DISEÑO DE MATERIALES POLIMÉRICOS DE ALTO VALOR INDUSTRIAL VÍA CATALIZADORES DE CINC Y ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA DEL PROCESO

Abstract

Dentro del contexto europeo de sostenibilidad ambiental y energética, en el que se busca la descarbonización de los procesos industriales de cara al año 2050, se están desarrollando numerosas alternativas que permitan sustituir a los procesos industriales. De entre todas las rutas posibles, destacan las propuestas de revalorización de residuos, tal y como queda contemplado en la nueva Directiva 2008/98/CE, que establece el marco europeo para la gestión de residuos. En el presente Trabajo de Fin de Grado, se ha estudiado la valorización de dióxido de carbono (CO2) residual para la obtención de materiales poliméricos de elevado interés industrial. Este trabajo consiste en la copolimerización por apertura de anillos (ROCOP) de CO2 y óxido de ciclohexeno, catalizado por un complejo organometálico de cinc, para la obtención de policarbonato de ciclohexeno (PCHC). Dicho complejo ha sido sintetizado en el laboratorio, con el fin de optimizar las cantidades y tiempo de reacción involucrados en cada etapa de síntesis para hacerlo más sostenible. El sistema catalítico empleado consiste en un ligando heteroscorpionato cuyo centro metálico es el cinc. Este catalizador se ha escogido con el fin de evaluar su actividad en el proceso de obtención de policarbonatos, dado que ha demostrado ser muy activo en otros procesos, como la polimerización de PLA o la síntesis de carbonatos cíclicos. Su elevada actividad se debe tanto a la presencia del centro activo de Zn, como al entorno que lo acompaña, ya que da estabilidad al complejo, facilita el control en la polimerización y modifica electrónicamente el centro metálico, afectando a la velocidad del proceso. Por otro lado, el cinc se ha escogido por ser un metal biocompatible y no-tóxico, que además no necesita de la presencia de un co-catalizador. En cuanto a la reacción de copolimerización, se han optimizado las condiciones para obtener las más suaves posibles. Se debe tener en cuenta la complejidad de dicha reacción por la estabilidad de la molécula de CO2, además de la necesidad de control de la reacción para que no se generen subproductos no deseados (poliéter-policarbonato y/o trans-carbonato cíclico). Tras diferentes experimentos, se ha concluido que las condiciones más suaves de reacción que permiten obtener conversiones elevadas del CHO hacia el PCHC son 70¿C, 30 bar, carga de catalizador de 1 mol % y 18 horas de reacción. Una vez se han encontrado las condiciones óptimas de reacción, se procede a la evaluación del impacto ambiental de ambos sistemas, mediante su Análisis de Ciclo de Vida de 100 g de PCHC escogidos como unidad funcional. En primer lugar, se ha analizado el impacto ambiental de la síntesis del complejo organometálico de cinc. En este análisis se ha concluido que el mayor impacto viene dado por el uso de dietiléter en todas las etapas de síntesis, principalmente por el origen fósil de sus materias primas, así como la energía necesaria en su producción. En segundo lugar, se ha estudiado la viabilidad del proceso de producción de policarbonato en el escenario nacional. Se ha concluido que el mayor factor de impacto es el uso de la energía, ya que se requieren 200 MJ en la producción de 100 g de polímero. Como búsqueda de una alternativa, se ha realizado un análisis de sensibilidad para determinar cómo afecta el emplazamiento al proceso. Se ha concluido que este proceso a escalas industriales se beneficia de localizaciones con Mix Energéticos descarbonizados, ya que se han reducido en más de un 50 % los impactos en casi todas las categorías evaluadas.