Reacciones de oxidación catalíticas para valorización de recursos renovables provenientes de la biomasa

Abstract

Uno de los desafíos más importantes a los que se enfrenta la sociedad moderna es la necesidad de evolucionar hacia una economía centrada en la utilización de recursos renovables. El camino hacia esta nueva "bioeconomía" implica una transición hacia modelos de producción más sostenibles, generando una demanda específica del sector científico: desarrollar tecnologías para lograr procesos de producción sustentables. En Argentina hay una amplia disponibilidad de recursos resultantes de la explotación agro-forestal (paja de trigo, paja de cebada, rastrojo de maíz, astillas de madera, fibra de maíz, azúcares) que cuando son industrializados para convertirlos en compuestos de mayor valor agregado (biocombustibles y productos químicos) permiten obtener una amplia gama de productos (bioetanol, n-butanol, derivados como el 5-hidroximetil furfural, etc.) Estos compuestos no compiten con la producción de alimentos ya que provienen principalmente de la utilización de residuos, por eso se denominan "biocompuestos de segunda generación". En este marco, el proyecto plantea dar valor agregado a subproductos de la industrialización de la biomasa mediante reacciones catalíticas de oxidación. Todas estas transformaciones son estudiadas mediante catalizadores metálicos o bimetálicos soportados, en reacciones llevadas a cabo en un medio preferentemente acuoso y en condiciones suaves de temperatura y presión de oxígeno. En este sentido, planteamos la valorización de glicerol por diferentes rutas de oxidación selectiva para obtener: 1) ácido láctico o 2) ácido 3-hidroxipropiónico; ambas sustancias presentan diversos e importantes usos. También proponemos estudiar las oxidaciones selectivas de n-butanol a ácido butírico y de 5-hidroximetil furfural a ácido 2,5-furanodicarboxílico, ambos sustancias son utilizadas para síntesis de compuestos que presentan mayor valor agregado. Como resultados más relevantes del proyecto, esperamos incorporar nuevos conocimientos, teóricos y prácticos, en los procesos de oxidación catalítica propuestos. Esto se reflejará en la formación de más y mejores recursos humanos, el desarrollo de procesos productivos más amigables con el medio ambiente, y solucionará problemas acarreados por la gran cantidad de residuos provenientes del procesamiento de biomasa. A su vez contribuirá al desarrollo económico local y a la mejora del balance comercial del país a través de la sustitución de importaciones y al desarrollo de las pequeñas y medianas empresas.

One of the most important challenges facing modern society is the need to evolve towards an economy focused on the use of renewable resources. The path to this new "bioeconomy" implies a transition towards more sustainable production models, which generate a specific demand from the scientific sector: to develop the necessary technologies to achieve sustainable production processes. In Argentina, there is a wide availability of resources coming from agro-forestry exploitation (wheat straw, barley straw, corn stubble, wood chips, corn fiber, sugars) that when they are industrialized to convert them into higher value added compounds (biofuels and chemical products) allow obtaining a wide variety of products (bioethanol, n-butanol, derivatives such as 5-hydroxymethyl furfural, etc.) These compounds do not compete with food production since they mainly come from the use of waste, which is why they are called "second generation biocomposites". Within this framework, this project aims to give added value to by-products of the industrialization of biomass through catalytic oxidation reactions. All these transformations are studied using supported metal or bimetal catalysts, in reactions carried out in a preferably aqueous medium and under mild conditions of temperature and oxygen pressure. In this sense, we propose the valorization of glycerol by different selective oxidation routes to obtain: 1) lactic acid or 2) 3-hydroxypropionic acid; both substances having diverse and important uses. We also propose to study the selective oxidations of n-butanol to butyric acid and 5-hydroxymethyl furfural to 2,5-furanedicarboxylic acid, both substances are used for the synthesis of compounds that present major added value. As the most relevant results of the project, we hope to incorporate new knowledge, theoretical and practical, in the proposed catalytic oxidation processes. This will be reflected in the formation of more and better human resources, the development of more environmentally friendly production processes and will solve problems caused by the large amount of waste from biomass processing. In turn, it will contribute to local economic development and to the improvement of the country's trade balance through import substitution and the development of small and medium-sized companies.