Desenvolvendo renováveis, alternativas baseadas em plantas para produtos químicos derivados do petróleo é uma parte importante do esforço para fazer a transição de uma economia baseada em combustíveis fósseis para uma economia baseada em bio mais sustentável e ecologicamente correta. Mas a integração de tecnologia nova e não comprovada em sistemas industriais existentes carrega um elemento de risco que tornou a comercialização de tais avanços um desafio significativo.

Em uma nova pesquisa, publicado recentemente no jornal Energia e Ciência Ambiental , uma equipe do Great Lakes Bioenergy Research Center e da University of Wisconsin-Madison descreve um processo eficiente e economicamente viável para a produção de HMF-5-hidroximetilfurfural, um produto químico derivado de planta versátil considerado crucial para a construção de uma economia renovável.

O que mais, o processo é simples e compatível com a infraestrutura existente na indústria de xarope de milho com alto teor de frutose, os pesquisadores mostram.

"Nós nos integramos a um processo atual para reduzir um pouco o risco inicial e diminuir o capital inicial necessário para colocar as coisas no terreno para provar a tecnologia, "diz Ali Hussain Motagamwala, que liderou o projeto enquanto um estudante de graduação da UW-Madison em engenharia química e biológica.

HMF pode ser usado para fazer uma ampla gama de produtos químicos, plásticos e combustíveis. É um candidato atraente para comercialização em parte porque já existe um mercado estabelecido para muitos dos produtos feitos com HMF. Um é uma versão totalmente derivada de plantas de tereftalato de polietileno (PET), o plástico comum usado para fazer garrafas de bebidas e outras embalagens de alimentos. Por exemplo, Coca Cola, Danone, e a BASF já investiram na produção de ácido furanodicarboxílico, um produto químico derivado de HMF usado para fazer garrafas plásticas 100% biológicas.

A data, Contudo, O uso do HMF tem sido limitado por seu alto custo de produção. Os plásticos de base biológica são atualmente mais caros do que seus equivalentes de petróleo, em grande parte devido à escala dos processos de fabricação existentes.

“Existe uma demanda por alternativas sustentáveis. A questão é, até que ponto podemos ser competitivos em termos de custos com produtos à base de petróleo? ", diz Motagamwala.

Professor James A. Dumesic de engenharia química e biológica da UW-Madison, autor sênior do artigo, vem trabalhando há mais de duas décadas em tecnologias para produzir HMF de forma sustentável e econômica a partir de açúcares derivados de biomassa.

"Sabemos há muitos anos que o HMF é uma molécula de plataforma com um enorme potencial, mas tem sido um desafio contínuo produzir HMF de maneira econômica a partir de recursos de carboidratos sustentáveis, "Dumesic diz." Nosso trabalho inicial se concentrou no uso de sistemas de solventes especiais para produzir HMF a partir de frutose com alto rendimento. "

O problema sempre foi o solvente no qual o HMF foi produzido.

"Os solventes geralmente usados ​​são caros, e a separação do solvente e do produto torna o processo ainda mais caro, "Motagamwala diz." Agora mostramos que podemos fazer HMF com um rendimento realmente alto - perto de 95% - com um sistema de solvente barato que pode ser removido com muita facilidade. "

O processo da equipe de GLBRC desidrata a frutose em HMF usando um sistema de solvente composto apenas de acetona e água, com um catalisador ácido sólido estável. Além de ser barato e acessível, os solventes são ambientalmente benignos e fáceis de separar do HMF resultante.

"Uma das melhores coisas sobre o novo processo é que todas as operações unitárias utilizadas são simples e atualmente são empregadas na indústria, "Motagamwala diz. Isso significa um menor investimento de capital e menos risco do que geralmente associado a tecnologias não comprovadas.

Os pesquisadores realizaram uma avaliação técnico-econômica para avaliar a viabilidade de implantação do novo processo. Isso mostra que um preço mínimo de venda para HMF de $ 1, 710 por tonelada alcançará um retorno de 25% sobre o investimento - uma porcentagem confortável destinada a construir alguma garantia de lucratividade.

O maior fator na determinação desse preço é o custo da matéria-prima - neste caso, frutose. Isso significa que uma empresa do setor de milho já controlaria o maior custo do sistema. Isso também significa que quando a oferta de xarope de milho com alto teor de frutose é maior do que a demanda, a indústria poderia desviar o excesso de frutose para HMF separadamente, fluxo de produtos de alto valor.

Os pesquisadores também demonstraram como o processo pode ser expandido para usar a glicose como matéria-prima. Como a glicose pode ser facilmente produzida a partir da biomassa, é mais barato e mais abundante do que a frutose. Contudo, A produção de HMF a partir da glicose requer uma etapa de processamento extra e infraestrutura adicional.

Provar a tecnologia usando frutose é o primeiro passo, de acordo com Motagamwala.

"A implementação de longo prazo do processo é fazer com que as plantas partam da glicose, o que reduzirá ainda mais o custo, " ele diz.