Mentolo sostenibile da un sottoprodotto dell'industria cartaria
Potenziale di sostituzione della sintesi a base di petrolio
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La produzione di carta produce notevoli quantità di olio di trementina, che finora è stato bruciato principalmente per generare energia. Un progetto di ricerca dell'Università di Scienze Applicate di Colonia ha ora sviluppato una nuova via di sintesi che può essere utilizzata per produrre mentolo per l'industria farmaceutica, alimentare e cosmetica. A lungo termine, ciò potrebbe sostituire il mentolo sintetico a base di petrolio utilizzato finora.
"L'olio di trementina viene prodotto durante la produzione della carta quando le fibre di legno vengono cotte eccessivamente. Solo presso la sede del nostro partner UPM Kymmene, questo ammonta a diverse 10.000 tonnellate all'anno, che vengono poi riciclate termicamente o convertite in biodiesel. Nel considerare gli usi alternativi, ci siamo concentrati sul composto chimico 3-carene, che costituisce circa il 30% dell'olio e da cui si può produrre il mentolo. La sfida principale è la separazione dell'olio nei suoi componenti", spiega il responsabile del progetto, il Prof. Dr. Matthias Eisenacher della Facoltà di Scienze Naturali Applicate della TH Köln.
Colonna di separazione e nanofiltrazione
Per estrarre il 3-carene dall'olio di trementina, i partner del progetto hanno allestito una colonna di separazione alta circa otto metri su scala di impianto pilota presso il campus di Deutz. Tutti i componenti sono stati personalizzati nell'officina della TH Köln. "Nel nostro impianto avviene la rettifica, un processo di separazione termica che separa i componenti del liquido in base al loro punto di ebollizione. Questo è particolarmente difficile con l'olio di trementina perché i punti di ebollizione delle singole sostanze sono molto vicini", spiega l'assistente di ricerca Katharina Göbel dell'Istituto di Ingegneria degli Impianti e dei Processi della TH Köln.
L'istituto ha anche studiato se l'olio può essere scomposto nei suoi componenti utilizzando la nanofiltrazione organica e ha testato diverse membrane di plastica commerciali a questo scopo. "Questo processo è stato poco studiato per le soluzioni organiche ed è caratterizzato da un'interazione relativamente complessa tra la sostanza di partenza, il materiale pregiato e la membrana. Siamo riusciti a ottenere buoni risultati e a dimostrare che questo processo è un'utile aggiunta alla rettifica per ottenere altre sostanze oltre al 3-carene", afferma Göbel. Ad esempio, dall'olio di trementina sono stati disciolti l'alfa e il beta-pinene, composti organici idrocarburici utilizzati, ad esempio, in campo medico.
Sintesi in pochi passaggi
La sintesi chimica del 3-carene in mentolo è stata sviluppata in parallelo. "Per noi era particolarmente importante che il nostro processo potesse essere realisticamente implementato anche nell'industria. Abbiamo quindi voluto ridurre al minimo il numero di fasi di sintesi e utilizzare solo metodi e componenti vegetali disponibili in commercio", spiega Eisenacher. In definitiva, i ricercatori hanno bisogno di quattro fasi, cioè di singole trasformazioni chimiche, per produrre mentolo. Le prime tre fasi sono già praticabili con una resa del 90% e oltre. "Nonostante l'ottimizzazione, l'ultima fase raggiunge solo un rendimento del 65%. Sono necessarie ulteriori ricerche, ad esempio sull'uso degli enzimi", afferma Eisenacher.
Il progetto "Waste2Menthol - Sintesi del mentolo dagli scarti dell'industria cartaria" è stato finanziato dal Ministero federale dell'Istruzione e della Ricerca attraverso il programma FHprofUnt con circa 660.000 euro. I partner sono Symrise AG, produttore di fragranze e aromi, e il produttore di carta UPM Kymmene.
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