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Bioquímica

Petroquímica verde

La glicerina que sobra de la producción de biodiesel se puede utilizar para producir polipropileno

Miguel Boyayan Glicerina rubia: de no ser aprovechada, puede descartarse inadecuadamenteMiguel Boyayan

La búsqueda de materias primas alternativas a los derivados de petróleo está a la orden del día en las áreas relacionadas con la producción de plástico. El alto precio del crudo in natura en el mercado mundial y la necesidad de productos ambientalmente más favorables, ya sea biodegradables, u obtenidos por recursos renovables, ha contribuido a la aparición de nuevas rutas tecnológicas para este tipo de industria. En Brasil, la más reciente novedad es el uso de la glicerina que sobra como subproducto en la elaboración del biodiesel, para producir propeno, una resina obtenida hasta ahora de los derivados del petróleo y utilizada para hacer polipropileno (PP). Este plástico es ampliamente utilizado en automóviles, electrodomésticos, jeringas descartables, pañales, embalajes para alimentos y productos de limpieza.

El desarrollo de la alternativa de producción es de la empresa Nova Petroquímica, la antigua Suzano, que desde junio de este año participa del conglomerado Quattor, formado por Petrobras y el grupo Unipar. El comienzo de la producción está pactado para 2009, con una planta piloto en un local que será definido. Después será el turno de una planta industrial definitiva que será instalada hasta 2014. El total de las inversiones industriales ascendería a los 50 millones de dólares. La ruta de producción de la empresa a sigue otros grandes fabricantes de materias primas para la producción de plástico, como Braskem, Dow Química y Oxiteno (lea en Pesquisa FAPESP n° 142), empresas que tienen proyectos para la producción de polímeros de origen vegetal con la utilización principalmente de caña de azúcar. Junto con la glicerina del biodiesel, están formando la cadena de petroquímica verde o renovable.

La producción del PP con glicerina es importante porque implica grandes números tanto en la producción de biodiesel como de la propia resina en la que Quattor tiene el 45% del mercado, con 875 mil toneladas anuales de polipropileno y exportación a 40 países. De acuerdo con un relevamiento realizado por la empresa, el volumen de glicerina disponible en 2008 deberá ascender alrededor de 105 mil toneladas si la producción asciende a un mil millones de litros de biodiesel para componer la cuota obligatoria del 2% adicionado al diesel, principal combustible de camiones y ómnibus del país. En 2013, cuando dicho porcentaje suba al 5% de biodiesel, el excedente de glicerina deberá ser de 250 mil toneladas.

El problema es que el mercado brasileño consume tan solo 40 mil toneladas de glicerina por año. La glicerina es el nombre comercial del glicerol, que puede ser producido tanto con aceites vegetales como con derivados de petróleo como el propio propeno. La producción de plástico con esa sustancia se suma a una serie de otros usos industriales. Se utiliza en cosméticos, está presente en la industria farmacéutica, en la composición de cápsulas, jarabes y pomadas; en la química, en pinturas, barnices y detergentes; en la alimenticia, para conservar bebidas y alimentos tales como refrescos, caramelos, tortas, carnes y balanceados, además de en embalajes. En la industria tabacalera, la glicerina dota de más resistencia a las fibras del tabaco y evita el resecado de las hojas, de la misma manera que se la usa para suavizar y aumentar la flexibilidad de las fibras textiles. De cada mil litros de biodiesel fabricados por el proceso de transesterificación, que agrega aceite vegetal o grasa animal de varios orígenes y un tipo de alcohol (el metanol, más utilizado, o etanol), sobran al final alrededor de 100 litros. El precio también cayó en los últimos tiempos. El kilo del producto valía 1,55 dólares en 1995 y cayó a 0,50 dólar en 2007.

“Identificamos que los consumidores actuales de glicerina no tendrían manera de utilizar toda la producción”, dice Pedro Geraldo Boscolo, gerente de Quattor. Fue con base en la constatación de esa creciente oferta de glicerina en el mercado que la empresa consultó al profesor Claudio Mota, del Instituto de Química de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) en 2006. “La motivación partió de ellos y al principio me pareció difícil retirar de la glicerina (C3H8O3) los átomos de oxígeno para transformarla en propeno (C3H6)”, recuerda Mota. “Aunque no existieran referencias en la literatura científica, logramos un buen sistema extrayendo el oxígeno como agua.” La reacción química resulta en la producción de agua, que se convierte en un beneficio porque también podrá ser comercializada o utilizada por la propia industria. Se solicitó una  patente en la cual los dividendos quedarán un 50% para la UFRJ y los investigadores del proyecto y un 50% para la empresa. El proyecto de investigación tuvo inversiones por valor de 2 millones de reales, siendo 600 mil reales de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) y el resto de Quattor.

Otros usos
Cuando recibió la invitación de la empresa, Mota ya trabajaba con la obtención de compuestos de la glicerina para uso como aditivos en la gasolina o en el gasoil. “Estamos desarrollando derivados de la glicerina que podrán mezclarse a esos combustibles para mejorar la lubricación del motor, además de disminuir el tenor de azufre y de compuestos en partículas, en el caso del gasoil. En la gasolina, éstos pueden disminuir la producción de monóxido de carbono (CO) y de otros contaminantes y mejorar el desempeño del motor”, explica Mota. Éste también desarrolla estudios destinados a la producción de plásticos acrílicos con glicerina. “Todo eso dentro de la expectativa del aumento de la producción de biodiesel.”

El sistema productivo del polipropileno verde desarrollado en sociedad entre la empresa y la UFRJ comienza en el plantío de la soja, actualmente la principal oleaginosa empleada para producir biodiesel. Según datos de Quattor, de 3 mil kilos (kg) de granos cosechados en una hectárea, sobran 540 kg de aceite a los cuales que se les añaden 54 kg de metanol. Los resultados son 540 kg de biodiesel y 54 kg de glicerol. Esta glicerina resultará en 27 kg de propeno y la misma cantidad de polipropileno. Aunque tenga el kilo como medida de comercialización y uso, la glicerina es líquida. “El transporte de este producto desde las empresas productoras de biodiesel hasta nuestra fábrica se hará en camión”, explica Boscolo.

El uso de la glicerina proveniente del biodiesel tiene otro aspecto que fortalece los estudios y la necesidad de aumentar sus usos industriales. Es la posibilidad de descarte como basura o efluente en caso de que no haya qué hacer con ella. “Esta glicerina es un poco distinta  que la producida vía derivado de petróleo. En lugar de ser transparente, es amarillenta y posee un 9% de residuos. Debido a su color es llamada glicerina rubia y no tiene un mercado definido, por es pasible de un descarte inadecuado”, dice el profesor Derval dos Santos Rosa, director académico del campus de Campinas de la Universidad São Francisco, que tiene sede en Bragança Paulista, en el interior paulista. Estudiando el uso de esa glicerina y de la comercial como plastificante, aditivo que otorga mayor resistencia y elasticidad a los plásticos, con los alumnos Marcelo Bardi y Luciano Rigolo, de la Facultad de Ingeniería de Itatiba, de la misma universidad, demostraron que tendría un buen uso para plastificar polímeros producidos con almidón, una sustancia llamada polisacárido presente en muchos vegetales.

Peligro ambiental
“El uso de la glicerina rubia presentó mejores propiedades mecánicas tales como resistencia a la tracción y elongación que la comercial”, dice Rosa. Ellos presentaron el estudio en el Congreso PlastShow 2008, realizado en mayo en São Paulo. En el trabajo citan, como ejemplo, que excedentes de glicerol están siendo arrojados al río Poti, en la ciudad de Crateús, en Ceará, una región productora de biodiesel, causando un impacto ambiental negativo. “Una vez llamamos a una productora de biodiesel para pedir algunas muestras para investigación y ellos nos preguntaron cuántas toneladas”, recuerda Rosa, que en la época se sorprendió porque necesitaba solamente unos pocos kilos. “La plastificación del almidón es una  alternativa en el camino de producir plásticos biodegradables y más favorables al ambiente, contando para ello con el uso de la glicerina del biodiesel”. Otras alternativas para la glicerina, además del plástico, son la quema para producción de energía eléctrica en la propia fabricación del biocombustible, además de usarla en la sustitución y alternativa menos tóxica que el etilenoglicol en productos anticongelantes y para entrar como una especie de edulcorante y humidificador en alimentos.

Sônia Faria Zawadzki /UFPR PVC con resina vegetal, a la izquierda, y no plastificadoSônia Faria Zawadzki /UFPR

Plastificante renovable

La ruta vegetal también está en el origen de un nuevo producto que podrá sustituir a un aditivo usado por las industrias para dar mayor suavidad y flexibilidad a los artefactos elaborados con policloruro de vinilo (PVC), el segundo plástico más usado en el mundo. “Obtuvimos un plastificante renovable con base en un aceite vegetal para sustituir a los ftalatos (producidos con base en derivados de petróleo)”, dice la profesora Sônia Faria Zawadzki, del Departamento de Química de la Universidad Federal de Paraná (UFPR). Los ftalatos forman un conjunto de sustancias químicas que están presentes, principalmente cuando están asociados al PVC, en la formulación de bolsas plásticos o en forma de film para embalar alimentos, además de estar presentes en juguetes, cortinas de baño, envases para cosméticos, catéteres y bolsas de sangre y suero. Sobre eles pesa la sospecha de ocasionar varios males a la salud humana.

Estudios muestran que, aun en pequeñas dosis, los ftalatos pueden pasar por contacto para alimentos y bebidas y después ser ingeridos por adultos y niños y ser asociados al cáncer, la malformación esquelética, problemas endocrinos y hormonales, principalmente daños al sistema reproductor masculino. El principal sospechoso es un tipo plastificante llamado de ftalato de di-(2-etil-hexila) (DEHP en su sigla en inglés) muy usado en filmes plásticos. “En ratones están comprobados cánceres de páncreas, riñones e hígado, pero en relación a los humanos aún hay controversias”, dice la profesora Sônia. La Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa) indica un máximo del 3% de ftalatos en productos vendidos en Brasil. “Pero hay datos en la literatura nacional e internacional que muestran la presencia de valores arriba de ese nivel, principalmente en los filmes y sacos plásticos, productos que quedan bien suaves gracias a los plastificantes.”

El producto desarrollado en la UFPR para sustituir a los ftalatos y plastificar el PVC comenzó a desarrollarse en 2003. La investigación, coordinada por la profesora Sônia en colaboración con el profesor Luiz Pereira Ramos, llegó hasta la fase preindustrial en el marco de una sociedad con la filial de la empresa norteamericana Corn, que procesa materia prima vegetal para la industria alimenticia, química y farmacéutica. Ellos empezaron a invertir en la investigación después de que la profesora Sônia hizo la formulación y se la mostró a la empresa. Ahora  Corn estudia la implementación industrial del producto, que aún no puede tener revelados algunos detalles como el aceite vegetal del cual es elaborado, aunque ya exista un depósito de patente. El nuevo plastificante costará alrededor del 10% menos que los ftalatos convencionales.

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