Química verde – Solventes verdes

La química verde es una filosofía de diseño de procesos y productos químicos que busca la mitigación de los impactos ambientales y efectos negativos en la población mediante la reducción y la eliminación de sustancias químicas peligrosas; tanto en los procesos industriales, como en los productos finales (U.S. Environmental Protection Agency, 2024). De entre los 12 principios de la química verde, el 5 punto trata sobre el uso de solventes y auxiliares que no sean dañinos para las personas y el medio ambiente; a esos solventes se les conoce como solventes verdes.

Ilustración de los solventes verdes

Un solvente es una sustancia que tiene la capacidad de disolver a un soluto; es decir, que lo integra a la mezcla sin que exista separación de fases. Por ejemplo, en una mezcla de 100 ml de agua y 10 g de sal de mesa; el agua es el solvente, y la sal es el soluto. Los solventes tienen numerosas aplicaciones tanto en productos finales como en procesos industriales. Por ejemplo, este tipo de sustancias se usa en productos de limpieza, medicamentos, pinturas, adhesivos, cosméticos, recubrimientos, tratamiento de aguas, la industria metalúrgica, entre otras (Winterton, 2021).  En las industrias donde más se emplea la síntesis por lotes, los solventes pueden ocupar hasta el 80% de la masa total de la operación; por lo tanto, son parte importante de la huella ambiental del producto final (Jiménez, n.d.)

Entonces, un solvente verde tiene como objetivo reemplazar el uso de solventes nocivos. Con este fin, se han desarrollado diversas alternativas a solventes dañinos usados anteriormente. Por ejemplo, el lactato de etilo, una sustancia obtenida de la fermentación de carbohidratos provenientes principalmente del maíz y la soya, es un solvente verde, biodegradable y de muy baja toxicidad. Este compuesto ha sido aprobado por la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos) para su uso en formulaciones de cosméticos y medicamentos. Además, debido a su estructura molecular, se trata de un compuesto que puede disolver en medios polares y no-polares, tales como el agua y los hidrocarburos, respectivamente. Por esta propiedad antes mencionada, se ha estudiado su potencial para la recuperación de fitonutrientes de los desechos biológicos de origen vegetal (Kua, Gan, Morris, & Kiat, 2016).

Estructura molecular del lactato de etilo

Otro ejemplo es el uso de fluidos supercríticos. Este tipo de fluido es un estado de la materia el cual se obtiene cuando se aumenta la presión y la temperatura de una sustancia por encima de su punto crítico. Un fluido supercrítico tiene baja viscosidad, como un vapor, y alta densidad, como un líquido; lo que hace que se pueda usar de manera similar a la de un solvente líquido, pero con una remoción más sencilla (Samadzadeh, n.d.).

Diagrama de fases del dióxido de carbono

Un proceso en el que se emplea un fluido supercrítico es la producción de café descafeinado. En el primer paso, los granos de café son puestos en contacto con vapor sobrecalentado de agua, para que estos aumenten su contenido de agua hasta 30%. Luego, los granos se transportan hasta un tanque de extracción, en el cual se inyecta dióxido de carbono hasta que se alcanza una presión de 250 bar y 90 °C, a estas condiciones el CO2 se convierte en un fluido supercrítico el cual es capaz de disolver la cafeína presente en el café; este proceso dura entre 11.5 y 22 horas dependiendo de la variedad de café.

Después, el CO2 supercrítico pasa por un proceso de lavado con agua en una columna de lecho empacado para remover la cafeína de este. Finalmente, el CO2 es despresurizado y enfriado para ser almacenado en forma gaseosa para su reuso. Este proceso tiene una eficiencia de remoción del 97% (De Marco, Riemma, & Iannone, 2017). Entonces, al usar el CO2 supercrítico, este proceso usa un solvente inocuo de fácil remoción, y que se puede reutilizar; por lo tanto, los efectos ambientales negativos se evitan.

Granos de café tostados

En conclusión, los solventes verdes son una parte importante de la química verde, ya que existen industrias en las cuales el uso de solventes tiene el mayor impacto en su huella ecológica. Entonces, mediante la implementación de alternativas de solventes amigables con el medio ambiente y la salud de las personas, es posible reducir los impactos negativos de las industrias mientras que se mantienen los niveles de calidad de los productos y la eficiencia de los procesos.

Referencias:

De Marco, I., Riemma, S., & Iannone, R. (2017). Supercritical Carbon Dioxide Decaffeination Process: a Life Cycle Assessment Study. Chemical Engineering Transactions.

Jiménez, C. (n.d.). Safer Solvents and Auxiliaries. Obtenido de American Chemistry Society: https://www.acs.org/greenchemistry/principles/12-principles-of-green-chemistry.html

Kua, Y., Gan, S., Morris, A., & Kiat, H. (2016). Ethyl lactate as a potential green solvent to extract hydrophilic (polar) and lipophilic (non-polar) phytonutrients simultaneously from fruit and vegetable by-products. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 21-31.

Samadzadeh, K. (n.d.). Supercritical Fluids. En L. Chemistry, Physical and Theortetical Chemistry. UC Davis.

U.S. Environmental Protection Agency. (2024). Basics of Green Chemistry. Obtenido de EPA: https://www.epa.gov/greenchemistry/basics-green-chemistry

Winterton, N. (2021). The green solvent: a critical perspective. Clean Technology Environmental Policy, 2499-2522.