Un equipo de investigación desarrolla un proceso para fabricar nailon biológico
Los electrones y los microbios son el factor decisivo en este
Hasta ahora, el nailon se producía a partir de materias primas derivadas del petróleo. Sin embargo, esto es bastante perjudicial para el medio ambiente porque se utilizan recursos fósiles no renovables, se necesita mucha energía y durante la producción se emite óxido nitroso, perjudicial para el clima. Un equipo de investigadores del Centro Helmholtz de Investigación Medioambiental (UFZ) y la Universidad de Leipzig ha desarrollado un proceso que permite producir ácido adípico, uno de los dos componentes básicos del nailon, a partir de fenol mediante síntesis electroquímica y el uso de microorganismos. El equipo también ha demostrado que el fenol puede sustituirse por materiales de desecho de la industria maderera. Así se podría producir nailon de origen biológico. El trabajo de investigación se publicó en Green Chemistry.
En camisetas, medias, camisas y cuerdas -o como componente de paracaídas y neumáticos de coche-, las poliamidas se utilizan en todas partes como fibras sintéticas. A finales de los años 30, se acuñó el nombre de nailon para estas poliamidas sintéticas. El nailon-6 y el nailon-6.6 son dos poliamidas que representan alrededor del 95% del mercado mundial del nailon. Hasta ahora, se producían a partir de materias primas de origen fósil. Sin embargo, este proceso petroquímico es perjudicial para el medio ambiente porque emite alrededor del 10% del óxido nitroso (gas hilarante) que daña el clima en todo el mundo y requiere una gran cantidad de energía. "Nuestro objetivo es conseguir que toda la cadena de producción del nailon sea respetuosa con el medio ambiente. Esto es posible si accedemos a residuos biológicos como materia prima y hacemos sostenible el proceso de síntesis", afirma el Dr. Falk Harnisch, jefe del grupo de trabajo de Electrobiotecnología del Centro Helmholtz de Investigación Medioambiental (UFZ).
Los investigadores de Leipzig dirigidos por Falk Harnisch y el Dr. Rohan Karande (Universidad de Leipzig/Centro de Investigación y Transferencia de Materias Bioactivas b-ACTmatter) han descrito cómo conseguirlo en un artículo publicado en Green Chemistry. Por ejemplo, el nailon está compuesto en un 50% por ácido adípico, que hasta ahora se extraía industrialmente del petróleo. En un primer paso, el fenol se convierte en ciclohexanol, que a su vez se transforma en ácido adípico. Este proceso, que consume mucha energía, requiere altas temperaturas, una elevada presión del gas y una gran cantidad de disolventes orgánicos. También libera mucho óxido nitroso y dióxido de carbono. Los investigadores han desarrollado ahora un proceso en el que pueden convertir el fenol en ciclohexanol mediante un proceso electroquímico. "La transformación química que hay detrás es la misma que en los procesos establecidos. Sin embargo, la síntesis electroquímica sustituye el gas hidrógeno por energía eléctrica que tiene lugar en una solución acuosa y sólo requiere presión y temperatura ambiente", explica Harnisch. Para que esta reacción funcione lo más rápida y eficazmente posible, se necesita un catalizador adecuado. Así se maximizaría el rendimiento de electrones necesarios para la reacción y la eficacia de la conversión de fenol en ciclohexanol. En experimentos de laboratorio, los mejores rendimientos (casi el 70% de electrones y algo más del 70% de ciclohexanol) se obtuvieron con un catalizador de rodio basado en carbono. "El tiempo de reacción relativamente corto, el rendimiento eficiente y el uso eficaz de la energía, así como las sinergias con el sistema biológico, hacen que este proceso resulte atractivo para una producción combinada de ácido adípico", afirma el Dr. Micjel Chávez Morejón, químico de la UFZ y primer autor del estudio. En investigaciones anteriores, otros dos grupos de trabajo de la UFZ dirigidos por la Dra. Katja Bühler y el Dr. Bruno Bühler descubrieron cómo la bacteria Pseudomonas taiwanensis puede convertir el ciclohexanol en ácido adípico en un segundo paso. "Hasta ahora no había sido posible convertir microbianamente el fenol en ciclohexanol. Hemos colmado esta laguna con la reacción electroquímica", afirma el Dr. Rohan Karande, que ahora prosigue este trabajo en cooperación con el UFZ de la Universidad de Leipzig.
Los investigadores de Leipzig lograron cerrar otra brecha en la producción de nailon respetuoso con el medio ambiente al desarrollar una alternativa al fenol producido a partir de materias primas fósiles. Para ello utilizaron monómeros como el siringol, el catecol y el guayacol, que se producen como productos de degradación de la lignina, un residuo de la industria maderera. "Con estas sustancias modelo, hemos podido demostrar que juntos podemos llegar hasta el ácido adípico", afirma Harnisch. Rohan Karande añade: "En todo el mundo se producen unos 4,5 millones de toneladas de ácido adípico. Si utilizáramos para ello residuos de la industria maderera, tendría un efecto considerable en el mercado mundial".
Sin embargo, aún queda mucho camino por recorrer antes de que el nailon a base de lignina esté listo para el mercado. Por ejemplo, los científicos han logrado hasta ahora un rendimiento del 57% en el proceso global de 22 horas (es decir, a partir de los monómeros de los residuos de lignina mediante pasos de reacción microbianos y electroquímicos hasta el ácido adípico). "Se trata de un rendimiento muy bueno", afirma Micjel Chávez Morejón. Los resultados aún se basan en pruebas de laboratorio a escala mililitro. En los próximos dos años se crearán los requisitos previos para ampliar el proceso. Esta transferencia de tecnología requiere no sólo una mejor comprensión de todo el proceso, sino también, entre otras cosas, el uso de mezclas reales de lignina en lugar de mezclas modelo (como ha sido el caso hasta ahora) y la mejora de los reactores electroquímicos. Harnisch y Karande están de acuerdo: "El proceso para el nailon a base de lignina ejemplifica el gran potencial de los procesos electroquímico-microbianos, ya que se puede establecer una cadena de proceso óptima gracias a la forma inteligente en que se combinan los distintos componentes".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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