¡Verde que te quiero...polietileno!

Probablemente, desde la misma posición en la que te encuentras en este mismo instante, podrás alcanzar con la vista más de un objeto fabricado en plástico. Tomándose la licencia de la exageración para acentuar gráficamente la situación, se podría decir incluso que vivimos en un mundo de plástico (con los pros y los contras que dicha afirmación conlleva). Sea como fuere, no cabe duda de que por su utilización, versatilidad y apabullante grado de aceptación social, merece ser incluido dentro del capítulo histórico reservado a la innovación en el siglo XX.

No obstante, no es sobre historia que trata esta entrada, sino sobre una alternativa en la fabricación del que posiblemente es el tipo de plástico más común: el polietileno.

Recientemente oí hablar sobre el “polietileno verde”. Lo de verde, como es de esperar, no responde ni más ni menos que al tirón comercial que en los últimos años tiene todo aquello que se identifica como “respetuoso con el medio ambiente” o “sostenible”, así como a la mejoría en la percepción por parte del consumidor de las marcas y/o empresas que prodigan la bondad de sus productos. Pese a lo poco original del nombre, decidí informarme sobre el tema. Comparto lo aprendido a continuación.

En primer lugar, ¿qué es un polímero?, ¿qué es el polietileno?

 

Un polímero es una macromolécula, resultante de la unión de otras más pequeñas llamadas monómeros, que dan lugar habitualmente a largas cadenas de elevado peso molecular. Las reacciones de polimerización (unión de los monómeros), a grandes rasgos, pueden producirse por adición, cuando simplemente un monómero se une a otro, o por condensación, cuando dicha unión implica la liberación de una molécula de menor peso molecular (por ejemplo una molécula de agua). El tipo de mecanismo depende del polímero que se esté formando.

Existen infinidad de polímeros, de los que algunos se dan en la naturaleza, como por ejemplo el caucho, la seda o el almidón y otros son artificiales, como es el caso de los plásticos. Entre estos últimos se encuentra el polietileno, que por su composición, se trata del polímero más simple, compuesto de largas cadenas de grupos - CH₂ - , procedentes del etileno, CH₂ = CH₂. Entre algunos de los usos a los que se destina se encuentran la fabricación de bolsas, films, tubos para protección de cables, juguetes y una gran variedad de recipientes, como los destinados a alimentos, cosméticos, geles de baño, productos de limpieza y otros artículos domésticos.

Pelets de polietileno de alta densidad (HDPE).

¿Cómo se ha obtenido tradicionalmente el etileno para la fabricación del polietileno?

 

Al igual que la mayoría de los hidrocarburos, el etileno es obtenido en la industria petroquímica, concretamente, mediante un proceso de craqueo con vapor. Dicho proceso, como la propia palabra sonoramente indica, consiste en romper las largas cadenas hidrocarbonadas de fracciones del petróleo como son las naftas o los gasóleos, para obtener compuestos más sencillos, formados por cadenas con un menor número de átomos de carbono. Para lograr dicha ruptura, se utiliza vapor a temperaturas en torno a 800 ºC ( aunque puede llegarse incluso hasta los 900 ºC).

Es aquí donde llegamos al punto, bien conocido por todos, de cuestionar la sostenibilidad de una industria basada en una materia prima que antes o después, pese a los avances actuales para su obtenición, acabará y que además contribuye de forma drástica a la emisión de cantidades ingentes de gases de efecto invernadero.

Por suerte, las ideas y la tecnología también avanzan en la dirección de ofrecer alternativas para que en el futuro podamos continuar disponiendo de plásticos (su uso responsable es un tema aparte) sin necesidad de recurrir a los hidrocarburos fósiles para su fabricación.

Desde 2010, una empresa petroquímica brasileña, la cuarta a nivel mundial dentro del sector, opera la primera planta química de fabricación del inicialmente mencionado polietileno verde, producido a partir de etileno obtenido de bioetanol de caña de azúcar, un recurso que Brasil lleva años explotando como combustible alternativo y por lo cual es, junto con EE.UU, líder mundial en biocombustibles. (Puedes aprender algo más de la historia del bioetanol como combustible en Brasil pinchando aquí). La mencionada planta tiene capacidad para producir anualmente 200.000 toneladas de polietileno, usando para ello en torno a 460 millones de litros de bioetanol, que representan aproximadamente un 1,7% de la producción total nacional del alcohol. Esta cantidad de bioetanol es producida en una extensión de unas 65.000 ha. de cultivo de caña, el equivalente al 0,02% de las tierras cultivables en el país.

Vista parcial de la fábrica brasileña situada en Triunfo (Rio Grande do Sul, BR) pionera en la fabricación de polietileno verde.

¿Cómo se llega desde la caña de azúcar hasta el polietileno?

 

De la caña al etanol:

 

Una vez recogida, tras un periodo de maduración en torno a un año, la caña de azúcar es conducida a las fábricas del sector sucroalcoholero*, donde se lleva a cabo la molienda de la misma para obtener su jugo, que en Brasil es llamado “caldo de cana” (por cierto bastante recomendable para beber con hielo y un poquito de limón si alguna vez alguien va por allí).

En Brasil la gran mayoría de fábricas de azúcar también producen etanol. Existen organismos
nacionales que controlan, en función de la productividad de las cosechas, los porcentajes de las
mismas que se destinan a uno y otro producto, por tratarse el azúcar de un alimento considerado
básico para la población.

Hombre trabajando en la recolección de caña de azúcar.

Aparato tradicional para la extracción del "caldo de cana".

Una auténtica delicia tropical. "Caldo de cana" listo para beber.

Dicho jugo, rico en azúcares, posteriormente se fermenta para obtener el alcohol mediante el uso de un microorganismo. Tradicionalmente los microorganismos más usados han sido las levaduras del género Saccharomyces (S. Cerevisiae es la más típica), aunque también pueden utilizarse algunas bacterias, como Zymomonas Mobilis . Es habitual también la adición de ácidos diluidos (clorhídrico fundamentalmente) que facilitan la hidrólisis de la molécula de azúcar (sacarosa) en sus constituyentes, glucosa y fructosa, más fácilmente fermentables por separado.

Reacciones de hidrólisis y fermentación para la obtención del etanol.

Finalmente, una vez obtenido el etanol, la mezcla se destila hasta obtener el grado de pureza requerido.

Del etanol al etileno:

 

El etileno se obtiene del etanol mediante un proceso de deshidratación con aire caliente a temperaturas en torno a 300 ºC y en presencia de un catalizador, que normalmente es alúmina (Al₂O₃).

Reacción de deshidratación del etanol para la obtención de etileno.

Del etileno al polietileno:

 

Una vez que se tiene el etileno, éste se somete a un proceso de purificación, una limpieza de otros productos que hayan podido formarse durante la reacción, mediante otra destilación. Ya con el etileno de la pureza adecuada, para llevar a cabo la polimerización existen tres vías según la forma en que se alimente el etileno:

•   En fase gaseosa:

En un reactor de lecho fluidizado se hace pasar la alimentación de etileno gaseoso y oxígeno a través de un lecho de catalizador (Cromo, Ziegler-Natta). Se trabaja a temperaturas moderadas, pero con altas presiones.

•   En suspensión:

Se alimenta el etileno junto con hidrógeno y buteno en una suspensión de hexano, a un reactor con catalizadores Ziegler-Natta, operándose a una temperatura de 85 ºC. A dicha temperatura, tiene lugar la formación del polímero, que es insoluble en la fase líquida.

•   En disolución:

El procedimiento es similar al anterior, incluso por el tipo de catalizador usado. La diferencia radica en las condiciones de trabajo, que en este caso dan lugar a la obtención de un polietileno con propiedades diferentes (destinado a usos diferentes) y que sí se solubiliza en la fase líquida.

Ventajas, críticas y reflexión final.

 

El polietileno verde, obtenido por la vía descrita presenta exactamente las mismas propiedades fisicoquímicas y mecánicas que el polietileno obtenido a partir de hidrocarburos fósiles, pudiéndose diferenciar del mismo únicamente a través de pruebas de datación de carbono. No obstante, la diferencia fundamental entre ambos radica en que el CO₂ que es emitido en la fabricación del polietileno verde es posteriormente capturado de nuevo por la planta de caña, por lo que se cierra el ciclo del mismo.

Muchas personas critican el destino de áreas de agricultura para la producción de biocombustibles o en este caso, del etanol para producir otros bienes, además de la interferencia en el precio de los alimentos. Sin embargo, no es este el caso de Brasil, donde las plantaciones de caña se sitúan mayoritariamente en los estados de São Paulo y Minas Gerais, en la región centro-sur del país, y en menor medida en los estados de la costa del Nordeste, razonablemente alejados todos ellos del gran pulmón verde del mundo, que es la Amazonia.

Distribución de las plantaciones de caña de azúcar en Brasil.

No obstante, habrá quien se pregunte “¿y nosotros? En otras partes del mundo no hay caña de azúcar”. Bien. Eso es totalmente cierto. Si bien es verdad que la forma más fácil de obtener el bioetanol es a partir de cultivos azucarados (no sólo la caña, sino también la remolacha o el sorgo), hoy en día se está trabajando en el llamado bioetanol de segunda generación, que se obtiene mediante procesos algo más complejos a partir de “materias primas lignocelulósicas”. En dicha categoría se incluye la parte leñosa de muchas plantaciones, que en la mayoría de las ocasiones es desperdiciada (paja de maíz, paja de arroz, cascarilla de arroz, bagazo de la propia caña de azúcar, etc.) y cuya disponibilidad es grande.

Sin duda el avance de la tecnología para el aprovechamiento de este tipo de materias primas representa una gran luz…verde… desde el punto de vista de la búsqueda del equilibrio entre la comodidad humana (como es entendida por gran parte de la llamada sociedad occidental) y el respeto al medio ambiente.

¡Hasta la próxima publicación!

PD: Essa publicação é dedicada a uma pessoa daquele país tropical à qual eu amo com loucura. ¡Isso é para você!