Científicos desarrollan nueva estrategia para degradación efectiva de la celulosa en productos útiles, como la biomasa derivada de plantas.
Tokio, Japón–Con la amenaza inminente de una crisis climática sobre nuestras cabezas, se ha vuelto crucial desarrollar alternativas eficientes a los combustibles fósiles. Una opción es utilizar fuentes limpias de combustibles llamados biocombustibles, que pueden producirse a partir de fuentes naturales como la biomasa.
La celulosa polimérica a base de plantas es la forma más abundante de biomasa a nivel mundial y puede convertirse en materias primas como glucosa y xilosa para la producción de bioetanol (un tipo de biocombustible). Pero, este proceso es desafiante debido a la estructura rígida y densa de la molécula, que la hace insoluble en agua.
Los químicos y los biotecnólogos de todo el mundo han utilizado técnicas convencionales como la radiación de microondas, la hidrólisis y los ultrasonidos para degradar este polímero, pero estos procesos requieren condiciones extremas y, por lo tanto, son insostenibles.
Con este fin, en un nuevo estudio publicado en Energy & Fuels, un equipo de investigación en Japón desarrolló una nueva técnica ambiental innovadora para la degradación de la celulosa.
En el equipo participaron el Dr. Takayasu Kawasaki (Universidad de Ciencias de Tokio), el Dr. Heishun Zen (Instituto de Energía Avanzada, Universidad de Kyoto), el profesor Yasushi Hayakawa (Laboratorio de Electron Beam Research and Application, Institute of Quantum Science, Nihon University), el profesor Toshiaki Ohta (Centro SR, Universidad Ritsumeikan) y el profesor Koichi Tsukiyama (Universidad de Ciencias de Tokio).
Esta técnica se basó en un tipo de láser llamado láser de electrones sin infrarrojos, (IR-FEL), cuya longitud de onda es ajustable en el rango de 3 a 20 μm. Este nuevo método es una tecnología verde prometedora para la degradación de la celulosa sin emisiones.
En base a esto, los científicos irradiaron celulosa en polvo ajustando la longitud de onda del IR-FEL a estas tres longitudes de onda. Luego, analizaron los productos utilizando técnicas como la espectrometría de masas por ionización por electropulverización y la microscopía infrarroja de radiación sincrotrón, que reveló que las moléculas de celulosa se habían descompuesto con éxito en glucosa y celobiosa (moléculas precursoras para la producción de bioetanol).
No solo esto, sus productos se obtuvieron con altos rendimientos, haciendo que este proceso sea extremadamente eficiente.
El Dr. Kawasaki explica: «Este fue el primer método en el mundo para obtener eficientemente glucosa de la celulosa mediante el uso de un IR-FEL. Debido a que este método no requiere condiciones de reacción severas como solventes orgánicos dañinos, alta temperatura y alta presión, es superior a otros métodos convencionales.»
Además de generar biocombustibles, la celulosa tiene varias aplicaciones, por ejemplo, como biomateriales funcionales en membranas celulares biocompatibles, láminas antibacterianas y materiales de papel híbrido.
Por lo tanto, el nuevo método desarrollado en este estudio es prometedor para varias industrias, como la atención médica, la tecnología y la ingeniería.
Además, el Dr. Kawasaki es optimista de que su método es útil para procesar no solo celulosa sino también otros componentes de la madera y puede ser un método innovador para reciclar la biomasa forestal.
Concluye: «Esperamos que este estudio contribuya al desarrollo de una sociedad ‘libre de petróleo’.»
