PEF: El nuevo competidor del PET

Mientras preparaba la entrada sobre los diferentes procesos que se están desarrollando para obtener bio-PTA como precursor del bio-PET, encontré diferentes fuentes en las que se mencionaba una potencial alternativa para reemplazar este polímero. Se trata del furanoato de polietileno, más conocido como PEF (“PolyEthylene Furanoate”). En aquel momento, simplemente lo mencioné de manera muy somera pero captó mi atención y he decidido dedicarle un post completo.

Naturaleza y propiedades 1,2,3,4,5,6,7

El PEF es un derivado del furano análogo al PET en el que el anillo bencénico se sustituye por una anillo furánico. Si el monómero del PET es el ácido tereftálico (“terephtalic acid” o TA), el monómero del PEF es el ácido furano-2,5-dicarboxílico (“2,5-furandicarboxilic acid” o FDCA). El furano (también llamado furfurano u óxido de divinileno) es un compuesto orgánico heterocíclico aromático de cinco cárbonos con un átomo de oxígeno.

Figura 1. Estructuras moleculares del TA y del FDCA

El furano presenta una química muy rica. Sus derivados son piezas modulares verdes (“green building blocks”) para la generación de un rango amplio de materiales, químicos y combustibles. Los compuestos furánicos son conocidos como los “gigantes durmientes” por su gran potencial para la producción de bioplásticos y otras especialidades químicas sostenibles. De hecho, están en la lista de los doce piezas modulares verdes con mayor proyección del “Department of Energy” de USA. Tomándolos como base, se puede llegar a tejer un concepto complejo de biorrefinería. Este tema me parece tan interesante que he pensado dedicarle una entrada entera en el futuro.

Centrando de nuevo la atención en el PEF, sus propiedades le permitirían competir con el PET en sus aplicaciones más típicas. De acuerdo con lo expuesto en la bibliografía, presenta varias ventajas importantes:
  • Una mayor resistencia a la tracción y un módulo elástico más elevado. Este hecho permitiría una reducción del peso de los envases.
  • Propiedades barrera mejoradas: 6 veces mejor como barrera del O2, 3 veces mejor como barrera del CO2 y 2 veces mejor como barrera del H2O.
  • Temperatura de transición vítrea mayor (86ºC frente a 74ºC).
  • Punto de fusión más bajo (235ºC frente a 265ºC).
El proceso XYX de Avantium 1,5,6,7

El interés que está despertando el PEF se debe, en buena parte, a los avances logrados por la empresa holandesa Avantium que ha descubierto y patentado un innovador proceso químico catalítico que permite la producción de derivados furánicos a partir de un amplio rango de carbohidratos. El proceso XYX, pues así se denomina, convierte biomasa de varias fuentes en diferentes productos químicios sostenibles y biocombustibles. Está basado en dos pasos catalíticos:
  • Paso 1: La deshidratación catalítica de los carbohidratos en un alcohol, como el metanol, para dar lugar a un “Alkoxymethyl-Furfural” (RMF), como el “Methoxymethyl-Furfural” (MMF), y compuestos levulínicos, como el “Methyl Levulinate”.
  • Paso 2: La oxidación catalítica del RMF en ácido acético para generar FDCA.
Para obtener el bio-PEF, es necesario un tercer paso catalítico que consiste en la polimerización del FDCA y “Mono-Ethyilene-Glycol” (MEG).

Figura 2. Esquema del proceso de Avantium para obtener PEF que incluye la tecnología XYX. Extraído de la página web de la empresa.

Aplicaciones 1

Avantium destaca en su página web tres principales aplicaciones en las que el PEF puede reemplazar al PET:
  • Botellas para el envasado de bebidas y otros productos no alimentarios. Avantium ya ha firmado acuerdos con empresas como Coca-Cola Company, Danone y ALPLA, para desarrollar y comercializar botellas de PEF.
  • Fibras para usos muy diversos. Todos aquellos en los que se viene empleando el PET: ropa, alfombras, pañales y otros muchos productos de uso cotidiano e industrial. En este campo, Avantium está colaborando con Teijin Aramid.
  • Films. Con una excelente capacidad para evitar el paso de gases y para contener olores, el PEF puede ser utilizado para crear films para proteger productos alimentarios o integrado en estructuras multicapa para dar lugar a envases más flexibles.
Viabilidad y escalado industrial 1,5,6,7

El PEF no sólo presenta unas propiedades mejoradas respecto al PET sino que puede competir en precio. De acuerdo con lo que indica Jong en la referencia 6, el precio del FDCA sería similar al del TA a una escala de 350 kton/año. Ello es debido a la alta eficiencia de los procesos de conversión catalítica de la tecnología XYX y al bajo coste de las materias primas. Además, parece que es posible utilizar los recursos ya existentes para procesar y reciclar el PET.

Actualmente, Avantium ya tiene operativa una planta piloto de 40 ton/año en el Chemelot Campus (Geleen, Holanda) con el propósito de demostrar el proceso a una escala preindustrial y producir cantidades de muestra para el desarrollo de sus productos con tecnología XYX. En su camino hacia la entrada en el mercado, el siguiente paso sería una primera planta comercial de entre 30 y 50 ton/año de capacidad que se pondría en marcha en el 2015-2016. Finalmente, esperan montar una planta a escala industrial completa (300 – 500 ton/año) que pueda estar operativa para 2017-2018.

REFERENCIAS
2 S.K. Burgess, J.E. Leisen, B.E. Kraftschik, C.R. Mubarak, R.M. Kriegel, W.J. Koros: “Chain Mobility, Thermal, and Mechanical Properties of Poly(ethylene furanoate) Compared to Poly(ethylene terephthalate)”. Macromolecules, 2014, 47 (4), pp 1383–1391. Publication Date (Web): February 3, 2014.
3 “Bio-Based Chemicals: Value Added Products from Biorefineries”. IEA Bioenergy, Task 42 Biorefinery.
4 D. Ouden: “Waking up a sleeping giant: Furanic building blocks for materials and fuels”. Green Supply Chain 2010, York, November 5th, 2010.
6 E. Jong: “XYX_Green from within”. 2nd Biobased Performance Materials Conference, 21 June 2012, Wageningen, Netherlands.
7 J. Gotro: “Polyethylene Furanoate (PEF): 100% Bibased Polymer to Compete with PET”. Polymer Innovation Blog, 08/04/2013.

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