¿Cómo crear plásticos a partir de plantas?, los últimos avances de la ciencia

Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison lideran proyecto financiado con $4 millones del Departamento de Energía de EE. UU. para crear plástico sostenible a partir de plantas.

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Un innovador proyecto financiado con una generosa subvención de $4 millones del Departamento de Energía de EE. UU. está llevando a cabo la ambiciosa tarea de producir plástico sostenible a partir de plantas. Esta iniciativa se centra en reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y crear oportunidades económicas para comunidades marginadas.

¿Cuál es la apuesta de este proyecto?

El objetivo fundamental de este proyecto es proporcionar 10 kilogramos de productos químicos de origen vegetal que se utilizarán en la fabricación de piezas de plástico moldeado y textiles. La clave reside en la utilización de lignina de álamos en lugar de petróleo, lo que podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en más del 70 %.

En detalle, el enfoque de este proyecto es revolucionario: convertir lignina, un material vegetal fibroso, en nailon, utilizado en la fabricación de textiles, alfombras y plástico moldeado. Esto se hará a un costo similar al de los petroquímicos, pero con una fracción de la contaminación que contribuye al cambio climático.

¿Quiénes están detrás de esta investigación? Un equipo compuesto por académicos de la Universidad de Wisconsin-Madison está liderando este esfuerzo revolucionario. Su plan es transformar los desechos de las fábricas de papel en plásticos de origen vegetal, lo que resultará en una drástica reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y otros tipos de contaminación.

La colaboración detrás de este proyecto involucra al Instituto de Energía de Wisconsin, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y socios de la industria. Expertos en química, ingeniería, políticas públicas y artes trabajan en conjunto para lograr este ambicioso objetivo.

El éxito de este proyecto podría demostrar la viabilidad comercial de un proceso que tiene el potencial de reemplazar los combustibles fósiles y los petroquímicos por alternativas sostenibles. Shannon Stahl, profesora de química de la UW-Madison, lidera el proyecto y resalta la importancia de convertir todo, desde las plantas, en valor, siguiendo un enfoque similar al de los petroquímicos.

 

Foto de MATTHEW WISNEWSKI/INSTITUTO DE ENERGÍA DE WISCONSIN.

¿Cómo beneficiará a las comunidades?

Este proyecto va más allá de los desafíos de ingeniería, ya que se centra en colaborar con comunidades afectadas por la contaminación, el cambio climático y las dificultades económicas. Morgan Edwards, profesor de políticas públicas, lidera el Laboratorio de Acción Climática y trabaja en herramientas para garantizar una distribución equitativa de los beneficios y cargas de la infraestructura energética.

Este enfoque innovador busca diseñar herramientas interactivas que cuantifiquen los beneficios directos tanto en Wisconsin como en todo Estados Unidos, involucrando activamente a las comunidades en la identificación de sitios piloto para nuevos productos e infraestructura con bajas emisiones de carbono.

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Este proyecto promete cambiar el panorama de la producción de plástico al impulsar la sostenibilidad y el bienestar de comunidades marginadas. Una colaboración única entre arte, ciencia y políticas públicas, respaldada por una inversión significativa, está pavimentando el camino hacia un futuro más limpio y equitativo.

Darcy Padilla, conocida por su trabajo documentando los efectos de una central eléctrica alimentada por carbón en comunidades nativas americanas de Arizona y el fracking hidráulico en Dakota del Norte, expresó su entusiasmo por abordar la intersección entre el cambio climático, la ciencia y una de las principales industrias de Wisconsin. Esta región ha enfrentado más de una docena de cierres de fábricas en las últimas tres décadas, resultando en la pérdida de más de 21,000 empleos.

¿La lignina se convertirá en el nuevo biocombustible para la producción de plásticos?

Esta iniciativa se ha convertido en una de las cinco subvenciones otorgadas por la Oficina de Tecnologías de Bioenergía del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) como parte de un esfuerzo más amplio para impulsar la producción de biocombustibles y bioquímicos asequibles, contribuyendo así a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y al combate del cambio climático.

El ácido adípico desempeña un papel crucial en la fabricación de productos como el nailon, que se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, desde alfombras hasta piezas de automóviles. La producción convencional de ácido adípico a partir de petróleo es intensiva en energía y genera emisiones significativas de gases de efecto invernadero. El enfoque innovador en este proyecto implica el uso de lignina, una sustancia común en plantas, como materia prima.

El desafío de los investigadores radica en encontrar una forma eficaz de aprovechar la lignina, una sustancia que anteriormente tenía pocos usos. La lignina es crucial para unir azúcares en plantas y fortalecer su estructura, pero su compleja composición dificulta su descomposición en componentes útiles.

La lignina, que es una fuente rica en compuestos aromáticos, podría ofrecer una alternativa valiosa a los productos químicos derivados del petróleo que se utilizan en la industria química. Esto incluye sustancias como el benceno, el tolueno y los xilenos, que son componentes esenciales en la fabricación de plásticos, biocombustibles, medicamentos y aditivos alimentarios.

El proceso desarrollado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) implica el uso de microbios modificados genéticamente para convertir los compuestos aromáticos derivados de la lignina en un producto unificado.

Para lograr una producción a escala industrial, los investigadores de UW-Madison han implementado dos innovaciones clave:

1. Utilizan aire para descomponer la lignina de una manera que produce aromáticos oxigenados, más solubles en agua que los aceites obtenidos por otros métodos.
2. Emplean un método para separar moléculas individuales de cadenas conocidas como oligómeros. Estas moléculas son el punto de partida para la producción de ácido adípico mediante bacterias genéticamente modificadas que convierten ácido mucónico en ácido adípico.

Este avance es más que una solución técnica, ya que tiene implicaciones significativas en la lucha contra el cambio climático. El ácido adípico a base de petróleo es una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero y contaminantes atmosféricos.

Los investigadores esperan que este proceso sea un escaparate para el desarrollo de alternativas basadas en plantas en la industria química. Si tiene éxito, este enfoque podría expandirse para reemplazar otros petroquímicos, allanando el camino hacia una industria más limpia y sostenible. Este proyecto representa un paso audaz hacia un futuro más respetuoso con el medio ambiente y económicamente viable.

Foto de MATTHEW WISNEWSKI/INSTITUTO DE ENERGÍA DE WISCONSIN.

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Una perspectiva crítica…

La posibilidad de utilizar lignina como materia prima para la producción de plásticos es un desafío monumental; si bien es cierto que la lignina es abundante en la naturaleza y representa un recurso potencialmente valioso, existen barreras significativas que deben superarse antes de afirmar con certeza que esta sustancia puede reemplazar a los productos químicos derivados del petróleo en la industria del plástico.

Cabe considerar que la lignina es una sustancia compleja y heterogénea. Su estructura química irregular hace que su descomposición y conversión en componentes útiles sean un desafío técnico significativo. Los esfuerzos para descomponer la lignina y convertirla en ácido adípico, un componente esencial en la producción de nailon y otros plásticos, son un campo si bien ya está en desarrollo, aún debe superar pruebas rigurosas a escala industrial. ¿Será suficiente la tecnología de la Universidad de Wisconsin-Madison?

Además, la calidad y consistencia del ácido adípico producido a partir de lignina son cuestiones críticas. Los estándares de calidad en la industria del plástico son altos, y cualquier variación en las propiedades químicas del producto final podría resultar en problemas de rendimiento y durabilidad en las aplicaciones finales.

Otro factor que debe considerarse es la escalabilidad. Hasta ahora, la producción de ácido adípico a partir de lignina se ha realizado en pequeña escala en laboratorios. Lograr la producción a gran escala para satisfacer las demandas de la industria del plástico en todo el mundo requerirá una inversión significativa y la resolución de desafíos logísticos y económicos complejos.

Además, aunque la lignina es abundante en plantas, su extracción y procesamiento en cantidades suficientes para abastecer la industria química plantea preguntas sobre la sostenibilidad y el impacto ambiental de la cosecha de biomasa a gran escala.

Ahora bien la idea de utilizar lignina como materia prima para la producción de plásticos es prometedora desde una perspectiva ambiental y de sostenibilidad, existen desafíos significativos en términos de tecnología, calidad, escalabilidad y sostenibilidad que deben abordarse. ¿Lo logrará este proyecto?