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Sostituire i solventi pericolosi con alternative più sicure e rinnovabili

I solventi sono ovunque nella vita di tutti i giorni, presenti in svariati articoli che vanno dalle vernici ai prodotti per l’igiene personale, dai farmaci agli inchiostri e i prodotti per la pulizia. Una nuova generazione di solventi biocompatibili sostituirà ora alcune sostanze nocive, cancerogene e tossiche, allo scopo di rendere i processi chimici più sostenibili.

Tecnologie industriali

I solventi sono una classe di prodotti chimici in grado di effettuare la dissoluzione, la sospensione o l’estrazione di altre sostanze senza alterare le loro proprietà fisiche. Secondo l’European Solvents Industry Group, i produttori di solventi fabbricano 5 milioni di tonnellate di solventi ogni anno, contribuendo con un importo pari a 4 miliardi di EUR all’economia dell’Europa. Tuttavia, determinati solventi che vengono prodotti a partire da prodotti petrolchimici sono altamente tossici. Il progetto ReSolve ha preso in esame alternative più sicure e biocompatibili intese a sostituire due solventi pericolosi impiegati dalle industrie europee in grandi quantità: il toluene e l’N-metil-2-pirrolidone (NMP). Il progetto ha ricevuto finanziamenti dall’impresa comune Bioindustrie, un partenariato pubblico-privato tra l’UE e le bioindustrie. Avvalendosi delle proprie competenze in materia di materie prime da biomassa e sostanze chimiche rinnovabili, i ricercatori hanno sviluppato solventi sostitutivi a base di carboidrati non alimentari. La sicurezza dei nuovi solventi è stata stimata mediante modelli in silico volti a prevedere il comportamento biologico e con biotest in vitro intesi a valutare l’effettivo comportamento chimico prima di passare alla fase di sviluppo. Sono state inoltre condotte valutazioni a livello tecnoeconomico e della sostenibilità allo scopo di ottimizzare le progettazioni dei processi per la produzione industriale, nonché al fine di comprendere l’impatto reale esercitato sulla natura. «Sebbene i costi legati alla produzione dei solventi di nuova concezione siano più elevati rispetto a quelli dei solventi convenzionali, essi sono ritenuti accettabili se si tiene presente che tali solventi richiedono impianti produttivi di nuova tipologia», osserva James Clark, docente presso l’Università di York nel Regno Unito. «Inoltre, la fabbricazione dei solventi di ReSolve rilascia solitamente una quantità equivalente a due terzi delle sostanze nocive emesse dai solventi petrolchimici».

La promessa di solventi alternativi biocompatibili

I ricercatori hanno sintetizzato il 2,2,5,5-tetrametilossolano (TMO), un solvente non polare dotato di proprietà simili a quelle del toluene, con l’obiettivo di utilizzarlo nella produzione di pellicole adesive. «Questo solvente biocompatibile ha le potenzialità per sostituire non solo il toluene, ma anche altri solventi pericolosi. Esso manifesta prestazioni simili a quelle del toluene nelle reazioni chimiche. La solubilità di determinate sostanze è persino migliorata in certe applicazioni in cui il TMO è stato testato», aggiunge Clark. «Il 2,2,5,5-tetrametilossolano può offrire grandi vantaggi ai processi di estrazione e all’attività di biocatalisi, in cui le prestazioni sono limitate dalla solubilità delle sostanze chiave». Il team del progetto ha inoltre sintetizzato un’alternativa biocompatibile più sicura chiamata diidrolevoglucosenone (Cyrene™) per sostituire l’NMP, un solvente su cui l’UE ha imposto rigorose condizioni di utilizzo sia ai fini della sicurezza dei dipendenti, sia in termini di sostenibilità ambientale. Cyrene™, che viene prodotto a partire dal trattamento della segatura di scarto con l’acido, replica in modo efficace le proprietà dell’N-metil-2-pirrolidone senza compromettere la salute. I partner del progetto Circa Group hanno intrapreso la costruzione di un impianto in Francia che produrrà 1 000 tonnellate di Cyrene™ biocompatibile l’anno. Oltre al TMO e al Cyrene™, i ricercatori hanno testato altri solventi a base di carboidrati promettenti per sostituire l’NMP, il toluene e altri solventi pericolosi. La loro metodologia potrebbe essere replicata anche per lo sviluppo di polimeri biocompatibili sostenibili e riciclabili.

Prepararsi per un’industria chimica più sostenibile

La sostituzione di solventi pericolosi con alternative non biocompatibili in varie applicazioni per prodotti di uso quotidiano non è sufficiente a fugare le preoccupazioni legate alla salute e a rendere la produzione di sostanze chimiche più rispettosa dell’ambiente e in grado di diminuire gli sprechi. Il ridotto numero di alternative sicure e biocompatibili dovrebbe sollevare questioni analoghe in merito alla tossicità, per cui è probabile che l’impiego di numerose sostanze chimiche tradizionali venga in futuro limitato. ReSolve ha sintetizzato con successo e testato due solventi biocompatibili che potrebbero sostituire il toluene e l’N-metil-2-pirrolidone, ha valutato i costi associati alla produzione e individuato i mercati di destinazione. È necessario svolgere ulteriori ricerche al fine di identificare e valutare ulteriori solventi, in quanto un approccio indifferenziato potrebbe non soddisfare i requisiti di applicazioni distinte.

Parole chiave

ReSolve, solventi, biocompatibile, toluene, NMP, TMO, Cyrene™, tossicità, N-metil-2-pirrolidone, 2,2,5,5-tetrametilossolano

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