El polietileno es un polmero simple cuya estructura qumica es la cadena repetitiva (CH2-CH2)n. Es un plstico barato e inerte, cuyas propiedades qumicas son las de un alcano de alto peso molecular.

Existen dos tipos de polietileno en el mercado:polietileno de alta densidadypolietileno de baja densidad. Se diferencian en que el primero tiene estructura lineal, con lo cual es ms rgido y denso, y el segundo tiene estructura ramificada. Esto marca cierta diferencia en las aplicaciones:

Tambin se suele encontrar un trmino intermedio que es elpolietileno de baja densidad lineal, que siendo lineal posee ramificaciones cortas.

El presente trabajo se basar en el proceso para fabricar polietileno de alta densidad a partir del etanol (producto de la caa de azcar). El hecho de que la materia prima del proceso sea etanol, y no gas natural tal como se puede observar en el rbol petroqumico, da el nombre a este producto depolietileno verde. Esto se debe a que la materia prima es renovable, lo que le da tambin esa caracterstica al producto, sin esta virtud tener relacin alguna con la biodegradabilidad del mismo.

El proceso de fabricacin del polietileno verde es reciente y novedoso, a tal punto que una empresa brasilera denominada Braskem mont la primera planta de este producto en San Pablo e inici su funcionamiento el 24 de Septiembre del 2010. La inversin total fue de unos 250 millones de dlares y la capacidad de produccin es de unas 200.000 toneladas al ao de etileno en la nueva planta, que luego se procesaran en otra unidad para llegar a la misma capacidad para el producto final.

Propiedades del Polietileno

A continuacin, para profundizar el anlisis de las caractersticas del producto en cuestin, se puede observar una tabla de propiedades fsicas generales del polietileno slido:

Se debe tener en cuenta que el peso molecular es un factor importante para establecer estos nmeros. Muchas de estas propiedades se pueden modificar si se modifica el mismo (resistencia a la traccin, resistencia al choque, alargamiento en ruptura). Lo mismo sucede si el material tiene historial trmico.Sin embargo, esta tabla sirve como base numrica informativa. Se puede observar que el polietileno es un material traslucido, de peso ligero, resistente, poco conductivo y flexible.

En cuanto a lo que es la solubilidad del polietileno, se podra decir que es prcticamente insoluble en los disolventes con excepcin de las muestras de peso molecular bajo a menos de 60C. A altas temperaturas, en cambio, es soluble en lquidos halogenados pero sigue sin serlo en molculas polares como alcoholes.

La permeabilidad de este material aumenta con la temperatura, pero en trminos generales es poco permeable al vapor de agua, y ms permeable a vapores orgnicos y al oxgeno.

Una caracterstica que hace interesante al uso de este material es que es reciclable, al igual que otros termoplsticos:

Un problema importante que se puede presentar en este polmero fundido es laoxidacin, que se da de dos formas:

Oxidacin trmica: por estar expuesto a altas temperaturas.

Oxidacin fotocatalizada: por estar expuesto a la luz solar.

Los efectos y los medios de proteccin se exhiben en la siguiente tabla, siendo el caso de la oxidacin fotocatalizada ms peligrosa y difcil de proteger que la primera:

Origen del Polietileno

Las razones por las cuales surge la idea de utilizar a la caa de azcar como materia prima son las siguientes:

Alta productividad del cultivo: la caa de azcar es el cultivo con mayor productividad para la elaboracin del etanol, lo que se ve en el siguiente grfico:

El mismo representa cuantas unidades de energa equivalente se forman a partir de una unidad de combustible fsil, siendo 1.4 para los cereales, 2 para la remolacha y 9,3 para la caa de azcar.

La gran superficie cultivable en Brasil: este pas de clima tropical tiene un 22 % de parte cultivable de caa de azcar del mundo, debido a la gran intensidad de precipitaciones que se presenta en estas zonas. De este porcentaje, esta cultivado el 85 %, y se utilizara solo el 5% para el etanol del polietileno verde, lo que representa que hay flexibilidad frente a la posibilidad de un aumento brusco de la demanda.

No provoca deficiencia alimentaria: se suele decir que, en pases con grandes problemas sociales de pobreza como Brasil o Argentina, utilizar a materias primas alimenticias para producir energa es poco tico como proyecto. Sin embargo, una consecuencia evidente de las dos ventajas anteriores es que este cultivo no provoca perjuicios en ese sentido, a diferencia del resto.

Contribuye a la mejora del medio ambiente: el proceso de fabricacin del polietileno verde captura 2-2,5 kg de CO2 por tonelada de producto (debido al balance entre la fotosntesis de la planta y las prdidas del proceso), mientras que de la forma tradicional esta cantidad de CO2se emite provocando efectos negativos al medio ambiente como efecto invernadero y calentamiento global.

Proceso de obtencin del Polietileno

Hemos visto dos procesos de obtencin del producto en cuestin:

Tradicional ( a partir del gas natural)

Sustentable ( a partir de la caa de azcar)

Tradicional:

Para obtener polietileno a partir del gas natural, la primera operacin es la separacin de las distintas molculas, seguidas por un cracking de las distintas molculas de etano. Dicho proceso puede ser trmico (por ser sometido a alta temperatura y presin) o cataltico (por aplicacin de calor y catalizadores)

De esta forma, se obtienen las distintas olefinas: etileno, propileno, butileno, butadieno y gas de pirlisis.

El polietileno se obtiene finalmente en sus tres formas comerciales por la polimerizacin del etileno. Este proceso final es similar al del polietileno sustentable y ser ampliado en esa seccin.

ustentable:

La elaboracin del polietileno en forma sustentable tiene los siguientes pasos:

Extraccin de sacarosa de la caa de azcar.

Obtencin de etanol a partir del jugo.

Deshidratacin de etanol para formar etileno.

Polimerizacin del etileno.

Conformado de productos finales

Cada uno de estos ser explicado a continuacin con mayor detalle, centrndonos en los procesos ms industrializados.

1. Extraccin de sacarosa de la caa de azcar:

El proceso se inicia en el campo con las siguientes etapas:

Cosecha:cortado y recoleccin de la caa de azcar. Una vez cortada, se transporta rpidamente a la fbrica en tractores procurando el menor tiempo de permanencia.

Almacenaje en patios:La caa que llega del campo se muestrea para determinar las caractersticas de calidad y el contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezas. Luego se pesa en bsculas y se conduce a los patios donde se almacena temporalmente o se dispone directamente en las mesas de lavado de caa para dirigirla a una banda conductora que alimenta las picadoras.

Trituracin: La caa es picada en mquinas especialmente diseadas para obtener pequeos trozos. Las picadoras son unos ejes colocados sobre los conductores accionados por turbinas, provistos de cuchillas giradoras que cortan los tallos y los convierten en astillas, dndoles un tamao ms uniforme para facilitar as la extraccin del jugo en los molinos.

Molienda:La caa preparada por las picadoras llega a un tndem de molinos, constituido cada uno de ellos por tres o cuatro mazas metlicas y mediante presin extrae el jugo de la caa. Cada molino est equipado con una turbina de alta presin. En el recorrido de la caa por el molino se agrega agua, generalmente caliente, para extraer al mximo la cantidad de sacarosa que contiene el material fibroso. ste proceso de de extraccin es llamado maceracin.

2. Obtencin del etanol a partir del jugo:

Para obtener etanol a partir del jugo, se aplican dos pasos de gran importancia:

Hidrlisis de la sacarosa y fermentacin:en esta etapa, el jugo es arrojado en cubas de fermentacin, donde inicialmente se hace la hidrlisis de la sacarosa con cidos diluidos (HCl) para formar azcares reductores (ms reactivos):

C12H2O11+H20C6H1O6+C6H12O6

SacarosaGlucosaFructosa

En las cubas de fermentacin, se agrega tambin una sustancia denominada levadura, que acta como catalizador para acelerar el proceso de fermentacin. La aceleracin de la reaccin de fermentacin hace que se libere una gran cantidad de dixido de carbono:

C6H12O6+C6H12O62 C2H5OH+2 CO2

GlucosaFructosaEtanol

Destilacin:este es el ltimo paso para purificar el etanol. Se utilizan torres de destilacin aprovechando que el etanol tiene punto de ebullicin menor al agua (78 C contra 100 C). La destilacin hace que la pureza del producto crezca de un 60 % a un 95 %.

3. Deshidratacin de etanol para formar etileno:

Un proceso de lecho fluidizado a 300 C se utiliza para esta parte del proceso. Se obtienen numerosos subproductos como ser teres, aldehdos, acetonas e hidrocarburos superiores (polimerizados del etileno). El dietil ter ingresa nuevamente al reactor para formar etanol.

La reaccin es endotrmica y absorbe el calor del aire y del catalizador, el cual es necesario regenerar peridicamente para remover restos de carbono y otros compuestos. El catalizador por excelencia para este proceso es la almina, pero existen otros como zeolitas, zeolitas modificadas con metales y agentes supercidos que se utilizan en diferentes condiciones de reaccin.

a reaccin qumica que ocurre en el Reactor II es la de formacin de una molcula de agua y de etileno a partir del etanol:

C2H5OHH2O+2 C2H4

EtanolEtileno

Vemos tambin que la reaccin cataltica formar etileno en un gran porcentaje, debido a existir regeneracin.

4. Polimerizacin del etileno:

El proceso de polimerizacin del etileno se inicia con una purificacin del etileno para obtener un producto de mayor calidad. Se limpiaran tanto las impurezas inorgnicas (compuestos de azufre, xido carbnico, anhdrido carbnico) como las orgnicas (etano, hidrgeno). Para esta parte se usan lavadores que actan a modo de columnas, aprovechando el bajo punto de ebullicin de ciertas impurezas para que salgan por arriba. Los componentes de alto punto de ebullicin salen por la parte inferior de la columna.

Una vez limpio existen tres procesos posibles para polimerizar el etileno:

Gas phase (en fase gaseosa):alimentando etileno gaseoso junto con oxgeno y un catalizador de titanio a un reactor de lecho fluidizado, se obtendrn el producto y el gas, que luego ser separado del polmero.Este es un proceso de baja temperatura, alta presin y que puede utilizar varios catalizadores: Cromo, Zeigler-Natta, Metalocenos.

Las inversiones giran en torno a R $ 500 millones.Braskem anunci la aprobacin por el Consejo de Administracin del Proyecto de PE Verde.Con una inversin aprobada de $ 500 millones, este proyecto tiene como objetivo producir 200 mil toneladas / ao de etileno y polietileno a partir del etanol de caa de azcar, con el inicio del funcionamiento previsto para 2011 en el Triunfo, Rio Grande SurBraskem ya ha concluido el diseo conceptual y bsica.A principios de 2009, se inicia la fase de detalles y comenzar la construccin.La compaa ya ha hecho reservas en firme el diseo de equipos crticos, como la carga de gas del compresor y compresor tren fra.Son equipos de alta tecnologa que deben pedirse con antelacin para garantizar el cumplimiento del horario.Para la financiacin de la que ser la primera operacin a escala comercial en el mundo para producir polietileno a partir de materia prima renovable al 100%, los planes de Braskem a utilizar el 30% de fondos propios y buscar financiacin para el 70% restante.Con una demanda identificada en mercado internacional de aproximadamente 600 mil toneladas / ao, tres veces la capacidad de esta unidad pionera polietileno verde tiene el potencial de una prima de aproximadamente 30% sobre el precio del polietileno a partir de renovables.Por lo tanto, este proyecto podra ser la primera de otra escala ms grande que se analiza, y tiene retorno estimada en $ 200 millones en valor presente neto."La aprobacin de este proyecto por el Consejo demuestra la confianza de Braskem en el potencial de creacin de valor del proyecto y el inters de la administracin de la disciplina financiera, invirtiendo selectivamente en proyectos de alta rentabilidad ", afirma Bernardo Gradin, presidente de Braskem."Un proyecto como este ofrece excelentes oportunidades para el desarrollo de productos plsticos elaborados a partir de materias primas renovables, un campo en el cual Brasil tiene ventajas competitivas naturales y de la demanda potencial."Braskem La pionera en el desarrollo de plsticos Verde es el resultado de la prioridad que se da a la zona de la innovacin y la tecnologa.Con ms de 200 solicitudes de patentes presentadas, cuatro en polmeros verdes, la compaa ofrece a sus clientes un equipo de ms de 170 especialistas y R $ 330 millones en activos dedicados a la investigacin y el desarrollo.