Un metodo in un'unica fase consente una produzione scalabile e più rispettosa dell'ambiente di monomeri di plastica di origine vegetale, aprendo la strada alla produzione di massa di un'alternativa sostenibile ai materiali a base di petrolio.

Una squadra internazionale, tra cui Kiyotaka Nakajima dell'Università di Hokkaido, Giappone, ed Emiel Hensen della Eindhoven University of Technology, Paesi Bassi, ha sviluppato un metodo efficiente dal punto di vista energetico per sintetizzare ingredienti bioplastici. La nuova tecnologia contribuirà alla realizzazione di 'prodotti verdi' sostenibili, come le bottiglie per bevande completamente biobased. Questo studio è stato condotto in collaborazione con Mitsubishi Chemical Corporation e i risultati sono stati pubblicati in Catalisi ACS .

La plastica a base biologica sta emergendo come materiale di nuova generazione e dovrebbe sostituire la plastica derivata dal petrolio. Un poliestere di origine vegetale, chiamato polietilene furanoato (PEF), è un promettente polimero 100% rinnovabile derivato da piante che può sostituire il colosso dell'industria della plastica, polietilene tereftalato (PET), grazie al suo fisico migliore, proprietà meccaniche e termiche. Però, la realizzazione di una produzione di PEF su larga scala è seriamente ostacolata da una produzione inefficiente dei monomeri.

L'ossidazione aerobica di un substrato derivato dalla biomassa chiamato HMF in metanolo e glicole etilenico produce monomeri chiamati MFDC e HEFDC, rispettivamente. Sono riconosciuti come monomeri cruciali nella produzione di PEF, perché la polimerizzazione di MFDC con glicole etilenico o l'autocondensazione di HEFDC può produrre PEF di alta qualità (Figura 1).

Però, La produzione di MFDC è stata finora studiata esclusivamente per soluzioni diluite di HMF, e percorsi più desiderabili per la produzione di HEFDC sono attualmente impraticabili perché un alto rendimento del monomero non può essere prodotto in modo efficiente. Questa limitazione può essere attribuita ai gruppi formile altamente reattivi (-CHO) in HMF, che sono coinvolti in reazioni collaterali pesanti, soprattutto in soluzioni concentrate:la trasformazione chimica in soluzioni HMF concentrate che mira alla produzione su larga scala di prodotti chimici di base è accompagnata dalla formazione di enormi quantità di sottoprodotti solidi.

Nakajima, Hensen, e i loro colleghi hanno precedentemente sviluppato un composto più stabile chiamato HMF-acetale (Figura 1). Hanno ora esaminato l'utilità dell'HMF-acetale e hanno scoperto che l'80-95% di HMF-acetale in una soluzione concentrata (10-20% in peso) può essere convertito con successo in MFDC e HEFDC con un catalizzatore di nanoparticelle d'oro. I risultati attuali rappresentano un significativo passo avanti rispetto allo stato attuale dell'arte, superare una limitazione intrinseca dell'ossidazione dell'HMF a importanti monomeri per la produzione di biopolimeri. I ricercatori osservano che questo metodo ha "meno fasi di reazione, e l'uso di soluzioni altamente concentrate richiederà meno energia rispetto ai processi convenzionali."

I ricercatori si aspettano che la nuova tecnica non solo migliorerà la fattibilità della produzione commerciale di PEF nell'industria chimica, ma anche contribuire a promuovere un uso più onnipresente delle bioplastiche, oltre a fornire informazioni per lo sviluppo di altre applicazioni chimiche a base biologica da vari carboidrati derivati ​​​​da biomassa.