell. La familia Circulen se crea utilizando el enfoque
de balance de masa. El contenido biobasado se asigna matemáticamente a
productos específicos. Los productos de Circulen se producen de acuerdo con los
requisitos del esquema de certificación REDcert². Se ha verificado más del 30%
de contenido renovable.
4.5 Total y Trioplast - TrioGreen
(Ruta 2)
Tras la puesta
en marcha de la biorrefinería de La Mède, la gama completa de productos
Total (PE / PP / PS) está disponible comercialmente como Total Certified
Renewable Polymers a través de la certificación de balance de masa. Trioplast
está utilizando el PE renovable certificados de Total en su marca TrioGreen.
4.6 Dow Chemicals and UPM Biofuels (Ruta 2)
En septiembre de 2019, Dow anunciaba
que estaba integrando nafta renovable UPM BioVerno basada en madera en su catálogo
de materias primas, creando una fuente alternativa para la producción de
plásticos. Dow está utilizando esta materia prima para producir polietileno (PE)
biobasado en sus instalaciones en Terneuzen (Holanda). Después de un exitoso
programa de prueba de un año, Dow planeaba escalar la producción y abordar la
creciente demanda mundial de plásticos renovables.
La materia prima renovable de esta
nafta basada en madera es el tal-oil crudo (un residuo del proceso de
fabricación de pulpa). La nafta BioVerno se produce en la biorrefinería
de UPM en Lappeenranta y es una materia prima biobasada para unidades
de craqueo que no compite con la producción de alimentos. Toda la cadena de
suministro está certificada por la International Sustainability & Carbon
Certification (ISCC), basada en el enfoque de balance de masa, lo que significa
que todos los pasos cumplen con los criterios de trazabilidad y reducen los
impactos ambientales negativos.
Dow también se ha asociado
recientemente con el Grupo Fuenix Ecogy, con sede en Weert (Países Bajos), para
el suministro de materia prima de aceite de pirólisis, que se fabrica a partir
de residuos plásticos reciclados.
4.7 INEOS y UPM Biofuels (Ruta
2)
En febrero de 2020, INEOS
y UPM Biofuels cerraron un acuerdo a largo plazo para el suministro de materias
primas renovables para polímeros que se producirán en INEOS Köln (Alemania).
INEOS utilizará nafta BioVerno de UPM (véase la sección anterior) para producir
poliolefinas "bio-atribuidas".
4.8 Enerkem y NOVA Chemicals
(Ruta 2 – Reciclaje de plástico)
5. Aplicaciones
A pesar de su simple estructura,
el PE ha sido el plástico más utilizado en el mundo en años anteriores. Se le conoce,
sobre todo, por ser utilizado en material de envases (bolsas, películas,
botellas...) pero se usa en otras muchas aplicaciones (por ejemplo, tuberías
flexibles o revestimientos de cables). La composición química del bio-PE es la
misma que la del PE de origen fósil. Por lo tanto, se puede utilizar tanto en envases
rígidos y flexibles como en todas las demás aplicaciones.
Figura 3. Ejemplo de producto de
usuario final disponible en el mercado
Producto: Tetra Rex®, envase que
usa capas de bio-LDPE.
Marca: Tetra Pak.
Suministrador del bio-PE:
Braskem.
REFERENCIAS
[1] P. Harmsen, M. Hackmann: “Green Building
Blocks for Biobased Plastics”. Wageningen UR Food & Biobased Research,
March 2013.
[2] R.M. Patel: “Multilayer Flexible
Packaging – Chapter 2: Polyethylene”. Plastics Design Library, 2016,
Pages 17-34.
[3] A. Mohsenzadeh, A. Zamani, M.J. Taherzadeh:
“Bioethylene Production from Ethanol: A Review and Techno-economical
Evaluation”. ChemBioEng Rev 2017, 4, No. 2, 75–91.
[4] “Bio-Based Chemicals: Value Added
Products from Biorefineries”. IEA Bioenergy, Task 42 Biorefinery.
[5] “Biopolymers facts and statistics”, IfBB
– Institute for Bioplastics and Biocomposites, 2017.
[6] I. Odegard, S. Nusselder, E.R. Lindgreen, G.
Bergsma, L. de Graaff: “Biobased Plastics in a Circular Economy”. CE
Delft, September 2017.
[7] J. Vachon: “Sustainability initiatives
within SABIC with examples of use of bio-based materials for polyolefins”. Circular
and Biobased Performance Materials Symposium, 19 June 2019, Wageningen (The Netherlands).
[8] Braskem website: I'm greenTM Polyethylene.
[9] BioRefineries Blog: “LyondellBasell and Neste announce
commercial-scale production of biobased PP and LDPE”, 20/6/2019.
[10] News (SABIC): “SABIC demonstrates leadership in
sustainable packaging solutions at K 2019”, 19/10/2019.
[11] News (Dow): “Dow and UPM partner to produce
plastics made with renewable feedstock”, 24/9/2019.
[12] BioRefineries Blog: “INEOS and UPM Biofuels enter into a
supply agreement of renewable naphtha for plastics production”, 18/2/2020.
[13] BioRefineries Blog: “Enerkem and NOVA Chemicals partner
to transform MSW into ethylene”, 14/5/2020.
