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REnewable SOLVEnts with high performance in application and improved toxicity profile

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Sustituir los disolventes peligrosos por alternativas renovables más seguras

Los disolventes son parte habitual de la vida cotidiana, presentes desde en pinturas, productos de cuidado personal y fármacos hasta en productos de limpieza y tintas. Una nueva generación de disolventes de origen biológico sustituirá a ciertos elementos cancerígenos, perjudiciales y tóxicos para hacer más sostenibles los procesos químicos.

Tecnologías industriales

Los disolventes son un tipo de productos químicos que pueden disolver, suspender o extraer otras sustancias sin modificar sus propiedades físicas. Según el Grupo Industrial Europeo de Disolventes, los fabricantes de disolventes producen 5 millones de toneladas de disolvente al año, que aportan 4 000 millones EUR a la economía europea. Con todo, ciertos disolventes derivados de productos petroquímicos son muy tóxicos. En el proyecto ReSolve se investigaron alternativas de origen biológico más seguras para sustituir dos disolventes peligrosos que las industrias europeas emplean en grandes cantidades, a saber: el tolueno y la N-metil-2-pirrolidona (NMP). ReSolve recibió financiación de la Empresa Común para las Bioindustrias, una asociación público-privada entre la Unión Europea (UE) y las Bioindustrias. Los investigadores emplearon su experiencia en materias primas de biomasa y productos químicos renovables para desarrollar disolventes alternativos derivados de hidratos de carbono no alimentarios. La seguridad de los nuevos disolventes se evaluó con modelos «in silico» para predecir el comportamiento biológico y con bioensayos «in vitro» para evaluar el comportamiento químico real antes de pasar a la etapa de desarrollo. Asimismo, se realizaron evaluaciones tecnoeconómicas y de sostenibilidad a fin de optimizar los diseños de procesos para la producción industrial y comprender el impacto real en la naturaleza. «Aunque los costes de fabricación de los disolventes desarrollados recientemente son más elevados que los de los disolventes convencionales, el coste estimado es aceptable considerando que los disolventes requieren fábricas pioneras y exclusivas —comenta James Clark, catedrático de la Universidad de York (Reino Unido)—. Además, la producción de disolventes ReSolve suele emitir dos tercios de las sustancias perjudiciales emitidas durante la producción de disolventes petroquímicos».

Disolventes alternativos de origen biológico prometedores

Los investigadores sintetizaron el 2,2,5,5-tetrametiloxolano (TMO), un disolvente no polar con propiedades similares al tolueno, para su uso en la producción de películas adhesivas. «Este disolvente de origen biológico podría sustituir al tolueno, así como a otros disolventes peligrosos, ya que exhibe un rendimiento similar al del tolueno en las reacciones químicas. La solubilidad de algunas sustancias incluso mejoró en determinadas aplicaciones en las que se probó el TMO —agrega Clark—. El TMO puede beneficiar notablemente a los procesos de extracción y a la biocatálisis, en los que el rendimiento del proceso está limitado por la solubilidad de sustancias clave». El equipo del proyecto también sintetizó una alternativa de origen biológico más segura denominada dihidrolevoglucosenona (Cyrene™) para sustituir a la NMP, un disolvente sobre cuyo uso la UE ha impuesto condiciones estrictas, tanto en lo que respecta a la seguridad de los empleados como a la sostenibilidad ambiental. Cyrene™, que se fabrica a partir del tratamiento con ácido de residuos de serrín, reproduce de manera eficiente las propiedades de la NMP sin efectos perjudiciales para la salud. Circa Group, socio del proyecto, ha iniciado la construcción de una fábrica en Francia que producirá, al año, mil toneladas de Cyrene ™ de origen biológico. Además del TMO y Cyrene™, los investigadores evaluaron otros disolventes prometedores basados en hidratos de carbono para reemplazar a la NMP, el tolueno y otros disolventes peligrosos. Su metodología podría reproducirse asimismo en el desarrollo de polímeros de origen biológico reciclables y sostenibles.

Preparación para una industria química más sostenible

Sustituir los disolventes perjudiciales con alternativas sin origen biológico en diversas aplicaciones de productos cotidianos no es suficiente para eliminar los problemas de salud y hacer que la fabricación de productos químicos sea más ecológica y menos derrochadora. El número limitado de alternativas seguras y sin origen biológico debería plantear problemas de toxicidad similares, y es probable que el uso de muchos productos químicos tradicionales se restrinja en un futuro próximo. El equipo de ReSolve sintetizó y probó satisfactoriamente dos disolventes de origen biológico que podrían sustituir al tolueno y la NMP, evaluó los costes de producción e identificó los mercados objetivo. Así las cosas, es necesario llevar a cabo más investigaciones para identificar y evaluar disolventes adicionales, ya que un método integral no permitirá satisfacer los requisitos de diferentes aplicaciones.

Palabras clave

ReSolve, disolventes, de origen biológico, tolueno, NMP, TMO, Cyrene™, toxicidad, N-metil-2-pirrolidona, 2,2,5,5-tetrametiloxolano

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