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1
MATERIAS PRIMAS RENOVABLES
1. INTRODUCCIÓN
2. PROTEÍNAS
3. AZÚCARES
4. TRIGLICÉRIDOS
LOS DOCE PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE (Anastas & Warner)
1. Prevención: es preferible evitar la producción de un residuo que tratar de limpiarlo una vez que se haya formado. 2. Integración de materias: los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso. 3. Síntesis menos peligrosa: siempre que sea posible, los métodos de síntesis deberán diseñarse para utilizar y generar sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para el medio ambiente. 4. Diseño seguro: los productos químicos deberán ser diseñados de manera que mantengan su eficacia a la vez que reduzcan su toxicidad. 5. Disolventes seguros: se evitará, en lo posible, el uso de sustancias auxiliares (disolventes, reactivos de separación, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuo posible. 6. Eficiencia energética: los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes. 7. Uso de materias primas renovables: la materia prima ha de ser preferiblemente renovable en vez de agotable, siempre que sea técnica y económicamente viable. 8. Reducción de derivados: se evitará en lo posible la formación de derivados (grupos de bloqueo, de protección/desprotección, modificación temporal de procesos físicos/químicos). 9. Catálisis: se emplearán catalizadores (lo más selectivos posible) en vez de reactivos estequiométricos. 10. Degradación limpia: los productos químicos se diseñarán de tal manera que al finalizar su función no persistan en el medio ambiento sino que se transformen en productos de degradación inocuos. 11. Análisis continuo de contaminación: las metodologías analíticas serán desarrolladas posteriormente para permitir una monitorización y control en tiempo real del proceso, previo a la formación de sustancias peligrosas. 12. Seguridad intrínseca y prevención de accidentes: se elegirán las sustancias empleadas en los procesos químicos de forma que se minimice el potencial de accidentes químicos, incluidas las emanaciones, explosiones e incendios.
Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press: New York, 1998, p.30
2
Desventajas:• Precio
0
1020
30
40
5060
70
80
1996
19971998
1999
2000
200120
0220
03200
42005
2006
FUENTES DE ENERGÍAS NO RENOVABLES
Mayo 2008
119 $
Nov. 2008
Desventajas:•Efectos medioambientales
FUENTES DE ENERGÍAS NO RENOVABLES
3
Desventajas:
•Distribución geográfica: conflictos bélicos
•Agotamiento de las fuentes
FUENTES DE ENERGÍAS NO RENOVABLES
RESERVAS DE PETROLEO
Fuentes renovables de energía• Eólica• Solar• Geotérmica
• Combustibles renovables– Bioetanol– Biodiesel– Biogás
FUENTES RENOVABLES
Materias primas renovables
4
Datos AÑO 2004
PRINCIPAL DESVENTAJA EN LA ACTUALIDAD:
COSTE DE PRODUCCIÓN
FUENTES RENOVABLES DE ENERGÍA
Informe de la AIE aparecido en enero de 2007
MATERIAS PRIMAS RENOVABLES
Definición:aquellas moléculas obtenidas a partir de fuentes renovables que deben ser la base para el desarrollo de nuevos materiales con características similares a los procedentes de la industria petroquímica
ProcedenciaLa biomasa
Ventajas
Repunte sector agrario: fijación de población en el medio rural
Mitigación de cambio climático
Menor dependencia económica
Mayor seguridad en el suministro
Sectores de aplicaciónPolímeros, lubricantes, disolventes, surfactantes, fármacos, …
5
MATERIAS PRIMAS RENOVABLES
CONCEPTO DE VALORIZACIÓN INTEGRAL
Aceite vegetal
alimentación
lignina
almidónproteínas
Celulosa hemicelulosa
MPR : ácido lácticoetanol
biodiesel
glicerina
MPR:Derivados de Ac. Grasos
Alimentación animal
Valorización energética
MATERIAS PRIMAS RENOVABLES
CONCEPTO DE BIORREFINERÍAS
Esquema de una biorrefinería
6
MATERIAS PRIMAS RENOVABLES
CONCEPTO DE BIORREFINERÍAS
BIOSYNERGY
CARBOHIDRATOS
ACEITES8,3%
MATERIAS PRIMAS RENOVABLES
PROTEÍNAS
Maiz 45%
Madera y resinas 22.5%
Celulosa, fibras y derivados 17.2%
7
MATERIAS PRIMAS RENOVABLES
Usos tradicionales
Textil: algodón, yute, tintes
Farmacia: isoflavonoides, aceites esenciales, opiáceos
vegetal
animal
Textil: cuero
alimentación: gelatinas
Farmacia: antibióticos
Agroquímicos: biopesticidas
PROTEÍNAS
Menos aplicaciones que carbohidratos y lípidosSus propiedades las hacen adecuadas para el desarrollo de recubrimientosSustitutos de polímeros de síntesis
Ejemplo: empleo de proteína extraída del suero de leche para la producción de un film transparente para congelación
Ejemplo 2: empleo de envases bioactivos
8
CARBOHIDRATOScaracterísticas75% DE LA BIOMASA PRODUCIDA
SÓLO EL 6% SE UTILIZA
ACCESIBLES
BARATOS
MOLÉCULAS FUNCIONALIZADAS
BALANCE CO2 =0
BIODEGRADABILIDAD
Polisacáridos
Oligosacáridos
Disacáridos
monosacáridos
Carbohidratos:
Ventajas
CARBOHIDRATOS
Panorámica de la versatilidad de la biomasa como fuente de materias primas
9
O CHOHOH2C
HO
HOOH
HO OH
OH
OH
CH2OH
HC
CH
HC
HC
CH2OH
O
OH
HO
OH
OH
CH2OH
OH
OH
OH
OH
O
CH2OAc
OAc
OAc
OAc
OAc
COOH
HC
CH
HC
HC
CH2OH
OH
HO
OH
OH
CARBOHIDRATOS
Glucosa
Sorbitol:AdhesivosalimentaciónTextilesPapeltensioactivos
polioles
Hidroxifurfural:Polímeros y resinas
Agente blanqueante en detergentes
Acido glucónico:Agente secuestrante en limpieza de metales
CARBOHIDRATOS
ciclodextrinas
sacarosa
xilitol
edulcorante
Estructura cíclicaTécnicas de separaciónsecuestrante
Producción de bioetanolProducción de detergentes biodegradablesProducción de espumas rígidas
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CARBOHIDRATOS
Ácido poliláctico
Quitosán
Obtenido por fermentación de almidónPrincipal compuesto en la fabricación de bioplásticos
Obtenido de las cáscaras de crustáceosFácilmente tratable para la producción de film, cápsulas, …Utilizado en la liberación controlada de fármacos
CARBOHIDRATOS
antes Campoebro industrial
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GRASAS Y ACEITES
ACEITES VEGETALES O GRASAS
ÁCIDOS GRASOS
GLICERINA
Industria Oleoquímica :
Se basa en la obtención de productos químicos a partir de aceites y grasas
Desplazada por la petroquímica en el siglo XXPredomina en ciertos mercados debido a las características de sus
productos.Aplicaciones en pinturas, lubricantes, detergentes, …
100 %World
81 %Food
5 %Animal Feed
14 %Chemicals
124.6
100.9
6.28.4
9.0
SoapOleochemicals
100 %World
81 %Food
5 %Animal Feed
14 %Chemicals
124.6
100.9
6.28.4
9.0
SoapOleochemicals
Consumo de aceites y grasas,2003
(en mill. tm)
100 %World
78 %Food
5 %Animal Feed
13 %Chemicals
140
109,2
7,09,4
8,5
SoapOleochemicals
6,0
4 %Biodiesel
100 %World
78 %Food
5 %Animal Feed
13 %Chemicals
140
109,2
7,09,4
8,5
SoapOleochemicals
6,0
4 %Biodiesel
Consumo de aceites y grasas,2006
(en mill. tm)
EVOLUCIÓN DEL
CONSUMO DE ACEITES Y GRASAS EN LOS
ÚLTIMOS 3 AÑOS
GRASAS Y ACEITES
12
GRASAS Y ACEITESla glicerina
ACEITES VEGETALES O GRASAS
ÁCIDOS GRASOS
GLICERINA
ACEITES VEGETALES O GRASAS
ÁCIDOS GRASOS
GLICERINA
1234567
CosméticaAlimentaciónFarmaciaTabacoPoliuretanosDetergentesOtros
Usos actuales de la glicerina
Subproducto interesante de la industria oleoquímica
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04 06
GRASAS Y ACEITESla glicerina
Tendencia del precio de la glicerina de 1976 – 2006 (EUR/t) (Europe)
Por cada 9 kg de biodiesel se produce 1 kg de glicerina
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I. Nuevos derivados a partir de glicerina
GRASAS Y ACEITESla glicerina
II. Alimentación animal
III. Valorización energética
ÁREAS DE APLICACIÓN DE LA GLICERINA
GRASAS Y ACEITESla glicerina
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• Carbonatos de glicerol• Acetales
O
OH
O
O
O
O
O
O
OH
O
R
O H
O H
GRASAS Y ACEITESla glicerina
Usos de los Nuevos derivados de glicerina
O
ClH2C
• GTBE
• 1,3-Propandiol• Epiclorhidrina
DISOLVENTES
ADITIVOS PARA COMBUSTIBLES
PRECURSORES DE POLÍMEROS
Y.Zheng, X. Chen, Y. Sen, Chem. Rev. Xxx,000, 2008
GRASAS Y ACEITESla glicerina
Para alimentación animal
Sustitutivo del propilenglicol (combate la quetosis)Precursor de amino ácidosSustitutivo de melazas como edulcorantes, espesante y carga
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Sistema AVESistema AVE--33
Generación de Vapor
RecuperaciónTérmica
Consumo Propio de Vapor Alta
TanqueGlicerina
Adecuación y
Ajuste
Residuo sólidoy
Efluente acuoso
process eng i neer i ng
III. Valorización energética
Bajo poder calóricoviscosoCombustión incompleta¿biocombustible o residuo?
GRASAS Y ACEITESla glicerina
GRASAS Y ACEITESácidos grasos
ACEITES VEGETALES O GRASAS
ÁCIDOS GRASOS
GLICERINA
ACEITES VEGETALES O GRASAS
ÁCIDOS GRASOS
GLICERINA
Usos tradicionales:jabones
ÁCIDOS GRASOS
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GRASAS Y ACEITESácidos grasos
Usos:Polímeros, Detergentes, Lubricantes, Disolventes, adhesivos
Como materia prima renovable
BIODIESEL
suavizantes
polímeros
MATERIAS PRIMAS RENOVABLESRESUMEN
La naturaleza puede proporcionarnos materias primas para la industria química
En la actualidad se están desarrollando nuevos usos distintos de los tradicionales
Es necesario un desarrollo tecnológico adecuado para que el concepto de biorrefinería sea una realidad en un futuro no muy lejano
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