Cambiar de celulosa a pequeñas moléculas de azúcares
Un equipo de científicos del Instituto Max Planck para la Investigación del Carbono (MPI-KoFo) en Mühlheim-sur-la-Ruhr ha desarrollado un nuevo método que permite que la celulosa se descomponga con relativa facilidad en sus componentes básicos, los azúcares. Esto podría abrir la puerta a la producción de materias primas y biocombustibles a partir de biomasa derivada de la madera o residuos vegetales, por lo tanto sin competencia con los productos alimenticios.
La celulosa, la molécula orgánica más común en la tierra, es el componente principal de las células vegetales. Como es particularmente estable, hasta ahora era difícil para la industria dividirlo en sus componentes elementales. Por tanto, se dejó sin utilizar una cantidad significativa de energía.
Roberto Rinaldi, Regina Palkovits y Ferdi Schüth de MPI-KoFo ahora han logrado superar este obstáculo, utilizando un catalizador ácido sólido y un medio iónico. El proceso resultante permite que largas cadenas de celulosa se dividan selectivamente en pequeños pedazos en cuestión de horas o menos. Además, una ventaja es que aparecen pocos subproductos, lo que reduce el riesgo de complicaciones después del tratamiento. El catalizador se puede recuperar y reutilizar al final de la reacción.
Primero, los investigadores colocan la molécula de celulosa en una solución iónica. Es una sal, líquida a temperatura ambiente, que contiene elementos cargados positiva y negativamente. "Este paso hace que las largas cadenas de celulosa sean accesibles para las siguientes reacciones químicas y, por lo tanto, la celulosa es atacante por catalizadores sólidos", explica F. Schüth.
Mientras tanto, el equipo de MPI-KoFo ha determinado qué propiedades debe tener un catalizador para escindir la celulosa. El material debe ser ácido, es decir, poder dar protones H +. También debe tener una gran superficie y poros del tamaño correcto, porque la celulosa disuelta en la solución iónica es muy viscosa, lo que complica el transporte de las cadenas al catalizador. "Hemos descubierto que la resina modificada químicamente es particularmente adecuada para la ruptura de los enlaces de azúcar de la celulosa", continúa Ferdi Schüth.
Con la adición de agua, las cadenas de azúcar así acortadas se hunden hasta el fondo, de modo que es fácil separarlas de la solución. Luego, los investigadores filtran la solución y recuperan el catalizador. "Para finalmente lograr los componentes más pequeños de celulosa, es necesario un paso adicional mediante, por ejemplo, el uso de enzimas". Estos cortan las cadenas cortas en moléculas de azúcar aisladas. Este proceso de "descomposición", desde la celulosa hasta las moléculas de glucosa, se denomina despolimerización.
El nuevo método permite, entre otras cosas, cortar componentes vegetales muy estables, como celulosa microcristalina o incluso madera. “Podemos decir así que, gracias a este método, es posible el desmantelamiento de la madera en azúcares”, comenta F. Schüth.
Este tratamiento de celulosa abre muchas vías de aplicación. Las moléculas de azúcar así obtenidas podrían someterse a fermentación alcohólica y luego producirse el etanol como biocombustible, sin competir con los productos alimenticios. Se pueden utilizar trozos de madera o paja como material básico. Sin embargo, queda mucho por hacer antes de utilizar este método a gran escala. En particular, las soluciones iónicas son muy caras, lo que requiere su reutilización en el ciclo de producción y, por tanto, el desarrollo de un enfoque de reciclaje.
Ferdi Schüth - Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mühlheim an der Ruhr - tel: +49 208 - correo electrónico: schueth@mpi-muehlheim.mpg.de
Fuente: BE Alemania