El bio-polipropileno se fabrica en tres pasos: una materia prima renovable como cultivos azucareros, residuos de madera o aceite de cocina usado se convierte en propileno mediante una de varias rutas, y ese bio-propileno se polimeriza en plantas de PP ordinarias de la misma manera que el propileno fósil.
Las rutas que han operado comercialmente alimentan hidrocarburos renovables a través de unidades fósiles existentes junto con materia prima fósil, por lo que la cuota bio de cada lote se asigna en los libros por balance de masa; European Bioplastics llama a dicha resina “bio-atribuida” en lugar de biobasada. Las rutas que producen propileno únicamente a partir de biomasa, de modo que todo su carbono es biogénico, se han ejecutado a escala piloto y de demostración con etanol e isopropanol.
Paso 1: La Materia Prima Renovable
El Bio-PP se fabrica a partir de tres tipos de materia prima renovable:
- Cultivos de azúcar y almidón: caña de azúcar y maíz, los cultivos de los que se produce el bio-etanol convencional.
- Biomasa lignocelulósica: residuos agrícolas y forestales y residuos orgánicos municipales, la parte no comestible del material vegetal.
- Aceites y grasas vegetales: aceite de colza y girasol, aceite de cocina usado, grasas animales y tall oil, un subproducto de la pasta kraft.
Los aceites y grasas, incluidos los grados de residuos y desechos, son la materia prima de las rutas que han operado comercialmente.
Paso 2: Convertir la Materia Prima en Bio-Propileno
La materia prima renovable se convierte en propileno de una de dos maneras principales: los aceites y grasas se hidrotratan en hidrocarburos y se alimentan a unidades fósiles existentes junto con materia prima fósil, o los azúcares y la lignocelulosa primero se convierten en un alcohol que una cadena dedicada transforma en propileno. Las unidades fósiles son un craqueador de vapor o una planta de deshidrogenación de propano, y el alcohol es etanol, isopropanol o metanol.
Hidrocarburos Renovables Co-Alimentados a un Craqueador de Vapor
Un craqueador de vapor produce bio-propileno craqueando aceite vegetal o de desecho hidrotratado junto con su nafta o gasóleo fósil habitual. El craqueo de vapor de aceite vegetal ya figuraba como comercial en una revisión de 2015.
Debido a que las materias primas renovables y fósiles se mezclan, la cuota bio de un lote de ruta de craqueador se atribuye por balance de masa bajo ISCC PLUS: el productor puede registrar su insumo renovable certificado a lotes de salida seleccionados, siempre que el total no exceda lo que entró, menos las pérdidas. Cada entrega se envía entonces con una declaración de sostenibilidad que indica la cantidad registrada, emitida bajo el certificado de sitio del productor, que es válido por 12 meses.
Propano Renovable Mediante Deshidrogenación de Propano
Una unidad de deshidrogenación de propano (PDH) extrae hidrógeno del propano renovable para producir propileno, exactamente como lo hace con el propano fósil. El propano renovable es un subproducto del hidrotratamiento de aceites y grasas vegetales en diésel renovable, combustible de aviación y gasolina.
Borealis informó haber iniciado la producción de PP renovable por esta ruta en diciembre de 2019, alimentando el propano renovable de Neste a su planta de PDH en Kallo, Bélgica, en reemplazo parcial del propano fósil. Al igual que en la ruta del craqueador, la cuota bio de cada lote se atribuye por balance de masa bajo ISCC PLUS.
Bio-Etanol a Propileno
El bio-etanol se convierte en propileno ya sea a través de etileno, en varios pasos, o directamente sobre un catalizador en un reactor. En la ruta de múltiples pasos, el etanol se deshidrata a etileno, y parte del etileno se dimeriza a buteno, que después de la isomerización se hace reaccionar con el resto del etileno mediante metátesis para dar propileno.
La producción comercial por esta ruta está planificada a partir de 2029, cuando está programado que inicie la planta de Citroniq en Nebraska.
Fermentación a Isopropanol, Luego Deshidratación
La ruta del isopropanol fermenta azúcares de biomasa a isopropanol con un microbio modificado genéticamente y deshidrata el isopropanol a propileno. Antes de la deshidratación, el isopropanol debe destilarse de un caldo de fermentación diluido.
Mitsui Chemicals ejecutó toda la cadena a escala de demostración en un proyecto con el Ministerio del Medio Ambiente de Japón. El informe final, del proyecto, fechado en febrero de 2022, nombró el costo y la eficiencia de reacción entre los problemas aún por resolver antes de la comercialización.
Gasificación a Metanol, Luego Metanol-a-Propileno
La ruta de gasificación produce metanol a partir de biomasa sólida gasificada, como astillas de madera, y luego convierte el metanol en propileno. La conversión utiliza ya sea metanol-a-propileno (MTP), construido para producir principalmente propileno, o metanol-a-olefinas (MTO), que produce etileno y propileno juntos.
Las dos etapas han operado comercialmente cada una, pero por separado; combinarlas para producir bio-propileno se ha evaluado en estudios de diseño.
Paso 3: Polimerizar Bio-Propileno en Plantas de PP Existentes
El bio-propileno se polimeriza en plantas de PP existentes con los mismos catalizadores y condiciones que el propileno fósil, porque es la misma molécula. El tren de polimerización es el que se utiliza en la fabricación convencional de PP, y la resina es químicamente idéntica al PP fósil: viene en el mismo homopolímero, copolímero aleatorio e de impacto PP grades
y entra en la misma corriente de reciclaje. Ser biobasado no lo hace biodegradable.
El carbono biobasado en el PP terminado se mide mediante análisis de radiocarbono, según ASTM D6866 o su equivalente ISO 16620-2, o según EN 16640 en Europa. La prueba lee lo que está físicamente en la muestra, por lo que puede verificar el contenido bio de la resina de una ruta dedicada, pero en un lote de balance de masa no necesita coincidir con la cuota declarada.