L'UJI planteja un enfocament innovador per a convertir biomassa en productes químics d'alt valor i afavorir el desenvolupament de processos més ecològics en la indústria química

L'ús massiu de plàstics no biodegradables, fabricats a partir de polímers derivats del petroli, representa un dels desafiaments ambientals més grans del nostre temps, perquè contribueix de forma significativa a la contaminació i al deteriorament dels ecosistemes. Davant d'aquest escenari, emergeix una alternativa innovadora i sostenible: el PEF (polietilè furanoat), un polièster renovable obtingut a partir de biomassa vegetal.

Aquest material es produeix a partir de l'àcid 2,5-furandicarboxílic (FDCA) i de l'etilenglicol, ambdós derivats de matèries primeres renovables com els sucres vegetals (fructosa o glucosa), la qual cosa obri la porta al desenvolupament d'un polímer 100% basat en recursos renovables. El PEF no sols redueix la dependència de recursos fòssils, sinó que també posiciona la química sostenible com una peça clau en la transició cap a una economia més circular i respectuosa amb el medi ambient.

Per a avançar en la millora dels processos d'obtenció del FDCA, el doctor Mattia Annatelli s'ha incorporat a la Universitat Jaume I de Castelló, en el Departament de Química Inorgànica i Orgànica, un entorn que reuneix grups d'investigació de referència en química sostenible, supramolecular i catàlisi amb una beca postdoctoral Marie Skłodowska-Curie de la Unió Europea, per a desplegar un innovador mètode «one pot» —en un sol recipient— que permeta sintetitzar FDCA directament a partir de sucres i polisacàrids, matèries primeres econòmiques, renovables i àmpliament disponibles. Aquest enfocament simplifica el procés, redueix residus i acosta la producció de plàstics més sostenibles a una aplicació real a gran escala, contribuint a una química més neta i accessible per a la societat.

Amb el projecte SynCell, Annatelli pretén emular la capacitat de la natura per a produir compostos químics en les seues pròpies «fàbriques»: les cèl·lules. En aquests sistemes naturals es duen a terme transformacions químiques complexes de manera eficient, sense necessitat d'etapes de separació o purificació, i sota condicions suaus i respectuoses amb l'entorn.

Inspirat en aquest model, SynCell busca reproduir aquests processos per a transformar residus cel·lulòsics i sucres en productes químics d'alt valor afegit, com el FDCA, un component clau per al desenvolupament de plàstics sostenibles. Per a aconseguir-ho, el projecte requereix una aproximació multidisciplinària, que inclou catàlisi, ciència dels materials, biotecnologia i enginyeria química, amb un enfocament clar en la química verda i la sostenibilitat.

Aquest sistema integrat emprarà xarxes metal·loorgàniques (MOFs per les seues sigles en anglés), que ofereixen avantatges clau com una estructura ordenada, porus ajustables i una distribució uniforme dels metalls actius i que han situat la química reticular entre els desenvolupaments més influents de la química moderna, inclòs el Premi Nobel. L'objectiu és desenvolupar un mètode innovador basat en una cascada de catalitzadors basats en aquests materials, en la qual cada producte generat alimenta la següent reacció. D'aquesta manera, s'elimina la necessitat d'aïllaments intermedis i es millora tant l'eficiència com la selectivitat del procés.

A més, el sistema permetrà l'ús de líquids iònics (ILs) i dissolvents eutèctics profunds (DES) com a mitjans alternatius per a dissoldre eficaçment la glucosa i els polisacàrids. Aquests dissolvents no sols faciliten la dissolució, sinó que també milloren el rendiment catalític, creant un entorn de reacció més eficient. En conjunt, aquest enfocament obri el camí cap a tecnologies més ecològiques i sostenibles, en afavorir transformacions complexes en un sol pas i reduir l'impacte ambiental mitjançant l'ús de metalls abundants, de toxicitat reduïda i econòmics, com el ferro, en lloc de metalls nobles.

L'impacte científic de SynCell rau en el seu enfocament innovador per a transformar biomassa en productes químics d'alt valor, prioritzant l'ús de recursos renovables davant dels petroquímics. Aquesta estratègia impulsa el desenvolupament de processos més sostenibles en la indústria química i contribueix al fet que les biorefineries siguen més econòmicament autònomes, en reduir la dependència de matèries primeres fòssils importades. Al mateix temps, el projecte pot enfortir les economies locals, generant noves fonts d'ingressos i fomentant la creació d'ocupacions verdes.

El doctor Annatelli desenvolupa el seu treball sota la supervisió dels professors Eduardo García-Verdugo, expert en la síntesi de líquids iònics i dissolvents eutèctics profunds, i Francisco García-Cirujano, especialista en catàlisi basada en MOFs. A més, realitzarà una estada d'investigació en la Universitat de Múrcia sota la tutela del professor P. Lozano, qui aportarà la seua experiència en biocatàlisi.

El projecte també contempla l'organització d'activitats de divulgació, amb l'objectiu de comunicar els resultats a la ciutadania, la comunitat acadèmica i la indústria, reforçant així l'impacte científic i social de la investigació.

Mattia Annatelli, llicenciat (2016) i màster (2019) en Química i Tecnologies Sostenibles per la Universitat Ca' Foscari de Venècia, ha defensat recentment la seua tesi doctoral en Ciències Ambientals sota la direcció del professor Fabio Aricò d'aquest mateix centre. Aporta a l'UJI la seua experiència en processos de biorefineria i vies sostenibles per a la conversió de biomassa en productes químics d'origen biològic, la qual cosa permetrà millorar les capacitats del personal investigador de l'UJI en aquest àmbit i obrir noves vies sostenibles en la producció química a les ja existents (química fina i farmacèutica).

El projecte «Producció eficient de cèl·lules sintètiques FDCA mitjançant un procés catalític integrat en un sol recipient» ha estat subvencionat per la Unió Europea amb una beca postdoctoral Accions Marie Sklodowska-Curie de Horizon TMA. Aquestes ajudes pretenen fomentar el potencial creatiu i innovador de personal investigador amb doctorat que desitge adquirir noves competències mitjançant una formació avançada, mobilitat internacional i desenvolupament de projectes. L'acord de subvenció és HORIZON-MSCA-2024-PF-01-101204879.