Cap a un futur amb dissolvents més respectuosos amb el medi ambient i plàstics més segurs

Esquema del procés i el seu mapa de corbes de residu reactives indicant la facilitat de separació.
Esquema del procés i el seu mapa de corbes de residu reactives indicant la facilitat de separació.
Recerca
(09/12/2011)

La sostenibilitat implica redissenyar els objectes que ens envolten prioritzant els materials més segurs i respectuosos amb el medi ambient. Avui dia, s'està invertint un gran esforç en la recerca de productes i processos químics més sostenibles. En són un exemple, entre dʼaltres, els dissolvents d'origen agrícola, els processos químics energèticament més eficients o els polímers no tòxics i biodegradables. En aquesta línia, el material plàstic ideal hauria de ser no tòxic, no inflamable, biodegradable mitjançant microorganismes adaptats i que es produeixi en una varietat àmplia de textures i qualitats. El polímer que satisfà aquestes qualitats és l'alcohol polivinílic (PVA), descobert el 1914 per Fritz Klatte. No obstant això, lʼús del PVA està limitat a algunes aplicacions concretes: s'empra en cirurgia perquè no és tòxic i perquè se substitueix lentament per teixits propis, i també en municions i caixes de pirotècnia, atès que no és inflamable.

 
Esquema del procés i el seu mapa de corbes de residu reactives indicant la facilitat de separació.
Esquema del procés i el seu mapa de corbes de residu reactives indicant la facilitat de separació.
Recerca
09/12/2011

La sostenibilitat implica redissenyar els objectes que ens envolten prioritzant els materials més segurs i respectuosos amb el medi ambient. Avui dia, s'està invertint un gran esforç en la recerca de productes i processos químics més sostenibles. En són un exemple, entre dʼaltres, els dissolvents d'origen agrícola, els processos químics energèticament més eficients o els polímers no tòxics i biodegradables. En aquesta línia, el material plàstic ideal hauria de ser no tòxic, no inflamable, biodegradable mitjançant microorganismes adaptats i que es produeixi en una varietat àmplia de textures i qualitats. El polímer que satisfà aquestes qualitats és l'alcohol polivinílic (PVA), descobert el 1914 per Fritz Klatte. No obstant això, lʼús del PVA està limitat a algunes aplicacions concretes: s'empra en cirurgia perquè no és tòxic i perquè se substitueix lentament per teixits propis, i també en municions i caixes de pirotècnia, atès que no és inflamable.

 

El PVA és el polímer biodegradable que es produeix més al món. Lʼany 2000 seʼn van produir aproximadament 1,1 milions de tones. No obstant això, la seva expansió es veu limitada pel fet que per cada tona de PVA produïda es generen 1,63 tones d'un corrent residual anomenat MM80, la producció del qual no es pot evitar perquè s'origina amb la reacció principal del procés per obtenir PVA. En conseqüència, cal valoritzar-la. El nom que rep aquest corrent, MM80, es deu a la seva composició química, formada per un 80 % en pes dʼacetat de metil i un 20 % de metanol, que es pot utilitzar en la producció de PVA.

 
Actualment, hi ha diferents vies per valoritzar lʼMM80: alguns productors de PVA ofereixen àcid acètic mitjançant la hidròlisi de l'acetat de metil. Dʼaltres presenten acetat de vinil a partir de la carbonilació. També nʼhi ha que ofereixen el residu com a dissolvent, o que simplement lʼincineren. Però la incineració no és adequada des del punt de vista mediambiental, ja que genera l'emissió de diòxid de carboni. Dʼaltra banda, les mescles d'acetat de metil i metanol no poden competir com a dissolvents amb altres productes, com ara l'acetat d'etil, que té una olor dolça característica i és un dels dissolvents més utilitzats pe elaborar coles, pintures, marcadors, per treure esmalt, etc. S'estima que el 2004 es van generar 1,3 milions de tones d'acetat d'etil.
 
S'aconsegueix una important valorització de lʼMM80 mitjançant la carbonilació (addició de monòxid de carboni), que produeix anhídrid acètic i que es pot descompondre en acetat de vinil (matèria primera per sintetitzar PVA). La quantitat d'acetat de vinil que s'obté amb aquest procés és el doble de la necessària com a matèria primera per generar PVA, la qual cosa suposa que aquest procés requereixi una gran inversió de costos i tingui riscos elevats derivats de l'ocupació de monòxid de carboni. L'única manera que la síntesi d'acetat de vinil a partir d'etilè sigui competitiva és treballant amb una producció elevada.
 
L'àcid acètic és el subproducte que ofereixen la majoria dels productors de PVA. S'obté mitjançant la hidròlisi de l'acetat de metil, que genera al seu torn metanol reutilitzable en la producció de PVA. És el compost químic que li dóna el sabor àcid i l'olor penetrant del vinagre. Aquesta valorització és tan important que les fluctuacions en el preu de l'àcid acètic influeixen en el preu del PVA. Un dels seus usos industrials és la producció d'acetat d'etil (dissolvent) mitjançant la reacció amb etanol. L'etanol, també conegut com a alcohol etílic, es pot produir per fermentació de sucres obtinguts de recursos naturals. Es podria pensar en la transformació directa de lʼMM80 residual en acetat d'etil, de manera que es podria generar a partir de la valorització d'un residu industrial (MM80) i etanol i el preu de l'acetat d'etil produït seria unes tres vegades més gran que el de l'etanol necessari.
 
Una alternativa de valorització prometedora, per bé que encara no s'aplica de manera industrial, és la transesterificació de l'acetat de metil amb etanol per produir acetat d'etil. Es pot dur a terme mitjançant un procés químic compost per dues columnes de destil·lació. En la primera, que treballa pressuritzada, té lloc la reacció i es produeix acetat d'etil pur. La segona columna opera a pressió atmosfèrica i proporciona metanol pur, reutilitzable en la síntesi de PVA. El procés és factible, tal com sʼha pogut verificar mitjançant l'anàlisi del mapa de corbes de residu i la simulació rigorosa mitjançant el programa ProSimPlus. Els residus no sʼhaurien de considerar un problema, sinó una oportunitat per obtenir matèries primeres que sintetitzin altres productes útils.
 
Davant el problema dels corrents residuals, es requereixen recerques exhaustives que trobin la manera dʼutilitzar-los o transformar-los en productes valuosos. A gran escala, aquest enfocament proporciona processos químics més sostenibles i competitius.
 
Dr. Jordi Bonet i Ruiz
Dept. Enginyeria Química
Facultat de Química UB