LINEAS DE INVESTIGACION Y ACTUACION

La química sostenible no puede considerarse como una nueva especialidad dentro de la química, sino como un conjunto de principios para abordar el desarrollo sostenible previniendo la contaminación desde el origen. En este sentido, es una materia multidisciplinar que implica a las distintas especialidades de la química, bioquímica, ingeniería química, toxicología y legislación.
Por otra parte, aborda todo el proceso de elaboración de un producto químico, desde las materias primas, diseño e investigación, producción, consumo y reciclado o eliminación

Proceso de elaboración de un producto químico.


La escasez de materias primas, combustibles fósiles que son actualmente la base de la química, plantea un reto de futuro. Aunque la cantidad de reservas y su duración es objeto de amplias discusiones, es reconocido el aumento de los precios que seguirá en el futuro. Esto nos lleva al empleo de materias primas renovables y, por tanto, al diseño de tecnologías para su aprovechamiento, es decir, el diseño de procesos para la extracción de los productos de las materias primas y para su transformación en productos de utilidad industrial.

La química sostenible es el diseño de productos químicos y procesos que reducen o eliminan el uso y generación de sustancias nocivas


Es necesario tener en cuenta también el impacto que puede tener el desarrollo masivo de una determinada materia prima renovable en el conjunto de la sociedad, como, por ejemplo, el desarrollo masivo de los biocombustibles, que puede producir problemas de deforestación en algunos países o de aumento del precio de productos agrarios en otros.

En relación a las líneas de investigación, el informe de SusChem sobre «Diseño de procesos y reacciones» marca siete líneas prioritarias (SusChem, 2005).

• Nuevos conceptos sintéticos:

Con el objetivo de reducir el número de etapas, mayor eficacia energética, menor consumo de materias primas, utilización de materias primas renovables y evitando la formación de subproductos y residuos.

• Transformaciones catalíticas:

Los procesos químicos deben realizarse con un costo bajo y de una manera ecoeficiente. La catálisis produce contribuciones clave en la producción limpia de combustibles, el uso racional de materias primas, energías sostenibles (pilas de combustible, uso de energía solar) y protección medioambiental (purificación de aire y agua, reutilización de residuos, reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y recuperación de agua y suelo).

• Procesos biotecnológicos:

Por ejemplo, la combinación de métodos de ingeniería genética y técnicas analíticas de alta eficacia para acelerar la biocatálisis y el desarrollo de nuevos procesos más económicos y que permitan complementar o reemplazar los existentes o incluso producir nuevos productos.

• Intensificación de procesos:

Con el objetivo de reducir el número de etapas de un proceso así como utilizar nuevas rutas más eco-eficientes que permitan una mayor producción con equipos más baratos, menor consumo de energía, pequeñas cantidades (o incluso eliminación) de disolventes, menores riesgos, menor impacto medioambiental y mayor selectividad con conversiones de reactivos similares o mayores.

• Técnicas in-silico:

El rápido desarrollo de la computación, la tecnología de detección y el control de procesos debe llevar al desarrollo de nuevos materiales catalíticos y/o multifuncionales, con mejor eficacia operacional en procesos industriales, y debe permitir el desarrollo de procesos flexibles adecuados a la producción de un amplio rango de productos en una única unidad.

• Purificación y formulación:

Procesos producidos en plantas con emisiones cero que produzcan productos más puros. Esto aliviaría el impacto de la industria química y los productos en el medio ambiente y la salud. Las tecnologías innovadoras deben permitir la purificación de cantidades sustanciales de productos de manera barata, reduciendo por tanto el consumo de energía y materiales al menos un 25%, y la producción de residuos al menos un 20% menor que las actuales tecnologías.

• Control de planta:

Con el objetivo de llegar al paradigma de producción y negocio. Orientación hacia una producción basada en el conocimiento y, consecuentemente, aumentando de forma considerable la eficacia y flexibilidad de la industria química europea. El control avanzado de planta, la monitorización de la ejecución y la manipulación de la cadena de suministro deben llevar a unas plantas de producción flexibles y seguras con una respuesta óptima a las demandas del mercado.
Sería muy largo enumerar todas las acciones de investigación en que se desarrollan estas líneas prioritarias y, por otra parte, quedaría fuera del objetivo de este artículo. Sin embargo, sí quería destacar algunas de ellas (Anastas, 2002).

• Polímeros:

Los polímeros han sido los materiales que más han transformado nuestras vidas en el siglo XX y seguirán siendo muy importantes en el siglo XXI. Su producción y eliminación presenta riesgos medioambientales que deben ser considerados y remediados. La investigación en materias primas renovables y en biotransformaciones, diseño estructural y diseño para la biodegradabilidad son áreas muy prometedoras. Por ejemplo, se han empleado como materias primas, dióxido de carbono, soja, maíz, glucosa, etc…

• Disolventes:

El diseño de disolventes medioambientalmente benignos y sistemas sin disolvente son áreas de gran interés cuya investigación se está desarrollando notablemente en los últimos años. Los disolventes orgánicos se utilizan en grandes cantidades en la síntesis, separación y purificación de productos químicos. La gran mayoría de ellos se consideran compuestos orgánicos volátiles (VOCs) o polucionantes peligrosos (HAPs), y son inflamables, tóxicos o carcinogénicos.

El uso de fluidos supercríticos como el dióxido de carbono ha tenido gran éxito en la investigación y la industria. El dióxido de carbono presenta numerosas ventajas, no es tóxico, no es inflamable y es barato, y puede separarse del producto por despresurización. Su temperatura y presión crítica es muy accesible (Tc = 31.1ºC, Pc = 74 bar).

El agua es el disolvente benigno por naturaleza. Actualmente, un gran número de reacciones orgánicas llevadas a cabo en disolventes orgánicos pueden realizarse en agua. El agua se ha utilizado a unas temperaturas inferiores a 100ºC para aprovechar su efecto hidrofóbico, mientras que se ha empleado a temperaturas cercanas a su punto crítico (Tc = 374ºC) como disolvente pseudoorgánico y con fines degradativos.
A 300ºC, la constante dieléctrica del agua (ε’ = 20) es similar a la que presenta la acetona a temperatura ambiente, por lo que se convierte en un disolvente pseudoorgánico. Por otra parte, el valor del producto iónico del agua pasa de 10-14 a 20ºC a 10-10 a 300ºC, por lo que se convierte en un ácido y base fuerte y puede utilizarse como tal, evitando el empleo de ácidos y bases minerales altamente contaminantes.
Los líquidos iónicos representan un área de investigación muy atractiva. Son disolventes muy polares que pueden dar lugar a reacciones nuevas no conocidas previamente. Pueden diseñarse específicamente para variar sus propiedades o como disolventes funcionales que participen en la reacción. Su característica medioambiental principal es que tienen una presión de vapor despreciable, es decir, no son volátiles. El principal inconveniente es que su toxicidad no es conocida y debe ser tenida en cuenta.
Los disolventes fluorados son sistemas particularmente atractivos. A temperatura elevada son miscibles con disolventes orgánicos, pero a temperatura ambiente son inmiscibles con agua y disolventes orgánicos. De esta manera, pueden realizarse reacciones bi- o trifásicas donde el producto permanezca en una fase y el catalizador en otra. Así se elimina la necesidad de separaciones (cromatográficas, destilaciones, …) que son costosas, tanto por el empleo de disolventes como por el consumo energético.

• Catálisis

La catálisis se considera el «pilar fundacional » de la química sostenible. Las reacciones catalíticas reducen el consumo de energía, disminuyen las necesidades de separación como consecuencia del aumento en los rendimientos y la selectividad. Por otra parte, reducen las cantidades de reactivos y permiten el uso de materias primas renovables. Finalmente, la catálisis permite el uso de reactivos menos tóxicos, por ejemplo, la posibilidad de utilizar peróxido de hidrógeno como agente oxidante en lugar de oxidantes minerales altamente tóxicos.