GLICOLES ALTERNATIVOS EN ANTICONGELANTES/REFRIGERANTES

Hace más de cien años, se inventó el motor de combustión interna. Cambió la humanidad para siempre: le dio movilidad y le dio un caballo mecánico para trabajar en la construcción, minería y agricultura. Con el motor de combustión vino el calor que debía disiparse. Los primeros motores no eran tan potentes y podían enfriarse por aire.

 

El deseo de mayor potencia condujo a plataformas más grandes que no podían enfriarse con un ventilador. Por lo tanto, el siguiente paso en la evolución del motor fueron los sistemas refrigerados por líquido; y, afortunadamente, el medio de transferencia de calor líquido más eficiente y barato es el agua.

 

El agua tenía sus limitaciones

 

Si bien el agua líquida es un buen medio de transferencia de calor, la cantidad de calor que puede absorber está limitada en la parte alta por su punto de ebullición. En su mayor parte, esto se puede abordar fácilmente presurizando el sistema (lo cual elevó el punto de ebullición) y diseñando un radiador de tamaño y flujo de aire suficientes para disipar el calor acumulado en el agua.

 

Pero el problema más insidioso es que el agua se congela a una temperatura relativamente alta de 32 °F, una temperatura por debajo de la cual la mayoría de los Estados Unidos alcanzará cada invierno. Peor aún, el agua es uno de los pocos líquidos que se expande al congelarse. La presión hidráulica que esto ejerce en un sistema o espacio lleno de líquido crea un daño enorme. Esta acción de congelamiento/descongelamiento representa gran parte del daño en la carretera en los EE. UU., muchas tuberías rotas durante el invierno y sistemas de enfriamiento potencialmente destruidos si no se toman medidas.

 

 

El nacimiento del “anticongelante”

 

Por lo tanto, se tuvo que hacer algo para proteger el sistema de enfriamiento a medida que el uso y la demanda de vehículos en todas las estaciones comenzaron a crecer. Se necesitaba una sustancia química para agregar al agua para reducir el punto de congelación, e igualmente, importante evitar la expansión si el sistema de enfriamiento se congelaba. Afortunadamente, ese químico existía y era bien conocido... el metanol.

 

Así que, así es. El alcohol que hoy es el ingrediente principal en el lavado del parabrisas fue el primer anticongelante del sistema de enfriamiento. Una solución de 40 % de metanol y 60 % de agua tiene un punto de congelación de -39 °F. Sin embargo, el metanol presentó un nuevo problema porque tenía un punto de ebullición más bajo que el agua (165 °F)... ebullición de verano. La solución a este problema fue algo simple: usar la mezcla de metanol/agua en invierno, retirarla y usar agua pura en verano cuando la congelación ya no era una preocupación. Por lo tanto, durante bastante tiempo, así fue como se manejaban los equipos con motor de combustión... usar agua en el verano, agregar metanol en el invierno y cambiar de nuevo al agua solo en el verano.

 

 

Anticongelante permanente

 

Hace aproximadamente ochenta años, cuando las leyes ambientales eran en su mayoría inexistentes, una compañía química notó que un arroyo, en el que descargaban efluente (en ese entonces era una práctica común), ya no se congelaba en el invierno. Esta compañía investigó este fenómeno y descubrió que la sustancia química que impedía que el agua se congelara era el etilenglicol. Y aún mejor, el etilenglicol tenía puntos de ebullición más altos, mucho más altos que el agua. ¡Eureka! – Un químico que reducía el punto de congelación del agua y elevaba el punto de ebullición para que la mezcla de refrigerante no tuviera que eliminarse en el verano. Este fue el nacimiento del... Anticongelante permanente y fue la primera gran afirmación de comercialización de todos los fabricantes de anticongelante. Por supuesto, debido a la necesidad de inhibidores de corrosión, el refrigerante debía cambiarse periódicamente, pero esa es una historia diferente. Como resultado de este descubrimiento, nació un nuevo negocio químico para el etilenglicol.

 

Décadas más tarde, se desarrolló poliéster para ropa, botellas y película para cámara que utilizaba etilenglicol como materia prima. La industria del poliéster ha crecido tanto que el 90 % de todo el EG producido se utiliza para fabricar poliéster. Pero esta gran base de suministro ha garantizado que el EG esté disponible y sea económico para su uso en anticongelantes/refrigerantes.

 

 

Propilenglicol

 

Entonces, el etilenglicol/agua dominó el mundo de refrigerantes casi exclusivamente hasta el día de hoy. Si existe alguna desventaja del etilenglicol, es la toxicidad. En la década de 1990, por alguna razón, se decía que el envenenamiento por etilenglicol era una preocupación para los seres humanos; pero aún peor, cientos, tal vez miles, de mascotas murieron cada año por beber o lamer anticongelante derramado alrededor de los automóviles. Como parte de esta nueva preocupación, en 1991, Oregon aprobó una ley que exigía que se colocara un agente en el anticongelante (y líquido de limpiaparabrisas) para que tuviera mal sabor para evitar estos envenenamientos. Esta ley llevaba el nombre de un niño que supuestamente había perdido a una mascota debido al envenenamiento por anticongelante. Los fabricantes de anticongelantes se reunieron bajo la Asociación de Productos Especializados para el Consumidor (Consumer Specialty Products Association, CSPA) y lanzaron varias investigaciones independientes, que finalmente indicaron que nunca hubo envenenamientos humanos accidentales y, como máximo, hubo de dos a cinco casos al año de mascotas que ingerían anticongelante y quizás una muerte de mascota al año. Sin embargo, durante los próximos diez años, muchos estados aprobaron leyes similares; por lo tanto, hoy en día todos los refrigerantes basados en EG contienen un agente amargo, que le cuesta a la industria millones de dólares al año, aunque no haya una amenaza verificada para los seres humanos y... escuche esto... aunque los animales no tengan las papilas gustativas para el sabor amargo y no se vean disuadidos por el sabor ahora amargo del anticongelante.

 

La empresa que se conocía como Arco Chemical, más adelante Lyondell, utilizó esta notoriedad desfavorable sobre la toxicidad del EG para introducir refrigerantes a base de propilenglicol. El propilenglicol también reduce el punto de congelación del agua mientras eleva el punto de ebullición de la mezcla. La depresión del punto de congelación con PG no fue tan buena; una mezcla de PG y agua de 50/50 se congela a -28 °F en comparación con una mezcla de EG y agua de 50/50 que se congela a -34 °F. Pero el PG ofrecía una propiedad significativa: tenía una toxicidad tan baja que estaba en la lista de sustancias generalmente reconocidas como seguras (Generally Regarded as Safe, GRAS). En la actualidad, el PG se utiliza en muchos productos cotidianos e incluso es el ingrediente de los alimentos “blandos” para mascotas que le dan una apariencia blanda/húmeda.

 

Por lo tanto, casi todas las compañías de anticongelantes/refrigerantes comenzaron a ofrecer un refrigerante basado en PG, y se realizó una comercialización significativa para alabar sus beneficios de baja toxicidad. Old World introdujo lo que probablemente era el refrigerante de PG más exitoso, Sierra Antifreeze. Pero el PG tenía un defecto fatal. El PG es un artículo de comercio mucho más pequeño que el EG y se fabrica a través de un proceso químico diferente. Por ambos motivos, el PG es más costoso que el EG y, según sus respectivas posiciones en el mercado, puede agregar entre $1.00 y $4.00 al costo de fabricación de un galón de anticongelante.

 

Por lo general, el público consumidor siempre elegirá una alternativa más segura de cualquier producto si el precio es comparable, pero no siempre elegirá la alternativa más segura a un precio más alto. Por lo tanto, este mayor costo y el hecho de que todos los refrigerantes de EG eran amargos hicieron que fuera muy difícil para los refrigerantes a base de PG lograr y mantener una posición significativa en el mercado de refrigerantes. Hoy en día, el refrigerante de PG solo se utiliza en lo que se consideraría áreas de alto riesgo de toxicidad, como parques de diversiones o de vida silvestre, o en áreas de consumo o agricultura que tienen una gran preocupación por la seguridad de animales/mascotas. Hoy en día, el refrigerante de PG representa solo alrededor del 1 % del mercado total de refrigerantes.

 

 

Otras fuentes de glicol

 

Otros fabricantes de productos químicos han presentado su glicol preferido para lograr una participación en el mercado de refrigerantes. El propilenglicol tradicional es una molécula de tres carbonos con un grupo de alcohol unido a los carbonos n.º 1 y n.º 2. También se puede producir propilenglicol con los grupos de alcohol unidos a los carbonos finales n.º 1 y n.º 3. Esta forma de propilenglicol se denomina propanodiol (PD) para distinguirlo del propilenglicol tradicional 1 y 2.

 

El propanodiol proporciona los mismos beneficios de punto de congelación, punto de ebullición y baja toxicidad que el PG tradicional junto con el beneficio adicional de ser más estable química y oxidativamente. Esto significa que un refrigerante hecho con propanodiol durará más tiempo. Sin embargo, la ruta de fabricación para el propanodiol es aún más difícil y costosa que la del PG tradicional, por lo que el PD es más costoso que el PG. De nuevo, a pesar del considerable esfuerzo de marketing de los fabricantes de PD, el refrigerante de PD representa menos del 0.1 % del mercado.

 

Otro glicol al que la industria ha prestado mucha atención es la glicerina. La glicerina también es una molécula de tres carbonos con un grupo de alcohol unido a los tres carbonos. Si bien el EG, PG y PD son dioles, la glicerina es un triol.

 

La glicerina puede fabricarse sintéticamente, pero también es un gran subproducto de la producción de biocombustibles. La glicerina también disminuye el punto de congelación del agua y además eleva el punto de ebullición. Está fácilmente disponible y tiene una toxicidad tan baja que se utiliza en cientos de productos, incluidos lociones, geles, bebidas y productos alimenticios. Por lo tanto, el consumo humano no es una preocupación.

 

El precio de la glicerina ha fluctuado bastante, pero a veces ha estado cerca de la paridad con el EG; por lo tanto, parecería ser una buena opción de toxicidad muy baja para fabricar refrigerantes seguros. Dado que esto parecía tan prometedor, varios fabricantes de refrigerantes y fabricantes de equipos originales (original equipment manufacturer, OEM) trabajaron en el desarrollo de un refrigerante a base de glicerina.

 

Pero la glicerina también tenía sus desventajas. La glicerina no disminuye el punto de congelación del agua de manera tan eficiente como el EG; se requiere una concentración de glicerina del 60 % para lograr los mismos -34 °F que una fórmula de EG del 50 %. Eso aumenta el costo. Y la glicerina es tan viscosa como la miel. Debe enviarse y almacenarse en un camión cisterna caliente o diluirse con agua. Esto significa que un anticongelante concentrado basado en glicerina es imposible; solo se pueden fabricar, almacenar y enviar refrigerantes prediluidos. La glicerina también es muy bioactiva, lo que significa que es un excelente medio para cultivar todo tipo de hongos, bacterias, casi cualquier cosa; por lo tanto, se debe agregar un agente para evitar esto... más costos.

 

Y por último, a través de una variedad de estudios, se demostró que la pureza de la glicerina afectaba el rendimiento del refrigerante. Por debajo de cierta pureza, los refrigerantes a base de glicerina se degradaban más rápidamente que sus contrapartes de EG. Una pureza más alta significa un costo más alto. La solución a todas estas desventajas de la glicerina era considerar un refrigerante que fuera una mezcla de EG y glicerina, aunque la ventaja de la baja toxicidad se vería comprometida.

 

Por lo tanto, hoy en día solo hay un refrigerante de glicerina aprobado, que es de 80 % EG/20 % glicerina. Este refrigerante no está fácilmente disponible para los consumidores, y los precios de la glicerina han aumentado a lo largo de los años. A pesar de mucha investigación, la glicerina no ha logrado ninguna posición significativa en los mercados de refrigerantes.

 

Entonces aquí estamos, casi ochenta años después de que el etilenglicol se introdujo por primera vez en el anticongelante con la primera afirmación de un anticongelante “permanente”, que todavía el 99 % de los refrigerantes producidos son a base de etilenglicol. A nivel mundial, seguirá habiendo innovación en la tecnología de inhibidores de corrosión a medida que cambien los requisitos del sistema de refrigeración o metalurgia del motor; pero es poco probable que el etilenglicol tenga alguna vez un contendiente serio para reemplazarlo. El EG está fácilmente disponible en todo el mundo, tiene un buen precio (en comparación con cualquier competidor) y proporciona los mejores parámetros de refrigerante de cualquiera de los glicoles. Y ahora que se agregan agentes amargos, el etilenglicol llegó para quedarse.