Los mercados están demandando crecientemente productos químicos basados en materias primas renovables, producidos de manera responsable, con bajos requerimientos energéticos y mínimo impacto ambiental. En este sentido, los compuestos aromáticos son objeto de cuestionamientos, debido a que derivan del petróleo (y, en menor medida, del carbón), su producción requiere de grandes plantas productivas y muchas veces tiene una huella ecológica muy negativa.
Chile posee cuantiosos recursos forestales, siendo las plantaciones de Pinus radiata D. Don, las de mayor importancia. Su procesamiento en aserraderos genera grandes volúmenes de corteza, la que actualmente es usada como combustible industrial, con un muy bajo valor agregado. Entre los componentes de la corteza destacan las catequinas, con diversos grados de condensación (taninos), las que representan cerca del 30% en peso del material. Estas catequinas son compuestos aromáticos, cuyos monómeros contienen un grupo sustituyente catecol, el que puede ser liberado mediante un tratamiento termoquímico determinado.
Cada unidad monomérica contiene un grupo catecol (anillo B), el que corresponde a aproximadamente un 37% de la masa de taninos condensados; se estima que en promedio el contenido de catecoles presentes en la corteza de pino puede llegar hasta un 19%, dependiendo del contenido de taninos en la corteza. Por lo tanto, la corteza de pino representa una fuente renovable atractiva para la producción sustentable de catecoles, productos químicos con alto valor comercial (US$2.000 – 6.000 por tonelada), utilizados principalmente como antioxidante en las industrias del caucho, química, fotografía, colorantes, grasas y aceites, así como en fertilizantes, cosméticos y en algunos productos farmacéuticos.
El proyecto “Obtención de compuestos aromáticos de interés comercial a partir de corteza de pino radiata” plantea generar catecoles, a través de una pirólisis rápida de taninos (un extracto rico en catequinas). Junto con optimizar las variables más importantes de operación, se propone evitar reacciones de degradación de los productos y condensación de compuestos secundarios; evaluar alternativas tecnológicas de separación y purificación, y proponer, al término del proyecto, un proceso de producción de catecoles a partir de corteza de pino radiata a nivel conceptual.
El proyecto cuenta con REBISA, Resinas del Bío-Bío S.A., como empresa asociada, y presenta resultados en 2 etapas: Conversión termoquímica de taninos de corteza de Pinus radiata y Fraccionamiento de bio-oil para la obtención de catecoles.
Primero se evaluaron las reacciones de descomposición termoquímica de taninos, mediante Py/GC-MS – micropirólisis (Py) acoplada a cromatografía gaseosa (GC) y espectrometría de masa (MS) – una herramienta poderosa para estudiar la pirólisis rápida de biomasa y biopolímeros. Lo anterior, considerando que el tiempo de residencia de los vapores en el micropirolizador es sólo de unos milisegundos, lo que minimiza las reacciones secundarias de la pirólisis, permitiendo investigar las reacciones primarias de la pirólisis.
Los resultados de los análisis de micropirólisis de corteza y extractos de corteza muestran que éstos contiene un porcentaje importantes de polifenoles del tipo procianidinas (taninos condensables), compuestos interesantes de extraer de la corteza. Además, se puede apreciar que la fracción de tanino soluble, obtenida por un proceso de extracción desarrollado por UDT, contiene polifenoles de menor peso molecular y un contenido importante de azúcares, mientras que la fracción de tanino insoluble en agua es más rica en taninos y otros compuestos de alto peso molecular. Por lo tanto, la fracción de tanino insoluble es la materia prima más apropiada para la producción de catecoles a partir de la corteza de pino radiata.
La pirólisis rápida es un proceso en que un material es sometido a altas temperaturas por un corto período, obteniéndose un líquido (bio-oil), un sólido (biochar o biocarbón) y gases.
Los resultados muestran que la concentración de catecol y metilcatecol presente en el bio-oil de tanino insoluble es 2 a 3 veces superior a los valores obtenidos para corteza y corteza extraída. Específicamente, en la pirólisis de taninos insolubles, la concentración de catecol fue de 10.9 g por 100 g de bio-oil, mientras que en la pirólisis de corteza de pino se obtuvo un máximo de 4,93 g/100g de bio-oil a 600°C de temperatura. Para la corteza extraída, se obtuvieron los valores más bajos, con concentraciones cercanas a los 3,5 g/100g de bio-oil a 600 °C.
Los avances en la Etapa 2, Fraccionamiento de bio-oil para la obtención de catecoles, tienen relación con la búsqueda de un procedimiento para la separación y purificación de catecol y metilcatecol presentes en el bio-oil derivado de la pirólisis de taninos insolubles.
Se planteó aplicar un fraccionamiento de bio-oil mediante la extracción líquido-líquido con solventes orgánicos. Se realizaron pruebas de solubilidad de bio-oil completo y de las fracciones orgánica (recolectada en el precipitador) y acuosa (recolectada en el condensador) por separado, determinándose que el solvente más apropiado para extraer la fase acuosa del bio-oil es n-butanol, mientras que para la fase orgánica es acetato de butilo.
En función de esto, se estudió la recuperación de catecol como compuesto clave para los ensayos de extracción líquido-líquido de las fracciones de bio-oil. Las variables estudiadas fueron temperatura de extracción y razón muestra/solvente, además de la cantidad de agua para el caso de la fracción orgánica. La respuesta evaluada fue la concentración de catecol.
Para la fracción orgánica el máximo valor de concentración se encontró con una razón de muestra/solvente de 2:1 y a una temperatura de 40°C, con una respuesta de 23,8% de catecol extraído. Para la fracción acuosa los resultados fueron que el máximo de concentración de catecol se halló en la razón de 1:1 muestra/solvente y a una temperatura cercana a los 25°C, lográndose una recuperación de catecol de 9.5%.
Los siguientes pasos del proyecto serán evaluar la extracción líquido-líquido de las fracciones de bio-oil bajo las condiciones experimentales óptimas encontradas en este estudio, con el fin de definir los parámetros para el diseño de un proceso de fraccionamiento mediante extracción líquido–líquido. Además, se estudiará una etapa consecutiva de purificación de catecoles, de manera de lograr una corriente rica en este producto.