La naranja, el nuevo oro negro

La naranja es el nuevo oro negro: cómo la cáscara podría reemplazar el petróleo crudo en los plásticos.

Autor: Marc Hutchby

El jugo de naranja, delicioso y nutritivo, es disfrutado por millones de personas alrededor del mundo cada día. Sin embargo, nuevas investigaciones indican que podría tener un potencial mucho más allá de la mesa del desayuno. Los productos químicos presentes en la cáscara de naranja se podrían usar como nuevos ladrillos de construcción en productos que van desde los plásticos hasta el paracetamol, ayudándonos a terminar con la dependencia del petróleo crudo.

La sociedad actual depende totalmente de los productos químicos y materiales que se obtienen de nuestro consumo del suministro de combustibles fósiles. Como tal, existe un creciente enfoque global en el desarrollo de materias primas químicas renovables a partir de una variedad de fuentes sostenibles como la caña de azúcar y los ácidos grasos en la producción de biocombustibles. Y los aceites esenciales químicamente ricos, contenidos dentro de las cáscaras de cítricos de desecho, son otra fuente que se está investigando con entusiasmo real.

Esto es prometedor, ya que la industria del jugo de naranja utiliza procesos de extracción de jugo altamente ineficientes y derrochadores, con casi un 50% de la fruta desechada. Esto brinda una oportunidad real, entonces, para desarrollar un suministro sostenible de sustancias químicas a partir de las diversas y abundantes moléculas almacenadas en el interior de las cáscaras.

Limoneno: un ladrillo de construcción versátil

Cifras recientes estiman que se desperdician alrededor de 20 millones de toneladas de residuos cítricos cada año. Como aproximadamente el 95% del aceite extraído de estas cáscaras de desecho está compuesto de moléculas de limoneno, un hidrocarburo líquido incoloro conocido como C₁₀H₁₆, este desecho podría producir alrededor de 125,000 toneladas de limoneno al año.

Los métodos de extracción actuales se basan en la destilación, pasando vapor a través de los sólidos residuales y simplemente recolectando el aceite resultante por decantación. Pero recientemente, los investigadores de la Universidad de York comenzaron a investigar las técnicas de extracción de microondas como una alternativa más ecológica. En un equipo microondas simplemente se calentó durante 30 minutos una muestra de cáscara de naranja colocada en un solvente orgánico. Dentro de la cáscara, las moléculas de agua comienzan a hervir, rompiendo las células y permitiendo que el limoneno se filtre. Los resultados son favorables; el proceso es mucho más rápido, el consumo de energía es menos intenso, se produce una mayor calidad de limoneno y el rendimiento es dos veces mejor al de los métodos convencionales.

Plásticos renovables

Tal vez el mayor potencial del limoneno sea el que tiene como ladrillo de construcción para la industria de los polímeros. Los químicos siempre buscan nuevas formas de unir moléculas en largas cadenas de polímero para que puedan usarse en una gama de productos, como las fibras de polipropileno (una cadena de moléculas de propileno) que usamos en las alfombras, o polietileno (una cadena de moléculas de etileno) para hacer botellas de plástico.

En 2006, los científicos de la Universidad de Cornell mostraron por primera vez cuán fructífera podría ser esta estrategia. Al hacer reaccionar el óxido de limoneno – una molécula de limoneno que incluye un átomo de oxígeno – con dióxido de carbono, en un patrón alterno, podrían crear poliésteres, que se usan en muchas telas tejidas o de punto. Este trabajo pionero se ha seguido en los últimos años a través de una variedad de otras reacciones de formación de polímeros. Esto ha incluido otras formas de poliésteres al reemplazar el dióxido de carbono con bloques de construcción alternativos.

Los poliuretanos son una familia de polímeros sintéticos que ganaron su lugar en muchas de nuestras casas a través de productos que van desde cojines de espuma hasta suelas de zapatos. Actualmente, las materias primas de estos plásticos se obtienen de combustibles fósiles, sin embargo, se han identificado recientemente reemplazos basados en limoneno. Por ejemplo, los investigadores en Alemania han producido una familia de nuevos plásticos de tipo poliuretano con limoneno en el centro. Las propiedades y la dureza de estos materiales se pueden ajustar fácilmente para hacer una gama de productos para el hogar.

El desarrollo de materiales basados en limoneno no se detiene en los productos de consumo diario. Recientemente han sido preparados materiales ópticos avanzados mediante el uso de limoneno como un aglutinante para hacer películas luminiscentes delgadas.

La producción de medicamentos a partir de limoneno también puede ser algún día una realidad. Mi equipo de la Universidad de Bath está investigando la producción de paracetamol usando el esqueleto de carbono del limoneno en su núcleo. A través de una serie de transformaciones químicas combinadas con ingeniería de vanguardia, esperamos convertir las cáscaras de naranja de desecho en este medicamento ampliamente utilizado para el alivio del dolor.

Obstáculos a superar

El limoneno ciertamente tiene el potencial de convertirse en un componente importante de una industria química con base biológica. Sin embargo, este campo no puede desarrollarse si no se colocan en el mercado plásticos comerciales basados en limoneno. Los problemas que deben abordarse incluyen la búsqueda de un suministro confiable y un procesamiento más ecológico: muchos de los procesos anteriormente mencionados para fabricar polímeros a base de limoneno aún requieren aditivos petroquímicos en su fabricación.

El limoneno y su amplia familia de compuestos (llamados terpenos) son solo una pieza del rompecabezas de materias primas renovables. Por ejemplo, el ácido poliláctico, un polímero sostenible derivado del almidón de maíz, ha estado disponible comercialmente en la última década principalmente como envase desechable. Otros bloques de construcción de plástico provienen de materiales vegetales como la tecnología PlantBottle de Coca Cola. Estas fuentes renovables alternativas pueden contener grandes cantidades de átomos de oxígeno dando a los polímeros resultantes propiedades diferentes pero complementarias a los plásticos basados en limoneno.

La disponibilidad de limoneno también está dictada por el clima en Florida y Brasil y por nuestro deseo de beber jugo de naranja. Incluso si todo el limoneno actualmente disponible a partir de residuos de cítricos se convirtiera en polímeros, no afectaría los niveles mundiales de producción de plástico.

Sin embargo, si pudiéramos aprovechar al máximo todos los cítricos que se desperdician, la cantidad de limoneno disponible aumentaría. Los métodos de extracción más eficientes también impulsarán la disponibilidad, al igual que los avances en biotecnología. Mi equipo también está investigando cómo modificar las bacterias para alimentar los desechos municipales y excretar el limoneno como su único producto. Este tipo de avances pueden estar muy lejos, pero son los primeros pasos cruciales para terminar con nuestra dependencia del petróleo crudo; moléculas como el limoneno sin duda serán una parte brillante de nuestro futuro.

Traducido del artículo general en inglés del sitio "The Conversation"

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