Christos Maravelias. Credito:Matt Wisniewski
Petrolchimico, i composti derivati dal petrolio e dal gas che fungono da spina dorsale molecolare per gran parte del commercio moderno, ha comandato un valore di mercato di $ 539,3 miliardi nel 2018.
Sostituire solo alcuni di quei prodotti petroliferi con prodotti chimici ricavati da piante o microbi potrebbe intaccare notevolmente il consumo mondiale di combustibili fossili.
Ecco perché un team di ingegneri dell'Università del Wisconsin-Madison ha sviluppato un metodo per identificare i composti a base vegetale che promettono come potenziali sostituti dei prodotti petrolchimici. Hanno pubblicato i loro risultati questo mese sulla rivista iScience .
"Ciò fornirà una guida per la progettazione e la scoperta del prodotto, "dice Wenzhao Wu, che ha condotto la ricerca prima di conseguire il dottorato in ingegneria chimica presso l'UW–Madison nel 2018 e ora lavora nella divisione di ricerca strategica aziendale di ExxonMobil. "Aiuterà anche la comunità dei biocarburanti a concentrarsi su quali sostanze chimiche produrre".
Quali sostanze chimiche produrre è una domanda cruciale e la risposta potrebbe determinare o meno se i biocarburanti sono in grado di competere con il costo del petrolio.
"Studiamo la produzione chimica, oltre ai combustibili, per migliorare l'economia delle bioraffinerie, "dice Christos Maravelias, un professore UW-Madison di ingegneria chimica e biologica. "La logica è che convertire la biomassa in combustibile è relativamente inefficiente rispetto a petrolio e gas, ma la produzione chimica potrebbe essere più conveniente".
Le raffinerie di petrolio e gas producono tutta una serie di prodotti chimici di base insieme ai prodotti combustibili per soddisfare una domanda insaziabile di numerosi settori, compresa l'agricoltura, farmaceutica ed elettronica.
Sostituire alcuni di questi prodotti chimici di base con prodotti a base biologica potrebbe aiutare a ridurre la nostra dipendenza quasi esclusiva dal petrolio. Infatti, Maravelias studia già quali prodotti chimici di base attuali potrebbero essere prodotti meglio da fonti vegetali o microbiche.
I reattori a flusso di biocarburanti come questo scompongono i materiali vegetali in molecole che possono essere utilizzate come combustibili o vendute come prodotti chimici di base, e un nuovo quadro potrebbe aiutare gli ingegneri chimici a trovare composti biologici per sostituire i prodotti petrolchimici sui mercati di oggi. Credito:Matt Wisniewski
Quella relativamente stretta, La vista "attuale" non cattura l'ampia gamma di sostanze chimiche che potrebbero essere prodotte da piante di microbi. Così, i ricercatori hanno cercato una strategia per identificare le sostanze chimiche emergenti:composti a base biologica non ancora in produzione diffusa, ma potenzialmente in grado di sostituire un petrolchimico oggi in uso.
I ricercatori hanno soprannominato gli emergenti "prodotti chimici sostitutivi, " individuato attraverso un'attenta analisi di tutto, dai volumi di mercato e prezzi alla composizione atomica.
Come nel caso dei prodotti chimici a base di petrolio, i prodotti chimici sostitutivi potrebbero un giorno essere venduti insieme ai biocarburanti. Di conseguenza, i ricercatori avevano bisogno di trovare composti che potessero generare entrate sostanziali come coprodotti.
Hanno anche considerato la domanda. Per esempio, numerose sostanze chimiche (come le complicate molecole utilizzate per sintetizzare farmaci da prescrizione o prodotti farmaceutici) possono richiedere prezzi elevati, ma quei composti costosi costituiscono una piccola frazione del mercato totale.
"Se i biocarburanti possono essere adottati su larga scala, i loro coprodotti dovrebbero avere una domanda significativa, " dice Maravelias. "Se stessimo producendo solo prodotti chimici speciali, non ci sarebbe un mercato abbastanza grande".
Allargando l'equazione per includere sia i volumi di mercato che i prezzi, i ricercatori hanno identificato le caratteristiche delle sostanze chimiche che sono sia molto richieste sia difficili da ottenere dai combustibili fossili.
E stratificando in una terza fase di analisi basata sulla struttura molecolare, i ricercatori si sono concentrati sulle caratteristiche che consentono ai prodotti chimici di successo a base biologica di bilanciare il compromesso tra prezzo e domanda e, importante, essere facilmente prodotto da fonti biologiche.
Sperano che queste caratteristiche motiveranno altri ricercatori sui biocarburanti a compiere i prossimi passi:progettare e sviluppare percorsi basati su piante o microbi per sintetizzare molecole che diventeranno i prodotti chimici sostitutivi di domani.
