De la paja al monómero plástico: exploración de la revolución verde y el potencial de mercado detrás de la FDCA

Estructura y características de la FDCA

La producción de PET depende de recursos petrolíferos no renovables, y una de sus principales materias primas, el MEG, se puede extraer de la biomasa. Sin embargo, la extracción de PTA sigue siendo un desafío, lo que hace que el desarrollo de PET 100% de origen biológico sea complicado. 

A través de una extensa investigación, el FDCA derivado de recursos de biomasa exhibe una composición estructural muy similar a la del PTA. El PTA es un monómero plástico que se puede polimerizar para producir PET, un material que se encuentra comúnmente en la vida cotidiana. Sin embargo, la dependencia de la producción de PET de recursos petrolíferos no renovables exacerba las cargas ambientales. Por el contrario, el FDCA se puede obtener de biomasa renovable, y el polietileno 2,5-furandicarboxilato (PEF) resultante muestra ventajas significativas en propiedades de barrera de gas y peso, reduciendo efectivamente la huella de carbono de la industria del plástico. Además, presenta un potencial de aplicación sustancial y valor de mercado, brindando nuevas ideas y vías tecnológicas para promover la química verde y el desarrollo sustentable.

Innovaciones y avances tecnológicos

El proyecto aborda tres desafíos científicos y técnicos principales: el desarrollo de materiales de origen biológico, la síntesis de compuestos de base biológica y la optimización de procesos de producción continua. Se han propuesto métodos innovadores, como la pirolización de biomasa como la paja de maíz para producir monómeros de glucosa, la conversión eficiente de monosacáridos en 5-hidroximetilfurfural (HMF) y la oxidación de HMF para preparar FDCA. El equipo de investigación ha logrado avances en la producción de compuestos de base biológica de alta pureza, la producción continua de FDCA, los materiales catalíticos y la optimización de procesos. 

Diseñaron un sistema integrado para la producción y purificación de HMF y desarrollaron un microrreactor continuo para la producción de FDCA, mejorando la utilización de los recursos de biomasa y reduciendo las emisiones de contaminantes y carbono. La deshidratación tradicional de la glucosa y las reacciones de oxidación del HMF suelen ocurrir en reactores discontinuos, lo que da como resultado una baja eficiencia de producción y una separación difícil del producto. Para expandir el mercado de PEF y reducir los costos, el equipo del proyecto desarrolló catalizadores y procesos para la producción continua, creando con éxito una ruta de síntesis de glucosa a ácido 2,5-furandicarboxílico. A través de procesos integrados de síntesis y separación, el equipo ha producido con éxito HMF de alta pureza, y la posterior oxidación del HMF se produce en reactores de microcanales, logrando una producción continua al tiempo que se abordan las preocupaciones de seguridad asociadas con las reacciones de oxidación.

Con el impulso global hacia la conservación de la energía y la reducción de las emisiones, el desarrollo de materiales de origen biológico está ganando cada vez más atención. El FDCA, como alternativa ecológica al PTA, se utiliza ampliamente en la síntesis de poliésteres de origen biológico y otros polímeros. Se espera que el tamaño del mercado del FDCA alcance millones de toneladas para 2027, lo que muestra un potencial de mercado significativo.

Actualmente, el equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China Oriental ha completado el desarrollo de laboratorio para la tecnología de producción de FDCA. Aunque el desarrollo industrial todavía está en sus primeras etapas, sus logros de investigación son líderes dentro de la industria, con el potencial de mayores avances en el futuro.

Perspectivas futuras

La transición de la paja al FDCA no solo proporciona un enfoque innovador para el tratamiento de los desechos agrícolas, sino que también abre nuevas perspectivas para el desarrollo sostenible en la industria del plástico. En el futuro, es esencial promover continuamente la innovación tecnológica, mejorar el valor agregado de la paja y lograr una situación beneficiosa para todos en lo que respecta a la utilización eficiente de los recursos y la protección del medio ambiente. A medida que aumenta el llamado mundial al desarrollo sostenible, el desarrollo del FDCA y el PEF desempeñará un papel crucial para abordar la contaminación plástica y los desafíos ambientales, allanando el camino para una revolución verde más amplia.