Transformación del residuo de la celulosa en materia prima para la industria química

Helen Pfukwa, Ndumiso Sibanda y Harald Pasch, investigadores de la Universidad de Stellenbosch, en el Cabo Occidental (Sudáfrica), han desarrollado un método de despolimerización de polímeros fenólicos para transformar el residuo de la celulosa en una nueva materia prima para la industria química.

Háblenos de su tecnología

Esta tecnología transforma la lignina en compuestos de baja masa molar con valor añadido. Se trata de una tecnología suave y selectiva que produce compuestos aromáticos funcionalizados que resultan valiosos para las industrias de productos químicos y de polímeros.

¿Qué problema resuelve?

Las industrias de fabricación de productos químicos y polímeros dependen en gran medida de la extracción de materias primas de combustibles fósiles no renovables como el petróleo y el carbón. El uso de estas materias primas no es sostenible ya que los suministros son cada vez más escasos y su extracción, así como su transformación en productos químicos funcionalizados, tiene un impacto negativo en el medio ambiente.

La lignina, un componente de la biomasa lignocelulósica, constituye una alternativa atractiva, pues se trata del polímero aromático funcionalizado más abundante y, principalmente, porque no se contrapone a las necesidades sociales.

Si se emplean tecnologías adecuadas y selectivas, como la despolimerización oxidativa, la lignina puede ser transformada en valiosos productos químicos con funciones aromáticas (materiales de partida de una amplia gama de productos de consumo). Por lo general, los polímeros que han sido sintetizados a partir de monómeros derivados de la lignina y sus derivados tienen altas temperaturas de transición vítrea (Tg) y estabilidades térmicas, además de buenas propiedades mecánicas, lo que los convierte en interesantes sustitutos del estireno, obtenido a partir de combustibles fósiles mediante la síntesis de plásticos, compuestos avanzados y resinas resistentes a altas temperaturas.

¿En qué se inspiró su invención?

La industria sudafricana de la celulosa genera millones de toneladas de lignina residual cada año. Gran parte de esta lignina se destina al suministro de energía. El uso del biocombustible obtenido de la lignina residual es sumamente beneficioso para reducir la dependencia a la red eléctrica nacional por parte de las fábricas de celulosa y, al mismo tiempo, existen importantes beneficios que se derivan del uso de la lignina residual como fuente de productos químicos y de polímeros. Habida cuenta de los desafíos a los que se enfrenta nuestra sociedad a causa del agotamiento del crudo y la acumulación de residuos, es importante investigar cómo utilizar los residuos generados por las distintas industrias como posible materia prima sustitutiva del crudo.

¿Cómo contribuye su innovación a un futuro verde?

Esta innovación resulta importante a la hora de forjar un futuro verde, pues plantea una forma de transformar lo que habría constituido un residuo en compuestos aromáticos con valor añadido que pueden ser destinados a las industrias de fabricación de productos químicos o de polímeros. Principalmente, al emplear la lignina, un producto residual generado por una industria determinada, como materia prima en una segunda industria, su cadena de valor aumenta, lo que favorece el desarrollo sostenible.

¿Cómo está protegida su tecnología?

Hemos presentado una solicitud de patente en Sudáfrica (2019/02602) y tenemos previsto proteger nuestra tecnología a nivel internacional próximamente mediante la presentación de una solicitud internacional de patente en virtud del Tratado de Cooperación en materia de Patentes (PCT).

¿Por qué es importante que los inventores protejan su trabajo mediante derechos de PI?

Porque fomenta la investigación y la innovación en favor de la economía. La protección de la propiedad intelectual (PI) ofrece incentivos a los inventores y creadores de soluciones innovadoras para innovar sin cesar en beneficio de la sociedad. Las mejoras en el aspecto o el funcionamiento de las innovaciones confieren a los licenciatarios y a las empresas una ventaja competitiva en el mercado, pues excluyen a quienes no estén autorizados a explotar comercialmente la PI protegida.

¿Cuáles son los principales retos que han surgido durante el desarrollo de la invención?

La lignina es una macromolécula muy compleja que posee una estructura singular, que depende de la fuente y del procedimiento de pretratamiento. El enlace β-éter (β-O-4) constituye entre el 40% y el 60% de todos los enlaces, lo que significaría que la mayoría de las técnicas oxidativas suaves están dirigidas específicamente a esas uniones y producen compuestos con funciones carbonilo o carboxilo, motivo por el cual no se produce la completa transformación de lignina. Consideramos asimismo importante controlar de manera eficaz las condiciones de despolimerización para evitar la sobreoxidación que puede dar lugar a estructuras todavía más complejas que la de la propia lignina inicial.

¿Cuál es su llamamiento a la acción en el Día Mundial de la PI de 2020?

Es posible forjar un futuro verde en la industria química si se cuenta con el apoyo de los gobiernos, elaborando y aplicando políticas que incentiven que las industrias de productos y materiales químicos incorporen el desarrollo sostenible en sus planes a largo plazo. Con el tiempo, esto fomentará un cambio de perspectiva por parte de las industrias, quienes, al adoptar un uso eficiente de materias primas renovables, fabricarán productos de la misma calidad de forma sostenible con el medio ambiente. Para ello, se deberían crear nuevas oportunidades de colaboración en materia de investigación entre el sector industrial y el mundo académico. Las políticas de ciencia, tecnología e innovación deberían contar con mecanismos de incentivos para los consumidores y las industrias que decidan adoptar estas medidas.

¿Cómo se utiliza su invención y qué repercusiones puede tener?

Actualmente, estamos tratando de comercializar la tecnología. Nos hemos puesto en contacto con una empresa local (con sede en Sudáfrica) de fabricación de celulosa y papel que está interesada en que apliquemos nuestra tecnología a los residuos de lignina (lignosulfonato) que genera. El objetivo de este proyecto es evaluar la eficiencia del método en su lignosulfonato en función de los tipos de productos que se formen y sus cantidades.