Quando John Wesley Hyatt patenteou o primeiro plástico industrial em 1869, sua intenção era criar uma alternativa ao marfim presa de elefante usado para fazer teclas de piano. Mas esse plástico primitivo também provocou uma revolução na maneira como as pessoas pensavam sobre a manufatura:e se não estivéssemos limitados aos materiais que a natureza tem a oferecer?

Mais de um século depois, os plásticos são uma parte abundante da vida diária. Mas esses plásticos são frequentemente derivados do petróleo, contribuindo para a dependência de combustíveis fósseis e impulsionando as emissões prejudiciais de gases de efeito estufa. Para mudar isso, Cientistas do Centro de Pesquisa de Bioenergia dos Grandes Lagos (GLBRC) estão tentando levar a natureza flexível do plástico em outra direção, desenvolver formas novas e renováveis ​​de criar plásticos a partir de biomassa.

Usando um solvente derivado de planta chamado GVL (gama-Valerolactona), O professor de Engenharia Química e Biológica da Universidade de Wisconsin-Madison, James Dumesic, e sua equipe desenvolveram uma maneira econômica e de alto rendimento de produzir ácido furandicarboxílico, ou FDCA. Um dos 12 produtos químicos que o Departamento de Energia dos EUA considera crítico para forjar uma indústria química "verde", O FDCA é um precursor necessário para um plástico renovável chamado PEF (ou furanoato de polietileno), bem como para uma série de poliésteres e poliuretanos.

Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 19 de janeiro 2018 no jornal Avanços da Ciência .

Como substituto biológico do PET (tereftalato de polietileno) - é amplamente utilizado, contrapartida derivada do petróleo - o PEF é rico em potencial. PET atualmente tem uma demanda de mercado de cerca de 1,5 bilhão de toneladas por ano, e Coca-Cola, Ford Motors, H.J. Heinz, Nike e Procter &Gamble se comprometeram a desenvolver uma fonte sustentável, PET 100% vegetal para suas garrafas, embalagem, vestuário e calçado. O potencial do PEF para entrar nesse mercado considerável, Contudo, foi prejudicado pelo alto custo de produção de FDCA.

"Até agora, O FDCA tem uma solubilidade muito baixa em praticamente qualquer solvente em que você o faz, "diz Ali Hussain Motagamwala, um estudante de graduação da UW-Madison em engenharia química e biológica e co-autor do estudo. "Você tem que usar muito solvente para obter uma pequena quantidade de FDCA, e você acaba com altos custos de separação e resíduos indesejáveis. "

O novo processo de Motagamwala e colegas começa com a frutose, que eles convertem em um processo de duas etapas em FDCA em um sistema solvente composto de uma parte de GVL e uma parte de água. O resultado final é um alto rendimento de FDCA que se separa facilmente do solvente como um pó branco após o resfriamento.

"Usar o solvente GVL resolve a maioria dos problemas com a produção de FDCA, "diz Motagamwala." Açúcares e FDCA são altamente solúveis neste solvente, você obtém altos rendimentos, e você pode facilmente separar e reciclar o solvente. "

Outras características do processo contribuem para sua economia robusta. O sistema não requer ácidos minerais caros para a catálise, não produz sais residuais, e você pode separar os cristais de FDCA do solvente simplesmente resfriando o sistema de reação.

A análise técnico-econômica da equipe sugere que o processo pode atualmente produzir FDCA a um preço mínimo de venda de $ 1, 490 por tonelada. Com melhorias, incluindo a redução do custo da matéria-prima e redução do tempo de reação, o preço pode chegar a $ 1, 310 por tonelada, o que tornaria seu custo FDCA competitivo com alguns precursores de plástico derivados de combustíveis fósseis.

"Achamos que esta é a abordagem simplificada e econômica para fazer FDCA que muitas pessoas na indústria de plásticos estavam esperando, "diz Dumesic." Nossa esperança é que esta pesquisa abra ainda mais as portas para plásticos renováveis ​​de custo competitivo. "

A Wisconsin Alumni Research Foundation está trabalhando para licenciar a tecnologia GVL para uso na produção de bioplásticos.