El zumo de naranja, delicioso y nutritivo, lo disfrutan a diario millones de personas en todo el mundo. Sin embargo, una nueva investigación indica que su potencial podría ir mucho más allá de la mesa del desayuno. Los compuestos químicos de la cáscara de naranja podrían utilizarse como nuevos bloques de construcción en productos que van desde los plásticos hasta el paracetamol, lo que ayudaría a reducir nuestra dependencia del petróleo crudo.
La sociedad actual depende por completo de los productos químicos y materiales obtenidos de nuestras reservas de combustibles fósiles, cada vez más escasas. Por ello, existe un interés global creciente por el desarrollo de materias primas químicas renovables a partir de diversas fuentes sostenibles, como la caña de azúcar y los ácidos grasos para la producción de biocombustibles. Además, los aceites esenciales, químicamente ricos, contenidos en las cáscaras de cítricos residuales son otra fuente que se está investigando con gran entusiasmo.
Esto es prometedor, ya que la industria del zumo de naranja utiliza procesos de exprimido altamente ineficientes y derrochadores, en los que casi el 50% de la fruta se desecha. Esto brinda, pues, una verdadera oportunidad para desarrollar un suministro sostenible de productos químicos a partir de las diversas y abundantes moléculas contenidas en las cáscaras.
El limoneno: un bloque de construcción versátil
Las cifras recientes estiman que alrededor de 20 millones de toneladas de cítricos se desperdician cada año. Dado que cerca del 95% del aceite extraído de estas cáscaras residuales está compuesto por moléculas de limoneno, un hidrocarburo líquido incoloro conocido como C10H16, este desperdicio podría producir unas 125.000 toneladas de limoneno al año.
Los métodos de extracción actuales se basan en la destilación, que consiste en hacer pasar vapor a través de los residuos sólidos y simplemente recoger el aceite resultante. Pero, recientemente, investigadores de la Universidad de York comenzaron a investigar técnicas de extracción por microondas como alternativa más ecológica. El equipo simplemente colocó cáscara de naranja y un disolvente orgánico en un microondas y lo calentó durante 30 minutos. Dentro de la cáscara, las moléculas de agua comienzan a hervir, rompiendo las células y permitiendo que el limoneno se extraiga. Los resultados son favorables: el proceso es mucho más rápido, menos intensivo en energía, produce limoneno de mayor calidad y con un rendimiento el doble de bueno que los métodos convencionales.
Pero, ¿qué hace tan útil al limoneno? Como hidrocarburo sencillo, comparte muchas similitudes con los productos químicos que obtenemos de los combustibles fósiles, como su naturaleza líquida y su punto de ebullición. Por tanto, la tecnología que actualmente utilizamos con las materias primas petroquímicas puede aplicarse directamente al limoneno para convertirlo en productos útiles. Podemos lograrlo aprovechando los dos dobles enlaces de carbono del limoneno para realizar diversas transformaciones químicas.
Plásticos renovables
Quizá el mayor potencial del limoneno resida en su papel como bloque de construcción para la industria de los polímeros. Los químicos buscan constantemente nuevas formas de unir moléculas en largas cadenas de polímeros para que puedan utilizarse en una amplia gama de productos, como las fibras de polipropileno (una cadena de moléculas de propileno) que empleamos en las alfombras, o el polietileno (una cadena de moléculas de etileno) para fabricar botellas de plástico.
Ya en 2006, científicos de la Universidad de Cornell demostraron por primera vez lo prolífica que podía ser esta estrategia. Al hacer reaccionar óxido de limoneno, una molécula de limoneno que incluye un átomo de oxígeno, con dióxido de carbono en un patrón alterno, lograron crear poliésteres, empleados en numerosos tejidos, ya sean planos o de punto. Este trabajo pionero se ha continuado en los últimos años mediante diversas otras reacciones formadoras de polímeros. Entre ellas se incluyen otras formas de poliésteres, sustituyendo el dióxido de carbono por otros bloques de construcción alternativos.
Los poliuretanos son una familia de polímeros sintéticos que han llegado a muchos de nuestros hogares, desde cojines de espuma hasta suelas de zapatos. Actualmente, las materias primas se obtienen de combustibles fósiles; sin embargo, recientemente se han identificado sustitutos a base de limoneno. Por ejemplo, investigadores de Alemania han producido una nueva familia de plásticos similares al poliuretano con limoneno en su centro. Las propiedades y la dureza de estos materiales podrían ajustarse fácilmente para fabricar una gama de productos domésticos.
El desarrollo de materiales a base de limoneno no se limita a productos de consumo cotidiano. Materiales ópticos avanzados han sido preparados recientemente empleando limoneno como aglutinante para fabricar películas luminiscentes finas.
La producción de medicamentos a partir de limoneno también podría llegar a ser una realidad algún día. Mi equipo de la Universidad de Bath investiga la producción de paracetamol utilizando como núcleo el esqueleto de carbono del limoneno. Mediante una serie de transformaciones químicas combinadas con ingeniería de vanguardia, esperamos convertir las cáscaras de naranja residuales en este analgésico de amplio uso.
Obstáculos por superar
El limoneno tiene, sin duda, el potencial de convertirse en un componente importante de una industria química de base biológica. Sin embargo, el campo aún se encuentra en sus inicios, sin plásticos comerciales a base de limoneno en el mercado. Entre los problemas que deben abordarse figuran la búsqueda de un suministro fiable y de procesos de fabricación más ecológicos, ya que muchos de los procesos anteriores para fabricar polímeros con limoneno todavía requieren petroquímicos como aditivos.
El limoneno y su familia más amplia (denominada terpenos) son solo una pieza del rompecabezas de las materias primas renovables. Por ejemplo, el ácido poliláctico, un polímero sostenible derivado del almidón de maíz, ha estado disponible comercialmente durante la última década, principalmente como envases desechables. Otros bloques de construcción plásticos se han obtenido de materiales vegetales, como la tecnología PlantBottle de Coca-Cola. Estas fuentes renovables alternativas pueden contener grandes cantidades de átomos de oxígeno, lo que confiere a los polímeros resultantes propiedades distintas pero complementarias a las de los plásticos a base de limoneno.
La disponibilidad del limoneno también depende del clima de Florida y Brasil, así como de nuestro deseo de beber zumo de naranja. Incluso si todo el limoneno disponible actualmente procedente de residuos cítricos se transformara en polímeros, no tendría un impacto apreciable en los niveles globales de producción de plástico.
Sin embargo, si pudiéramos aprovechar al máximo todos los cítricos que se desperdician, la cantidad de limoneno disponible aumentaría. Métodos de extracción más eficientes también incrementarán la disponibilidad, al igual que los avances en biotecnología. Mi equipo también investiga cómo modificar bacterias para que se alimenten de residuos municipales y excreten limoneno como su único producto. Estos avances pueden tardar en llegar, pero son pasos iniciales importantes para romper nuestra dependencia del petróleo crudo; moléculas como el limoneno, sin duda, serán una parte prometedora de nuestro futuro.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Marc Hutchby, investigador posdoctoral en Química, Universidad de Bath
Imagen: Botellas de plástico prensadas en un vertedero. REUTERS/Petr Josek.
