Un equipo de investigación de la Universidad de Huelva ha desarrollado dos tipos de biolubricantes con características de gel para elementos mecánicos con residuos vegetales procedentes de los restos de poda o recolección agroalimentaria y de la producción de etanol. En concreto, los científicos reutilizaron la lignina -un compuesto procedente de las paredes leñosas de las plantas- y la sometieron a técnicas físicas y químicas para obtener dos fluidos viscosos que sirven para engrasar elementos mecánicos como engranajes, cintas transportadoras, cadenas o rodamientos.

Equipo de investigación que ha participado en el estudio.

Normalmente, los lubricantes de uso industrial se elaboran con compuestos químicos altamente tóxicos o contaminantes como jabones de litio, sulfuro de molibdeno o aceites minerales no biodegradables. Éstos se emplean en las partes móviles de las máquinas para limpiarlas, reducir la corrosión, la fricción y el desgaste de las mismas.

La novedad que plantea la investigación del grupo ‘Ingeniería de Fluidos Complejos’ de la Universidad de Huelva es el empleo de la lignina, una materia prima más sostenible, dado que procede de restos de poda o de recolección agroalimentaria que habitualmente se desecha. Esta sustancia se caracteriza por impartir propiedades gelificantes (que le aportan la densidad de gel al producto), elásticas y una alta viscosidad. “Sustituye a otros compuestos más contaminantes empleados en la elaboración de grasas lubricantes, es más barato de obtener y más sostenible”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Huelva José María Franco.

Grasa lubricante de lignina.

Procedimiento físico

Así, los científicos proponen dos métodos para elaborar estos productos. En el primero, detallado en el artículo ‘Electrospun lignin-PVP nanofibers and their ability for structuring oil’, publicado en International Journal of Biological Macromolecules, los expertos explican que emplearon una técnica física, el electrohilado, para desarrollar el oleogel. El instrumental con el que se elabora, similar en apariencia a una impresora 3D, es un dispensador con forma de embudo que usa fuerzas eléctricas para transformar la lignina en nanofibras de distintas formas (más redondeada como una piedra o alargada como un espagueti) y tamaños, que pueden ser tan diminutos como una bacteria.

Una vez obtenidas las nanopartículas en el laboratorio los expertos dispersaron estas pequeñas partículas en aceite de ricino, que actuaba como medio portador. Comprobaron que las nanofibras más eficaces para estructurar el aceite eran las alargadas, con forma de hilos. De este modo, ambas sustancias se mezclaron y tomaron la consistencia de un fluido altamente viscoso, parecido en apariencia a una crema hidratante densa. “Nuestro objetivo era lograr un biolubricante de gran viscosidad, que procediera de una materia prima renovable y biodegradable”, comenta José María Franco.

Procedimiento químico

En el otro método la lignina procede del proceso bioquímico de obtención de etanol, un compuesto usado como combustible para vehículos. En este caso, los investigadores de la Universidad de Huelva trabajaron en colaboración con el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria (INIA-CSIC) y el Centro de Investigaciones Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), ambos de Madrid.

El etanol se genera mediante la fermentación de vegetales como la caña de azúcar o el maíz. Los restos de estas plantas pueden reutilizarse para producir biogás o, más habitualmente, se incineran. En este caso, el equipo de la INIA-CSIC extrajo la lignina de los residuos desechables y el CIEMAT la sometió a una serie de tratamientos bioquímicos que se detallan en el artículo ‘Lignin-enriched residues from bioethanol production: Chemical characterization, isocyanate functionalization and oil structuring properties’ y publicado en International Journal of Biological Macromolecules.

Material lignocelulósico pretratado.

A continuación, los expertos de Huelva mezclaron el compuesto modificado con moléculas de diisocianato de hexametileno (HDI). Éste funciona como un pegamento entre la lignina y el aceite de ricino, que ejerce de medio portador. “Así, logramos estructurar de forma química un oleogel que puede emplearse para lubricar recipientes cerrados de difícil acceso, entre otros elementos mecánicos”, explica José María Franco.

Estabilizar los aceites vegetales

Aunque la elaboración de los biolubricantes con base de lignina y aceite de ricino se ha probado únicamente a escala laboratorio, los científicos confirman que podrían producirse a nivel industrial. Añaden que, además, tendría repercusiones positivas a nivel medioambiental, dado que ambas técnicas son menos contaminantes que las habituales y emplean menos agentes químicos.

Como siguiente paso, los científicos se centran en estabilizar los aceites vegetales para que mantengan su funcionalidad y viscosidad mediante otros métodos físicos. Su objetivo es prescindir totalmente de agentes reactivos potencialmente contaminantes y evolucionar a una producción más sostenible para el medio ambiente.

Reactor de hidrólisis enzimática empleado en este trabajo.

Estos trabajos han sido financiados por el Ministerio de Ciencia e Innovación (proyectos RTI2018- 096080-B-C21 y RTI2018-096080-B-C22) y fondos propios de la Universidad de Huelva. Además, cuenta con una subvención FEDER.

Referencias

Borrero-López, A. M.; Valencia, C.; Ibarra, D.; Ballesteros, I. & Franco, J. M. (2022). ‘Lignin-enriched residues from bioethanol production: Chemical characterization, isocyanate functionalization and oil structuring properties’. International Journal of Biological Macromolecules, 195, 412-423.

María, J.E.; Martín-Alfonso, M.; Sánchez, C.; Valencia, C. & Franco, J.M. (2021). ‘Electrospun lignin-PVP nanofibers and their ability for structuring oil’. International Journal of Biological Macromolecules, 180, 212-221.

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