Borracha sintética e plásticos - usados ​​na fabricação de pneus, brinquedos e uma miríade de outros produtos - são produzidos a partir de butadieno, uma molécula tradicionalmente feita de petróleo ou gás natural. Mas esses materiais feitos pelo homem podem ficar muito mais verdes em breve, graças à engenhosidade de uma equipe de cientistas de três universidades de pesquisa dos EUA.

A equipe científica - da Universidade de Delaware, a Universidade de Minnesota e a Universidade de Massachusetts - inventaram um processo para fazer butadieno a partir de fontes renováveis, como árvores, gramíneas e milho.

As evidências, agora online, será publicado no American Chemical Society's Química e Engenharia Sustentáveis ​​da ACS , um jornal líder em química verde e engenharia. Os autores do estudo são todos afiliados ao Catalysis Center for Energy Innovation (CCEI), com sede na Universidade de Delaware. CCEI é um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia financiado pelo Departamento de Energia dos EUA.

"Nossa equipe combinou um catalisador que descobrimos recentemente com uma química nova e empolgante para encontrar o primeiro de alto rendimento, método de baixo custo de fabricação de butadieno, "diz o Diretor do CCEI, Dionisios Vlachos, o professor Allan e Myra Ferguson de Engenharia Química e Biomolecular na UD e co-autor do estudo. "Esta pesquisa pode transformar as indústrias multibilionárias de plásticos e borracha."

Butadieno é o principal componente químico em uma ampla gama de materiais encontrados em toda a sociedade. Quando esta molécula de quatro carbonos sofre uma reação química para formar longas cadeias chamadas polímeros, borracha de estireno-butadieno (SBR) é formada, que é usado para fazer pneus de automóveis resistentes à abrasão. Quando misturado para fazer borracha de nitrila butadieno (NBR), torna-se o principal componente das mangueiras, selos e luvas de borracha onipresentes em ambientes médicos.

No mundo dos plásticos, butadieno é o principal componente químico do acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS), um plástico rígido que pode ser moldado em formas rígidas. O plástico ABS resistente é usado para fazer consoles de videogame, partes automotivas, artigos esportivos, dispositivos médicos e blocos de brinquedo de plástico interligados, entre outros produtos.

Os últimos 10 anos viram uma mudança em direção a um foco de pesquisa acadêmica em produtos químicos renováveis ​​e butadieno, em particular, devido à sua importância em produtos comerciais, Vlachos diz.

"O sucesso de nossa equipe veio de nossa filosofia que conecta a pesquisa em novos materiais catalíticos com uma nova abordagem para a química, "diz Vlachos." Este é um ótimo exemplo em que a equipe de pesquisa foi maior do que a soma de suas partes. "

Química nova em três etapas

A nova química incluiu um processo de três etapas a partir de açúcares derivados de biomassa. Usando tecnologia desenvolvida dentro da CCEI, a equipe converteu açúcares em um composto de anel chamado furfural. Na segunda etapa, a equipe posteriormente processou o furfural em outro composto do anel chamado tetrahidrofurano (THF).

Foi na terceira etapa que a equipe encontrou o avanço da tecnologia de fabricação de produtos químicos. Usando um novo catalisador chamado "zeólita de fósforo totalmente sílica, "desenvolvido dentro do centro, a equipe conseguiu converter o THF em butadieno com alto rendimento (mais de 95 por cento).

A equipe chamou isso de novo, reação seletiva de "desidrodeciclização" para representar sua capacidade de remover simultaneamente água e abrir compostos de anel de uma só vez.

"Descobrimos que os catalisadores à base de fósforo suportados por sílica e zeólitas exibem alta seletividade para a fabricação de produtos químicos como o butadieno, "diz o Prof. Wei Fan da Universidade de Massachusetts Amherst." Ao comparar sua capacidade de controlar certos usos da química industrial com a de outros catalisadores, os materiais de fósforo parecem realmente únicos e complementam perfeitamente o conjunto de catalisadores que desenvolvemos na CCEI. "

A invenção da borracha renovável faz parte da missão maior da CCEI. Iniciado em 2009, A CCEI tem se concentrado na tecnologia catalítica transformacional para produzir produtos químicos renováveis ​​e biocombustíveis a partir de fontes naturais de biomassa.

"Esta nova tecnologia expande significativamente o leque de moléculas que podemos fazer a partir da lignocelulose, "diz o Prof. Paul Dauenhauer da Universidade de Minnesota, que é codiretor do CCEI e coautor do estudo.