Cada año, más de 7 millones de barriles de petróleo son utilizados en la producción de propilenglicol (PG), un ingrediente que se encuentra en muchos productos comunes que encontramos en nuestro hogar, incluidos anticongelantes, plásticos, cosméticos y aditivos para alimentos. Hasta muy hace poco, la única fuente de materia prima económicamente viable de para producir PG provenía del petróleo.
Pero una empresa estadounidense, con el apoyo del Laboratorio Nacional del Departamento de Energía de EEUU decidió buscar una alternativa.
La oportunidad: elaborar en forma rentable propilenglicol a partir de biomasa en forma rentable
A mediados de la década de 2000, Archer Daniels Midland, una de las más importantes empresas del sector agrícola y de alimentos, buscó expandir sus negocios en el desarrollo tanto de biocombustibles (como el etanol) y de productos químicos de base biológica, incluido PG.
EL PG de base biológica tiene la misma composición química que el PG derivado del petróleo, pero se produce a partir de materias primas renovables como el alcohol obtenidosa partir del maíz, la caña de azúcar, la soja o los girasoles. El PG de base biológica reduce la demanda de petróleo, mejora la seguridad energética y tiene un menor impacto en las emisiones de dióxido de carbono que su alternativa fósil.
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Los científicos saben desde hace mucho tiempo cómo crear PG a partir de alcoholes y biomasa, pero del proceso se obtiene subproductos y agua, además de PG. Los científicos no lograban controlar las proporciones de PG en agua y subproducto, y la imprevisibilidad, que en muchas ocasiones se creaba más agua que PG, hacían que este proceso fuera demasiado costoso para su uso comercial.
ADM necesitaba un socio con experiencia científica en la conversión de biomasa para ayudarlo a desarrollar un proceso comercialmente viable, y la compañía lo encontró en Pacific Northwest National Laboratory (PNNL).
El camino al descubrimiento
PNNL, en colaboración con National Corn Growers Association, estaba investigando métodos para convertir el sorbitol, un alcohol derivado del maíz que se utiliza comunmente como sustituto del azúcar, para obtener PG. Financiado por la Oficina de Tecnología de Bioenergía del Departamento de Energía de EEUU, el proyecto alcanzó el éxito. El equipo descubrió un catalizador que efectivamente producía PG, no solo a partir de sorbitol, sino también de glicerol. El glicerol es otro tipo de alcohol, comúnmente obtenido de la soja, la palma o el sebo. Sin embargo, el glicerol también es un subproducto de la producción de biodiesel. Con este nuevo descubrimiento, PNNL podría tomar teóricamente el glicerol producido a partir de la elaboración de biodiesel y no solo evitar que se desperdicie, sino que producir PG de manera eficiente.
PNNL contactó a ADM para profundizar la investigación en la producción de PG a partir de glicerol y llevar el proceso a escala comercial. PNNL aporta el catalizador y su experiencia en ingeniería; ADM suministra conocimientos industriales y de producción para la comercialización a gran escala.
Los avances: reuniendo experiencia en laboratorio e industria para una solución
Era fundamental entender los requisitos industriales para hacer comercialmente viable la producción de PG a partir de glicerol. ADM y PNNL colaboraron estrechamente en este proyecto, con ADM especificando la proporción necesaria de PG en agua y PNNL utilizando su experiencia científica para refinar el catalizador. Finalmente, pudieron producir la codiciada relación de una molécula de PG por cada molécula de agua.
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Luego, PNNL mejoró el proceso al usar muestras de materia prima de maíz de ADM, que están más cerca de la materia prima del mundo real que las utilizadas previamente en el laboratorio. El catalizador mejorado aumentó significativamente la cantidad de glicerol convertido a PG desde 40-60 por ciento anteriormente, a casi 90 por ciento. Las tasas y los rendimientos mejorados disminuyeron sustancialmente los costos de producción, por lo que es económicamente viable producir a escala comercial.
El impacto: Extender los beneficios económicos y ambientales de la biomasa renovable
Como resultado de la investigación conjunta entre PNNL y ADM, la compañía ya cuenta con una planta de producción a gran escala en su complejo de Decatur, Illinois. La instalación emplea a 140 personas y puede producir 100,000 toneladas al año de PG a partir de fuentes renovables. ADM utiliza o vende este producto de base biológica para su uso en anticongelantes, cosméticos, alimentos para mascotas y productos farmacéuticos, entre otros.
Esta nueva fuente de PG le permite a ADM producir un PG a partir de fuentes renovables de forma económicamente competitiva, que cumple con los estándares de ASTM para productos 100% biológicos. También cumple con los estándares BioPreferred del Departamento de Agricultura de los EEUU, una iniciativa voluntaria de etiquetado que certifica que este PG tiene base biológica.
El proyecto ha recibido numerosos premios, incluido un premio R&D 100, un premio que otorgada R&D Magazine en forma anual para reconocer las tecnologías más innovadoras. También recibió el premio del Laboratorio Federal para transferencia de tecnología en 2010 y un premio Green Chemistry de la Sociedad Química Americana, en 2014.
