Biopolímeros

 

Síntesis Biológica

Biosíntesis

 

Bio PDO

La necesidad de desarrollar una fuente o un proceso biológico para la obtención de PDO creció en base a una serie de factores :


* Dificultad y coste de producir el polímero y la fibra de PDO.
    
* Sostenbilidad de una materia prima renovable contra una materia prima no renovable.

* La eficacia demostrada de ensayos de bioprocesos de PDO, que demostró el potencial de ser económicamente competitivo frente a procesos maduros.
   
* La contribución de DuPont a la ciencia integrada, que abarca biología y biotecnología.
         
* La posición única de la compañía para integrar la biotecnología con su conocimiento de muchos años en tecnología de polímeros y fibras.
 
      

    El desarrollo inicial de PDO biológico ha estado ligado con el azúcar de maíz, bien conocido como materia prima abundante y barata. La conversión de la glucosa a PDO ocurre en la naturaleza en dos etapas: primero   mdiante la levadura a un producto intermedio, glicerol, luego por las bacterias a PDO o 3G (figura 1).
      

Figura 1. La conversión de la glucosa a PDO ocurre en dos pasos en naturaleza
 
      
 
         
       DuPont y Genencor Internacional han desarrollado  conjuntamente una bacteria (“biocatalizadora”) para hacer ambos pasos en una  sola etapa de fermentación. DuPont y Tate & Lyle, una importante compañía de   productos basados en maíz con experiencia en la procesos fermentativos, se   unieron para desarrollar el proceso de fabricación basado en este biocatalizador.   El proceso se representa en la figura 2.
 
        

Figura 2. Representación ilustrada del proceso: Maíz a PDO
 
      
 
         
       Se confirmó que el producto de ensayo tenía cualidades y  calidades equivalentes o superiores al PDO producido químicamente. Por ejemplo, los resultados de las pruebas de pureza de PDO basado en bioprocesos y procesos  químicos convencionales (Wesseling) para obtener PDO se muestran en figura 3. En resumen, el porcentaje de impurezas en bio PDO es de alrededor de un décimo de  la cantidad de impurezas en el PDO producido químicamente (0.003% contra   0.032%).
        

Figura 3. Comparación de la pureza del bioproducto y del producto químico (Wesseling) PDO.
 
      
 
Fabricación del polímero
 
  
       La tecnología del proceso DuPont   de  polimerización  de 3GT fue desarrollada a partir de  una modificación de  las instalaciones  existentes de 2GT.

Una de estas instalaciónes  modificadas está situada en la sede de DuPont en Kinston, NC,  E.E.U.U.,  que ha estado fabricando cantidades comerciales del polímero 3GT durante varios años. Un diagrama esquemático de un   proceso continuo típico de la polimerización se muestra en la figura 4.

Figura 4. Proceso continuo de polimerización.
 
      
 
        

 

 

Bioproceso

 

El ingrediente clave de Sorona® de DuPont es Bio-PDO™, que se obtiene de azúcar de maíz mediante un proceso de fermentación patentado propiedad de la compañía.

Sorona® de DuPont se elabora a partir del almidón naturalmente presente en los granos de maíz. En los próximos cinco años, los investigadores encontrarán la manera de aprovechar el almidón de toda la planta.

 

1 Cosechar el maíz


El maíz es la primera planta utilizada a gran escala para fabricar polímeros. En el futuro, se utilizarán plantas como remolacha, trigo, arroz y hierba.

 

2 Obtener azúcar a partir del maíz


Se extrae del grano, la parte de la planta que más almidón contiene, una forma de azúcar denominada glucosa. Los científicos están trabajando en la obtención de glucosa a partir del tallo y de la paja, lo que reduciría el coste de la producción de glucosa y abarataría productos como Sorona®.

Almidón: El almidón se encuentra almacenado en el endosperma. Contiene la energía necesaria para que el grano se convierta en planta.

Procesado del maíz

En la harinera, se cuece los granos durante unas 24 horas a 125º C para que se hinchen y se ablanden. A continuación se hace una molienda gruesa de los granos hinchados para soltar el germen. Se vuelve a moler más finamente para liberar el almidón y el gluten antes de separarlos. Con el almidón, se alimenta enzimas que producirán la glucosa.


3 El fermentador: el azúcar se convierte en monómeros


Con la glucosa se alimenta un fermentador de tres plantas de altura que contiene organismos genéticamente modificados, agua, algunas vitaminas y minerales. Mediante destilación, se purifica el PDO y se separa del agua. En este punto el PDO tiene el aspecto de un líquido transparente ligeramente viscoso (espeso). .

Proceso de fermentación:
El organismo genéticamente modificado consume la glucosa y excreta la molécula tricarbonada PDO. Granulado de Sorona®


4 Los monómeros se convierten en polímeros


El monómero PDO se envía a una planta de polimerización donde se mezcla o polimeriza con el monómero petroquímico TPA oácido tereftálico. El polímero sale en forma de largos filamentos que son troceados para formar gránulos.


5 Elaboración de fibras y tejidos


Los gránulos se expedían a una planta textil donde son hilados en fibras. Las fibras se incorporan a tejidos o alfombras. En el futuro, se podrá hacer piezas para automóviles y aviones con el polímero Sorona®.
        

 

 

 


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