Se ha desarrollado un proceso nuevo y respetuoso con el medio ambiente para producir óxido de propileno (PO), un ingrediente crucial en artículos cotidianos como sofás, colchones y botellas de agua. Lo que distingue a esta innovación es su capacidad de funcionar sin fuentes de energía externas como electricidad o luz solar.
El problema de la producción tradicional de PO
El óxido de propileno se produce mediante la oxidación del propileno. Históricamente, este proceso se basaba en peróxido de hidrógeno (H₂O₂), que generalmente se obtiene del proceso de antraquinona. Este método es problemático porque depende en gran medida de los combustibles fósiles y genera importantes emisiones de dióxido de carbono (CO₂), lo que contribuye al cambio climático.
Un gran avance: generación interna de H₂O₂
Investigadores dirigidos por los profesores Ja Hun Kwak y Ji-Wook Jang de UNIST, junto con el profesor Sung June Cho de la Universidad Nacional de Chonnam, han creado un sistema autónomo capaz de producir PO utilizando peróxido de hidrógeno generado internamente. Así es como funciona:
- Creación autónoma de H₂O₂: El sistema genera H₂O₂ a través de una reacción electroquímica que involucra oxígeno y formaldehído. Esta reacción es impulsada por un potencial químico (la diferencia de energía entre los reactivos y los productos) que permite que el sistema funcione espontáneamente, sin energía externa.
- Síntesis de PO integrada: El H₂O₂ generado luego reacciona con el propileno dentro del sistema, sintetizando directamente óxido de propileno.
- Innovación en catalizadores: El equipo mejoró significativamente la estructura del catalizador, superando una limitación de los catalizadores de zeolita convencionales (TS-1) que se vuelven menos efectivos en ambientes alcalinos. Este avance aumenta la eficiencia de la oxidación del propileno y aumenta los rendimientos de PO.
Rendimiento y ventajas económicas
El nuevo sistema demuestra un rendimiento impresionante:
- Alto rendimiento: Durante 24 horas, el sistema produjo 1657 micromoles (μmol) de PO por centímetro cuadrado (cm²), aproximadamente ocho veces más que los métodos de producción ecológicos anteriores basados en H₂O₂.
- Coproducto de energía limpia: El proceso también puede producir simultáneamente hidrógeno (H₂), una fuente de energía limpia y valiosa.
- Costos reducidos: El análisis económico sugiere que este nuevo sistema puede reducir los costos de producción de PO en aproximadamente un 8%, lo que reduce el precio a alrededor de $2,168 por kilogramo, una ventaja competitiva sobre los métodos tradicionales.
Producción Descentralizada y Accesible
Más allá del ahorro de costos, el sistema ofrece importantes beneficios operativos:
- Diseño simplificado: Elimina la necesidad de complejos pasos de pretratamiento y equipos de alta presión y alta temperatura que consumen mucha energía.
- Generación in situ: La producción de H₂O₂ in situ minimiza los costos de transporte y almacenamiento y los desafíos logísticos.
- Escalabilidad y flexibilidad: El diseño modular permite una fácil instalación en varias ubicaciones, lo que facilita la producción personalizada a pequeña escala y promueve un cambio desde la fabricación centralizada hacia sistemas más distribuidos.
“Este proceso modular se puede instalar fácilmente en varios sitios, lo que permite una producción personalizada a pequeña escala y promueve un cambio de la fabricación centralizada a gran escala a sistemas descentralizados y distribuidos”, dice el profesor Jang.
“Este trabajo representa un importante paso adelante para superar las antiguas limitaciones de los catalizadores de zeolita, allanando el camino para una industria química mucho más sostenible y respetuosa con el medio ambiente”, añade el profesor Kwak.
Esta innovación representa un paso significativo hacia una industria química más sostenible, y potencialmente revolucionará la forma en que se producen los ingredientes plásticos esenciales al hacer que el proceso sea más eficiente, rentable y ambientalmente responsable. Destaca el potencial de aprovechar el potencial químico para impulsar procesos industriales sostenibles.
