Lo viejo se hace nuevo: cómo se fabrican nuevos productos químicos a partir de aceite de fritura usado
Reacción selectiva de un solo paso
Cada año se producen en el mundo 119 millones de toneladas de aceite vegetal usado, procedente sobre todo de cocinas comerciales y restaurantes. Sólo una pequeña parte se reutiliza, por ejemplo en la producción de combustibles como el biodiésel. En el Instituto Leibniz de Catálisis de Rostock (LIKAT), la estudiante de doctorado Fairoosa Poovan ha desarrollado un catalizador en el grupo de investigación del profesor Matthias Beller que utiliza el aceite de cocina usado para sintetizar aminas primarias. Éstas son precursoras importantes de diversos productos de nuestra vida cotidiana, incluida la fabricación de medicamentos.
Economía circular para el carbono
Esta investigación apoya los objetivos sociales globales de una economía neutra en emisiones de CO2 y la neutralidad climática. Hasta ahora, el aceite de cocina usado se transformaba principalmente en biocombustibles. Esto significa que el carbono atómico del aceite de cocina usado se quema con el gasóleo y se libera a la atmósfera en forma de CO2, con consecuencias negativas para el clima. Sería más sensato conservar el carbono al reciclar el aceite de cocina usado y devolverlo al ciclo, donde también es necesario. Al fin y al cabo, el carbono está contenido en casi todos nuestros productos cotidianos.
Ante el cambio climático, las sociedades de todo el mundo están aprendiendo a prescindir de fuentes fósiles de carbono como el carbón, el petróleo y el gas. Por otra parte, la química está trabajando con otras disciplinas científicas para desarrollar conceptos y productos que sigan el principio rector de la economía circular. Esto incluye la obtención de carbono para nuestros bienes económicos a partir de residuos orgánicos y plásticos en el futuro. En este campo, el Instituto Leibniz de Catálisis colabora estrechamente con la Universidad Otto von Guericke de Magdeburgo y el Instituto Max Planck de Sistemas Técnicos Complejos de Magdeburgo. Uno de los objetivos conjuntos de esta cooperación es encontrar nuevas aplicaciones para los residuos (de origen biológico).
Aminas de productos a granel
"Nuestro objetivo es utilizar el aceite de cocina usado como material químico de partida útil para la producción de productos valiosos", explica Fairoosa Poovan. "Las aminas eran una opción obvia". Son derivados del amoníaco (NH3) y se necesitan a gran escala en química orgánica. Hay docenas de tipos de aminas y se calcula que el mercado mundial supera los 16.000 millones de dólares.
El aceite de cocina usado contiene ácidos grasos de cadena larga que pueden convertirse en otros productos químicos valiosos. Con un catalizador adecuado y en presencia de amoníaco e hidrógeno, también pueden convertirse en las aminas deseadas. Cuando uno de los tres átomos de hidrógeno del amoníaco se sustituye por otro grupo, los químicos denominan a estas aminas "aminas primarias" (R-NH2). Fairoosa Poovan desarrolló un catalizador a base de cobalto bajo la supervisión de su director de doctorado Matthias Beller y Jagadeesh Rajenahally, que puede convertir eficazmente el aceite de cocina usado en aminas primarias de ácidos grasos.
El mayor reto era encontrar una forma selectiva y rentable de producir estas aminas primarias a partir de biorresiduos. Hasta ahora, la industria utilizaba la llamada "ruta del nitrilo" para producir aminas de ácidos grasos. Sin embargo, este proceso establecido tiene desventajas. Requiere condiciones de reacción duras, implica varios pasos de reacción y, en última instancia, da lugar a una mezcla de productos de diferentes aminas (primarias, secundarias y terciarias), que son difíciles de separar debido a su similitud estructural.
Reacción selectiva de una sola olla
La síntesis industrial de aminas grasas implica tres pasos. Primero: hidrólisis del aceite vegetal a ácidos grasos. En segundo lugar, aminación-deshidratación de los ácidos grasos a alta temperatura (por encima de 250 °C) en presencia de catalizadores de óxidos metálicos (por ejemplo, óxido de aluminio u óxido de zinc) para producir nitratos grasos. Por último, en tercer lugar, la hidrogenación para producir las aminas deseadas.
"Nuestro objetivo era simplificar al máximo el proceso y desarrollar un sistema de una sola olla en el que combinamos todas las sustancias, incluido el catalizador, como solución en un solo recipiente. Esto mejora significativamente la eficiencia de los recursos, los átomos y la reacción", afirma Fairoosa. En comparación con el proceso industrial, el suyo funciona a temperaturas más moderadas y, gracias a la gran eficacia del catalizador, la amina primaria se produce con una "excelente selectividad", como ella dice. Y también es una forma rentable de producir aminas, ya que Fairoosa utiliza cobalto Poovan, un metal base, como catalizador.
Para el experimento, Fairoosa Poovan utilizó aceite de girasol comercial que se empleaba para cocinar. Tras filtrarlo, lo analizó en un laboratorio acreditado de calidad alimentaria, Lufa Northwest. Los aceites comestibles son un sistema complejo de distintos componentes de ácidos grasos. La mayoría de ellos tienen una longitud de cadena de 16 o 18 átomos de carbono, por lo que las aminas producidas también difieren en la longitud de la cadena de ácidos grasos. Según Fairoosa Poovan, es importante conocer la proporción de los distintos ácidos grasos en el aceite comestible utilizado para poder evaluar la reacción, así como la función y la eficacia del catalizador.
Adecuado para la degradación de polímeros
El proceso puede utilizarse igualmente para el upcycling de plásticos, cuyo problema de reciclaje es muy similar, incluso a una escala parecida. Cada año, 300 millones de toneladas de productos plásticos salen de las instalaciones de producción de todo el mundo. Según cifras oficiales, el 53% de lo que acaba en los contenedores amarillos de basura, al menos en Alemania, se recicla "energéticamente", es decir, se incinera.
Y eso nos devuelve al punto de partida. "No hay forma de evitar la economía circular", concluye la química. El año que viene defenderá su tesis en la Universidad de Rostock.
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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