¿Es la lignina el petróleo crudo del futuro? ¡Quizás sí, gracias al Sol y a los fotocatalizadores!
Asociamos las refinerías con petróleo crudo y una densa maraña de accesorios técnicos. Sin embargo, pueden cambiar en el futuro, si el petróleo crudo es reemplazado por lignina, un producto que actualmente se trata como desperdicio industrial. La ruta de investigación hacia este objetivoestá siendo pavimentada por nuevos fotocatalizadores, desarrollados por el Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia en Varsovia. Permiten transformar compuestos modelo a base de lignina en sustancias químicas útiles, además, las reacciones tienen lugar en condiciones que ocurren ennaturaleza.
No es un espectáculo agradable: un lodo aceitoso, casi negro. Además, apesta, mucho, mucho peor de lo que parece. Al inspeccionar la lignina, especialmente de cerca y con la nariz desbloqueada, es difícil creer que esté siendotratada como una fuente renovable potencialmente importante de compuestos aromáticos valiosos para la industria química. Desafortunadamente, a pesar de muchos años de intentos por parte de equipos de químicos de todo el mundo, todavía no hemos logrado desarrollar métodos eficientes para convertir la lignina.un paso más hacia las biorrefinerías solares baratas capaces de procesar lignina a escala industrial mediante los nuevos fotocatalizadores desarrollados en el Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias IPC PAS en Varsovia, Polonia, en cooperación con la Universidad Tecnológica de Varsovia yla Universidad de Córdoba.
En la naturaleza, la lignina está presente principalmente en la madera, donde es responsable de la consistencia y dureza de la madera. Diariamente podemos observar los espectaculares resultados de su existencia; es la razón por la cual los árboles no se arrastran por el suelo, sinoa la inversa, alcanzar incluso decenas de metros de altura en el cielo, a pesar de la gravedad. El contenido de lignina de la madera suele oscilar entre el 10 y el 40%, según la especie de árbol la especie también afecta la composición química de la lignina., la lignina se produce en grandes cantidades durante la fabricación de papel, como producto de desecho en el proceso de ablandamiento de la madera. Las reservas mundiales de lignina son enormes y continúan aumentando. La estimación actual es incluso de 300 mil millones de toneladas, por lo que es unamaterial que es más ubicuo que el petróleo crudo cuyas reservas son aproximadamente 230 mil millones de toneladas.
"Desde el punto de vista químico, la lignina es un polímero natural con una estructura tridimensional muy compleja, formado, entre otros, por muchos compuestos aromáticos derivados, incluidos los de varios fenil alcoholes. Esta riqueza química hace que la lignina sea una materia prima potencialmente muy interesantematerial para la industria química. Desafortunadamente, al mismo tiempo, esta es su maldición, porque es muy difícil desarrollar reacciones químicas que transformen eficientemente la lignina en un compuesto químico único específico, fácilmente adecuado para su procesamiento posterior ", dice el Prof.Juan Carlos Colmenares IPC PAS.
La dificultad para procesar la lignina hace que hoy sea un producto de desecho industrial de mínima importancia y gravoso para el medio ambiente: solo el 2% de sus reservas se procesa más y los compuestos químicos resultantes son, en cualquier caso, de relativamente pocavalor añadido.
Se está dando un paso hacia la transformación industrial de la lignina en valiosos intermedios químicos mediante el desarrollo de dos nuevos fotocatalizadores. Su principal componente es el dióxido de titanio TiO2, depositado sobre un portador adecuadamente seleccionado: en un caso, se trata de nanocompuestos que contienen óxido de hierro Fe2O3, y en el segundo, zeolitas aluminosilicatos, con una pequeña adición de hierro. El fotocatalizador con nanocompuestos de óxido de hierro surgió en estrecha colaboración con científicos de España, liderados por el Prof. Rafael Luque.
"Para asegurar la cobertura más uniforme de las partículas, el proceso de deposición de dióxido de titanio sobre el medio se realiza en presencia de ultrasonidos, según un método desarrollado en nuestro Instituto", destaca el Prof. Colmenares.
En estudios de laboratorio en el Instituto, la lignina con la adición de uno u otro de los fotocatalizadores fue expuesta a luz ultravioleta, simulando el espectro de radiación entrante del Sol. Ambos catalizadores resultaron sorprendentemente efectivos en la transformación del alcohol bencílico presenteen la estructura de la lignina en un benzaldehído, una sustancia utilizada, entre otros, en la producción de tintes y en la industria del perfume. En el mejor de los casos, después de solo cuatro horas, hasta la mitad del contenido de alcohol bencílico original de la lignina se convirtióEn aplicaciones industriales, la selectividad de la reacción también es importante: cuanto más selectiva es la reacción, menos contaminados están sus productos por aditivos innecesarios y generalmente difíciles de separar. Resultó que en una solución que había reaccionado con la participación de fotocatalizadoreshabía hasta un 90% de la sustancia objetivo.
"En presencia de nuestros fotocatalizadores, iluminados por luz que imita la radiación solar, las reacciones tuvieron lugar espontáneamente en compuestos modelo basados en lignina, a presión atmosférica ordinaria y a una temperatura de aproximadamente 30 grados centígrados, por lo tanto en condiciones que ocurren naturalmente enluz solar directa. Esto es exactamente lo contrario de las refinerías tradicionales, que requieren una infraestructura técnica muy complicada y costosa ", señala el profesor Colmenares.
Los nuevos fotocatalizadores tienen una ventaja más: son baratos, porque no requieren metales preciosos costosos, como el paladio, y sus portadores son materiales comunes. Además, uno de los fotocatalizadores tiene propiedades magnéticas y, por lo tanto, después de la conversión ha tomadolugar, puede recuperarse fácilmente de la solución y reutilizarse.
Los resultados obtenidos por los científicos de Varsovia y Córdoba son prometedores, sin embargo, solo se aplican a fotocatalizadores con compuestos modelo. Para que los fotocatalizadores procesen de manera efectiva la lignina real, heterogénea y a menudo con una composición química variable, más estudios y pruebasson requeridos.
El trabajo sobre fotocatalizadores involucró a un grupo de empleados del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Tecnológica de Varsovia, encabezado por el profesor Krzysztof Kurzyd? Owski. Es allí, utilizando técnicas de investigación avanzadas, donde se puede determinar detalladamente laSe llevaron a cabo los parámetros físicos de los nuevos fotocatalizadores.
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Materiales proporcionado por Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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