Sustancias químicas obtenidas de extractos de residuos agroindustriales para dar valor agregado a procesos tecnológicos

 Las plantas y sus componentes como raíces, tallos, hojas, flores y frutos definitivamente son "una obra arquitectónica"  de moléculas químicas. Por lo tanto miles de compuestos químico naturales podrían encontrarse dentro de sus partes y en diferentes concentraciones. Figura 1 muestra las partes principales de las plantas.

Figura 1. Partes principales de las plantas.

Las hojas, pétalos de flores y otros partes externas contiene sustancias químicas que son llamadas; metábolitos secundarios, que están relacionados con el sistema de defensa natural de las plantas. Los metabolitos secundarios de las plantas se pueden dividir en tres grupos químicamente distintos: terpenos, fenólicos y sus derivados y compuestos que contienen nitrógeno o alcaloides.

Hay tantas sustancias químicas interesantes en su estructura química, que nos pueden interesar sus propiedades  como la reactividad química o como precursores en síntesis especializadas para nuevos materiales con nuevas propiedades para beneficio para la humanidad . Una molécula interesante es ácido gálico (Fig. 2)

Figura 2. Estructura del ácido gálicos, un metabolito secundario de plantas que se encuentran en hojas y pétalos de flores.

La molécula de ácido gálico es un metábolito secundarioque  pertenece al grupo de compuestos fenólicos, donde se tiene uno o varios grupos funcional hidroxilo en un anillo aromático.Los compuestos fenólicos son como las armas que las plantas usan para defenderse de sus enemigos. Los compuestos fenólicos son como las armas que las plantas usan para defenderse de sus enemigos (Fig 3)

Figura 3. Planta defendiendose de insectos y hongos

Actualmente se tienen residuos agroindustriales sin darles valor agregados, como cáscaras de naranja o piña de empresas jugueras o pétalos de flores marchitos (Fig 4)

Figura 4. Los residuos agroindustriales se les puede todavía darles valor agregado

El proceso de extracción con solventes verdes, como agua, etanol y otros pueden ser benificioso para extraer, separar y luego purificar los compuesto químicos como los metábolitos secundarios en aceites concentrados (Fig 5)

Figura 5. Procesos de extracción de aceites esenciales

Se abre toda una ingeniería de biorefinería con los compuestos químicos que nos regala la naturaleza, después de usar la materia agroindustrial. ¿Tú que piensas?

El primer ser humano que cruzó el mar y se aventuró

Los homínidos fueron desarrollando un gran sentido de la supervivencia y por lo tanto del miedo.

Conforme iba evolucionando nuestros antecesores, hubo varios que fueron valientes y murieron, y esa valentía inspiraba a varios de sus contemporáneos o tal vez en su información genética se iba transmitiendo esa valentía. Pero uno de ellos cruzó el mar, sobrevivió y conoció a otros homínidos y se cruzo con sus hembras.

Fig 1. Lucy el hominido que murio cuando se cayó de un arbol.

Fig. 2 El hominido que cruzó el mar y conoció a otros

Debemos ser valientes y cruzar el mar; tal vez nos vaya mal o tal vez encontremos algo nuevo que salve o mejore a nuestra especie.
Hubo grandes seres humanos que se han atrevido; Cristobal Colón, los piratas de la reyen Elizabeth I de Inglaterra y demás marineros. Hayan sido buenos o malos han sido valientes.

Fig. 3 El pirate Francis Drake fue nombrado Sir por Elizabeth I de Inglaterra.

Los científicos debemos cruzar el mar y avanzar

¿Tu que piensas?

Planta química-furanos: Multiproductos

Hemos visto que de la fructosa se puede producir 5-hidroximetilfurano

Figura 1 Molécula de fructosa (forma piranosa)

Figura 2 Molécula de 5-HMF

Como se puede observa en ambas moléculas se tiene un anillo furánico

Figura 3 Anillo furanico (furano)

Ahora bien el 5-HMF puede dar muchos productos, como se indica en la Figura 4

Figura 4. DIferentes productos  que se pueden formar a partir del 5-HMF

Muy particularmente el productos 2.5-acido furan carboxilico (Figura 5) es un buen sustituto para el la materia prima que forma el PET y este las botellas de refrescos y agua.

Figura 5 2,5-acido furan carboxilico

Por lo tanto se pueden formar BIO BOTELLAS (Figura 6) ya que la fructosa proviene de residuos agroindustriales.

Figura 6 Biotellas

¿Qué piensas, podemos tener botellas de residuos agroindustriales?

Biorefinerias: el nuevo desarrollo para los químicos

Se extraer el petróleo de los pozos, se envía a una refinería y se separan los diferentes componentes de diferentes largos de cadenas de carbono, luego estas fracciones van a diferentes procesos químicos para transformarse en nuevas moléculas y/o productos (Petroquímica). Figura 1 representa estos tres grandes partes del proceso.

Figura 1. Actualmente es: La extracción del petróleo, luego se va a una refinería y los productos van a diferentes procesos químicos (petroquímica) para obtener diferentes productos finales.

Pero ahora estamos desarrollando la química de la biomasa (residuos agroindustriales). La Figura 2 representa los procesos en general para transformar la biomasa.

Figura 2.- Con los residuos agroindustriales (biomasa) se pueden transformar por diferentes vías (térmica, química o bioquímica) en productos químicos, biocombustibles y materiales.

Por lo tanto desarrollaremos las nuevas llantas para los automóviles, nuevo polímeros para los refrigeradores, nuevos polímeros para autopartes, todo provenientes de biomasa. La Figura 3 presenta como podremos llegar a las llantas de biomasa.

Figura 3. De residuos agroindustriales (biomasa) podemos llegar a las llantas de los automóviles.

Estamos viviendo la revolución química de la biomasa.
¿Tu que opinas?

Alta seguridad = A tecnología condensada = Economía y eficiencia=Más espacios verdes

Las plantas químicas por seguridad necesitan estar lejos de los centros urbanos. La figura 1 esquematiza una planta química en el desierto.

Figura 1. Planta química en el desierto y a la lejanía el centro urbano

Pero actualmente las plantas químicas han sido rodeadas por complejos de vivienda de personas. La figura 2 da un caso clásico.

Figura 2. Las plantas químicas fueron alcanzadas por las viviendas.

Existen ventajas de vivir cerca del centro de trabajo, aunque este sea una planta química. Los tiempos de desplazamientos son cortos ya sea para la rutina de ir e venir o en visitas inesperadas.
Pero actualmente existen muchos dispositivos de seguridad para las plantas químicas. La figura 3 muestra algunas válvulas de seguridad.

Figura 3 a. Válvula de seguridad con manómetros en tubería

Figura 3 b.- Esquema de válvula de seguridad

Figura 3 c. Válvula de seguridad para tubería de pvc.

Así que la "condensación" de plantas químicas es posible porque se reducen las distancias de seguridad por derrames o explosiones. La Figura 4 muestra plantas químicas condensadas.

Figura 4 a. En las plantas químicas se aprovechan los espacios verticales para condensarlas

Figura 4 a. Actualmente se pueden construir plantas químicas por modulos y se transporta por partes de la fabrica al lugar del cliente.

 Entonces la alta seguridad y la condensación de las planta químicas nos dejan más espacios verdes para los que viven cerca de la planta. (Figura 5).

Figura 5.- Canchas para practicar deportes y pasto verde junto una planta química

¿Tú que piensas? ¿Llegaremos a tener plantas químicas demasiado condensadas y muy seguras y podemos vivir plenamente cerca de ellas?

Capturar el CO2 de los escapes de los automoviles

Aún seguiremos usando combustibles de origen fosil, por unos 30 años más, al menos. Las grandes compañías petroleras dependen sus ganancias en gasolina y diesel, pero.... ya varias tienen sus proyectos listos de energías alternas. Entonces aún estaremos produciendo el CO2 por unos 30 o 40 años más, gas que favorece el efecto invernadero. Las Figuras 1a y 1b representa nuestra realidad y nuestro retro.

Figura 1 a. La emisión de CO2 viene principalmente de las fuentes móviles.

Figura 1 b. Sabemos que el efecto invernadero afecta el clima global.

Ya  se  han reportado desde el 2001 adsorbentes de alta capacidad de adsorción para dióxido de carbono a alta temperatura introduciendo MgO y S-CaO-MgO sobre adsorbentes a base de carbono [Yong, Z., Mata, V. G., & Rodrigues, A. E. (2001). Adsorption, 7(1), 41–50]

La capacidad de captura de CO2 por diferentes materiales depende también de la temperatura, como lo muestra el trabajo de Xiong et al. reportado en el 2003. La Figura 2  da un buen esquema de la ciencia y tecnología que aún se sigue desarrollando en materiales que captura y adsorben el CO2.

Figura 2. Esquema que se extrajo del trabajo de Xiong et al , Chem. Eng. Scie., 58 (2003) 4377.  Aún se siguen desarrollando materiales con capacidad de adsorber el CO2

Estamos a una nada de utilizar estos materiales en los escapes de nuestros automóviles, y así disminuiremos el efecto invernadero. La Figura 3 presenta un escape con un dispositivo al final del ducto.

Figura 3. Los escapes pronto capturarán en cierto porcentaje el CO2.

La ciencia y tecnología son importantes para la supervivencia de nuestro planeta. 
¿Tú que piensas?

Refinación del glicerol proveniente del proceso de biodiesel

La refinación es separar los componentes pesados de los medianos y ligeros del petróleo crudo o en esta caso de bioaceites obtenidos de procesos como obtención de biodiesel
Componentes pesados son sustancias químicas de multiples átomos y por lo tanto las moléculas son muy largas, pesadas y viscosas o algunas veces sólidas a condiciones estándares (25 C y 1 atm)
Figura 1 presenta un esquema fácil de entender una columna de destilación usada para la refinación.

Figura 1.- Esquema de columna de refinación de petróleo y la diferencia de temperaturas de ebullición de los componentes es lo que principal se usa para la separación.

Ahora la mezcla de producto en la reacción de acido grasos con un alcohol para dar biodiesel y el subproducto glicerol es un reto actual de instalaciones (de columnas de refinación)  disponibles para el tratamiento efectivo de separación de los esteres monoalquílicos (biodiesel) y el glicerol.

La Figura 2 muestra un ejemplo de una instalación casera de biodiesel.

Figura 2.-  Instalación casera de producción de biodiesel

Las producciones pequeñas de biodiesel (200 a 1000 litros producidos al día) tienen como materia prima los residuos grasos de negocios como restaurantes, comedores industriales y/o escolares y otros. 

Figura 3.- Las residuos de grasa saturadas de los restaurants son la materia prima para producir biodiesel

Se necesita una cadena de servicio de refinación (columnas de destilación) para tener una separación efectiva de biodiesel y glicerol que es un producto muy útil en muchos otros procesos químicos. Las Figuras 4 y 5 muestran ejemplos de pequeñas instalaciones de destilación.

Figura 4. Destilador en casa

Figura 5. Esquema de un destilador sencillo.

¿Qué piensas le entramos al negocio de refinación para producción de glicerol? Es la ramificación de la nueva industria en crecimiento de biodiesel.