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Disolventes verdes: apostando por nuevas soluciones para una industria química sostenible

Disolventes verdes: apostando por nuevas soluciones para una industria química sostenible

Los disolventes juegan un papel fundamental en los procesos industriales de fabricación de una gran variedad de productos indispensables para la sociedad; sin embargo, los disolventes convencionales son compuestos orgánicos volátiles, perjudiciales para la salud y el medio ambiente. El empleo de disolventes alternativos, los denominados disolventes “verdes”, más seguros y respetuosos con el medio ambiente, resultan clave para fomentar un desarrollo industrial sostenible.

Disolventes, soluciones para la industria

Los disolventes son productos líquidos capaces de dispersar y solubilizar selectivamente otros materiales, y son de los compuestos químicos más empleados a nivel industrial debido a su gran variedad e incalculables aplicaciones. De hecho, anualmente se producen cerca de 30 millones de toneladas a nivel industrial [1], que son ampliamente utilizados en numerosas plantas de producción de sustancias químicas. En concreto, la Industria Química emplea grandes cantidades de disolventes, ya que resultan esenciales como medio para que transcurran las reacciones químicas, y en procesos de extracción para la separación y purificación de compuestos de interés. Además, resultan imprescindibles en la formulación de medicamentos, cosméticos o productos de limpieza. También son indispensables en procesos de fabricación de materiales como plásticos, polímeros, pinturas y barnices. Sin embargo, la mayor parte de los disolventes utilizados en la industria son compuestos orgánicos volátiles (COV) derivados de fuentes petroquímicas no renovables, presentan una elevada toxicidad y resultan perjudiciales para la salud y el medio ambiente. Por tanto, ante la creciente preocupación sobre el cambio climático y las regulaciones ambientales cada vez más exigentes, urge encontrar disolventes alternativos para desarrollar procesos y productos químicos más sostenibles.

Coloreando el futuro de Química Verde: disolventes alternativos para reducir el impacto ambiental

En los últimos años han surgido estrictas regulaciones ambientales para limitar las emisiones derivadas del uso de disolventes en actividades industriales (Directiva europea 1999/13/EC), y para la regulación de sustancias químicas potencialmente perjudiciales (Directiva europea REACH, (CE) No. 1907/2006). Como respuesta a la creciente presión legislativa y a una mayor concienciación ambiental por parte de la sociedad, en los últimos años se están realizando grandes avances en investigación para el desarrollo y aplicación de disolventes más benignos en procesos industriales, siguiendo los 12 Principios de la Química Verde [2]. El objetivo de la Química Verde es minimizar el empleo y producción de sustancias peligrosas, mientras se reduce el consumo energético y se potencia el uso de fuentes renovables. Por tanto, los disolventes alternativos, también conocidos como disolventes verdes o disolventes sostenibles, deben ser más seguros y minimizar el impacto ambiental resultante de su uso en procesos químicos, y deben presentar preferentemente carácter renovable. La búsqueda de nuevos disolventes ha llevado al descubrimiento de una amplia variedad de alternativas muy prometedores a nivel industrial [3,4]. Por ejemplo, los líquidos iónicos (fluidos compuestos por cationes y aniones, que suelen presentarse como sales líquidas a temperatura ambiente) destacan por su baja volatilidad, minimizando las emisiones atmosféricas, y se consideran disolventes de diseño. En esta línea, los disolventes eutécticos (compuestos líquidos habitualmente formados a partir de sólidos cuyo punto de fusión es inferior al de los compuestos puros), se consideran una nueva generación de disolventes que pueden estar formados a partir de compuestos naturales, y suelen presentar baja toxicidad y alta biocompatibilidad. Además, actualmente los bio-disolventes están despertando un gran interés, ya que son disolventes formados íntegramente a partir de compuestos renovables de origen vegetal (por ejemplo, se pueden obtener a partir de biomasa lignocelulósica o algas, y residuos agroalimentarios como pieles de naranjas o aceites usados), son biodegradables y de baja toxicidad. Otros disolventes como los fluidos supercríticos (especialmente el dióxido de carbono y el agua) o polímeros líquidos también están siendo explorados.

Nuevos disolventes en procesos industriales: potenciando el desarrollo sostenible

El mercado global de disolventes verdes está en auge y se estima en más de 13.000 millones de dólares para 2024 [5], debido a su creciente demanda para aplicaciones industriales. De hecho, grandes multinacionales como BASF, Dow Chemical Company o Du Pont están apostando por el desarrollo de nuevos procesos y productos basados en tales disolventes para fomentar la sostenibilidad de sus cadenas de producción. Además, compañías farmacéuticas como GSK, AstraZeneca, Pfizer o Sanofi han desarrollado sus propias guías de selección de disolventes para minimizar el empleo de disolventes perjudiciales y reemplazarlos por alternativas más seguras y respetuosas con el medio ambiente [6].

Cabe destacar que en 2015 las Naciones Unidas establecieron 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible [7], muchos de los cuales están íntimamente relacionados con la química verde y la ingeniería sostenible, promoviendo nuevos procesos industriales, fomentando la inversión en investigación e innovación científica, los sistemas de producción y consumo responsables, y combatiendo el cambio climático. Asimismo, la nueva Estrategia Europea de Bioeconomía aprobada por la Comisión Europea en 2018 [8] impulsa una política industrial renovada basándose en la innovación y sostenibilidad, promoviendo la economía circular y el uso sostenible de los recursos renovables. Además, se espera que la bioeconomía juegue un papel fundamental en el desarrollo de nuevos modelos productivos dentro del Pacto Verde Europeo del plan de recuperación de la era post-Covid, sentando las bases para para estimular la economía y combatir el impacto ambiental. Por tanto, el desarrollo de nuevos procesos productivos basados en disolventes verdes resulta clave para fomentar el futuro sostenible de nuestra sociedad en el marco actual.

Por todo ello, en nuestro grupo de investigación apostamos por nuevas líneas de trabajo empleando disolventes de bajo impacto ambiental para el desarrollo de procesos químicos sostenibles. Para ello, combinamos innovadoras técnicas experimentales con herramientas computacionales de simulación avanzada, para la selección y el diseño de disolventes respetuosos con el medio ambiente en procesos industriales [9]. Entre ellos, destaca el desarrollo de biorrefinerías sostenibles, que permiten un aprovechamiento integral de la biomasa como fuente renovable para la obtención de bioenergía y productos de alto valor añadido para aplicaciones farmacéuticas y de química fina [10-13]; esto fomenta un aprovechamiento más eficiente de los recursos naturales disponibles, impulsando la transición hacia una bioeconomía circular que permita alcanzar los objetivos para el crecimiento global sostenido.

María González Miquel es Profesora Contratada Doctora en el Departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medioambiente en la ETSI Industriales de la UPM. Su actividad investigadora se centra en el desarrollo de procesos químicos sostenibles empleando nuevos disolventes respetuosos con el medio ambiente.

Referencias
[1] Global Solvent Industry, ReportLinker, 2021.
https://www.reportlinker.com/p05561789/Global-Solvents-Industry.html?utm_source=GNW
[2] Green Chemistry Pocket Guide, American Chemical Society.
https://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry/principles/12-principles-of-green-chemistry.html
[3] Clarke, C.J.; Tu, W.C.; Levers, O.; Bröhl, A.; Hallett, J.P. “Green and Sustainable Solvents in Chemical Processes”. Chemical Reviews, 2018, 118 (2), 747-800
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.7b00571
[4] González-Miquel, M. & Esteban, J. “Novel Solvents for Biotechnology Applications”. Comprehensive Biotechnology (3rd Edition), Pergamon, 2019, 790-806.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444640468004596
[5] Green & Bio-based Solvents Market, Grand View Research, 2016.
 https://www.grandviewresearch.com/press-release/global-green-bio-based-solvents-market
[6] Byrne, F.P.; Jin, S.; Paggiola, G. et al. “Tools and techniques for solvent selection: green solvent selection guides”. Sustainable Chemical Processes, 2016, 4, 7.  
https://sustainablechemicalprocesses.springeropen.com/articles/10.1186/s40508-016-0051-z
[7] Objetivos de Desarrollo Sostenible, Naciones unidas.
https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/objetivos-de-desarrollo-sostenible/
[8] Una nueva estrategia de bioeconomía para una Europa sostenible, Bioplat, 2018.
https://blog.bioplat.org/2018/10/19/una-nueva-estrategia-de-bioeconomia-para-una-europa-sostenible/
[9] González-Miquel, M. & Esteban, J. “Green solvent screening using modeling and simulation”. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, 2021, 29, 100469.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2452223621000250
[10] Cañadas, R.; González-Miquel, M.; González, E. J.; Díaz, I.; Rodríguez, M. “Overview of neoteric solvents as extractants in food industry: A focus on phenolic compounds separation from liquid streams”. Food Research International, 2020, 136, 109558.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0963996920305834
[11] Cañadas, R.; González-Miquel, M.; González, E.J.; Núñez de Prado, A.; Díaz, I.; Rodríguez, M. “Sustainable Recovery of High Added-Value Vanilla Compounds from Wastewater Using Green Solvents”. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2021, 9 (13), 4850-4862.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.1c00168
[12] Cañadas, R.; González-Miquel, M.; González, E. J.; Díaz, I.; Rodríguez, M. “Hydrophobic eutectic solvents for extraction of natural phenolic antioxidants from winery wastewater”. Separation and Purification Technology, 2021, 254, 117590.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1383586620320645
[13] González, E.J.; González-Miquel, M.; Díaz, I.; Rodríguez, M.; Fontela, C.; Cañadas, R.; Sánchez, J. “Enhancing aqueous systems fermentability using hydrophobic eutectic solvents as extractans of inhibitory compounds”. Separation and Purification Technology, 2020, 250, 117184.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1383586620316580