Construyendo la química sostenible: Green Chemical Building Blocks

La biomasa está jugando un papel cada vez más importante como materia prima para el sector químico en la medida en que crece su potencial para sustituir a las materias de origen fósil en un número mayor de aplicaciones. La producción de productos químicos derivados de materias primas biomásicas no es nueva, buenos ejemplos de ello pueden ser los ácidos grasos o el etanol. Sin embargo, la mayor parte de las especialidades de la química orgánica y los polímeros todavía derivan del petróleo y el gas. Desde un punto de vista técnico, casi cualquier producto químico basado en fuentes fósiles podría ser reemplazado por el correspondiente producto químico verde. En la práctica, los costes de producción de los segundos suelen exceder con creces al de los primeros. Y aquí es donde el concepto de biorrefinería entra en escena pues este modelo de instalación integrada puede ser la clave para que la generación de bioproductos sea rentable. ^1,2

Y de la misma manera que en la industria petroquímica, en el campo de las biorrefinerías y la química sostenible se pueden identificar una serie de módulos fundamentales verdes que pueden ser convertidos en materiales y productos químicos de alto valor añadido. Me estoy refiriendo a moléculas con múltiples grupos funcionales que poseen el potencial de ser tranformados en nuevas familias de moléculas con aplicaciones útiles. En inglés, reciben el nombre de "green building blocks" o "biobased building blocks" que podríamos traducir como piezas elementales verdes o bloques modulares sostenibles. De ahora en adelante me voy a referir a ellos como GBBs. ^1,2,3

En la referencia bibliográfica 1, aparecen descritos (de manera indirecta) dos enfoques para sistematizar el estudio de los GBBs. El primero de ellos, se basa en las diferentes plataformas que podrían integrar una biorrefinería. En el estudio, se destacan 8 plataformas: "syngas", "biogas", "C6 and C5/C6 sugar", "plant-based oil", "organic solutions", "lignin" y "pyrolysis oil". Para cada una de ellas, se describen algunos de los GBBs y productos químicos derivados. En el segundo enfoque, se describen los diferentes bloques clasificándolos según su número de carbonos y presentando reseñas sobre el estado de las técnicas de producción y de las empresas implicadas. A continuación, presento una lista de los principales GBBs basada en una tabla resumen que aparece en esta referencia:

• Cn = 1: metanol, ácido fórmico, metano y gas de síntesis.
• Cn = 2: etileno, etanoato de etilo, etanol, ácido glicólico, etilenglicol, ácido acético.
• Cn = 3: ácido láctico, ácido acrílico, glicerol, ácido 3-hidroxipropiónico, propileno, epiclorhidrina, 1,3-propanodiol, n-propanol, lactato de etilo, isopropanol, propilenglicol.
• Cn = 4: n-butanol, 1,4-butanodiol, isobutanol, isobuteno, metacrilato de metilo, ácido succínico.
• Cn = 5: furfural, ácido itacónico, xilitol, isopreno, ácido glutámico, ácido levulínico.
• Cn = 6: sorbitol, ácido adípico, lisina, ácido furanodicarboxílico, isosorbida, ácido glucárico, ácido cítrico, caprolactama.
• Cn = n: PHA, paraxileno, ácido dicarboxílico, derivados de los ácidos grasos.

En 2004, el “Department of Energy” de USA publicaba un informe en el que destacaba los 12 GBBs con un futuro más prometedor. Esta lista fue revisada y actualizada en 2010 quedando distribuida de la siguiente manera: ácido succínico, compuestos furánicos, ácido/aldehído hidroxipropiónico, glicerol y derivados, sorbitol, xilitol, ácido levulínico, biohidrocarburos, ácido láctico y etanol. ^3,4

En próximas entradas, de acuerdo con la división y enfoque de la referencia bibliográfica 2, iré tratando para cada gran familia de biopolímeros (poliésteres, poliamidas,...), sus principales GBBs y sus rutas de poducción más destacadas.

REFERENCIAS

¹ “Bio-Based Chemicals: Value Added Products from Biorefineries”. IEA Bioenergy, Task 42 Biorefinery.

² P. Harmsen, M. Hackmann: “Green Building Blocks for Biobased Plastics”. Wageningen UR Food & Biobased Research, March 2013.

³ T. Werpy, G.R. Petersen: “Top Value Added Chemicals from Biomass”. Volume 1: Results of Screening for Potential Candidates from Sugar and Systhesis Gas”. US DoE, August 2004.

⁴ J.J. Bozell, G.R. Petersen: “Technology development for the production of biobased products from biorefinery carbohydrates – the US Department of Energy´s “Top 10” revisited”. Green Chemistry, 12, 539-554, 2010.