NREL ha informado que ha desarrollado un nuevo catalizador monofásico que permite la conversión de carbono renovable y residual en combustibles diésel sostenibles.
El nuevo convertidor cataliítico fue creado gracias a una colaboración de dos consorcios del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) los cuales fueron el grupo Chemical Catalysis for Bioenergy (ChemCatBio) y la iniciativa Co-Optimization of Fuels & Engines (Co-Optima), más el equipo del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL, por sus siglas en inglés).
Los investigadores utilizaron la química de eterificación reductora para convertir los sustratos de alcohol y cetona derivados de los ácidos carboxílicos microbianos en una biomezcla de éteres para su utilización cuando se mezclen con el combustible diésel convencional.
El proceso catalítico continuo, primero en su género, se diseñó para reducir los costos de producción en relación con la química por lotes, la tecnología de vanguardia anterior.
Cuando se combina con la posible compatibilidad de la infraestructura del nuevo combustible y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en relación con el diésel o gasoil, se reducen considerablemente los riesgos inherentes a la introducción de una nueva tecnología. Y lo que es más importante, con el aumento de la demanda del diésel, este combustible podría ayudar a satisfacer esa necesidad de manera sostenible.
En el reciente artículo de Green Chemistry sobre la investigación «Single-Phase Catalysis for Reductive Etherification of Diesel Bioblendstocks» amplía los trabajos anteriores de desarrollo de biocombustibles diésel de alto rendimiento.
El otoño pasado, la NREL y Co-Optima también identificaron un nuevo y prometedor biocombustible, el 4-butoxiheptano, que utiliza el oxígeno de la biomasa para crear un combustible diésel de mayor rendimiento. El proceso de eterificación reductora utiliza un catalizador de una sola fase para producir 4-butoxiheptano de manera más eficiente.
«Con esta investigación, buscamos hacer un nuevo proceso de conversión de biocombustibles que sea relevante y aplicable a la tecnología de energía renovable y de residuos», explicó Derek Vardon, un investigador del NREL y uno de los autores del artículo.
NREL es un destacado líder en el desarrollo de procesos catalíticos para materias primas renovables, pero este proyecto fue la primera vez que los investigadores optimizaron un catalizador de una sola fase específicamente para desarrollar un combustible renovable mediante eterificación reductora.
Los investigadores se enfrentaron a nuevos desafíos con este esfuerzo, ya que el catalizador debe realizar dos funciones simultáneas, mezclando un lado metálico y un lado ácido en un solo proceso.
Un socio de la industria comercial ayudó al equipo a obtener la cantidad adecuada de acidez dentro del soporte del catalizador, mientras que el equipo de investigación recurrió a las nanopartículas metálicas de paladio para acoplar químicamente las moléculas entre sí.
Catalizador monofásico: características
Una característica prometedora del catalizador monofásico son sus propiedades regenerativas. Si bien la química del proceso produce un biocombustible de combustión limpia con un bajo índice de suciedad, también es notable la estabilidad del catalizador a lo largo del tiempo, llegando incluso a ser más activo cuando se regenera. La alta estabilidad es fundamental para los catalizadores industriales que deben durar años para ser económicos y ambientalmente sostenibles.
Los investigadores siguen estudiando y mejorando este proceso. Mientras que el paladio es efectivo, también es caro. El equipo está explorando la función del paladio para determinar cuánto del metal precioso es necesario. Además, los investigadores están probando cómo funciona el catalizador con materiales de desecho más complejos que producen una mezcla de éteres además de 4-butoxiheptano.
«Creemos que entendemos bien por qué necesitamos que los lados del paladio sean más grandes para acomodar la química del acoplamiento», dijo Vardon.
«Nuestro próximo paso es colaborar con el Laboratorio Nacional de Argonne para echar un vistazo atomístico a lo que está sucediendo en la superficie para ayudarnos a diseñar el próximo material catalizador de alto rendimiento y bajo coste.
«Al aprovechar las capacidades técnicas y de análisis únicas en todo el sistema del laboratorio nacional, estamos resolviendo desafíos críticos para ayudar a avanzar los biocombustibles hacia la adopción del mercado», reseña el equipo de NREL en el comunicado de prensa.
Junto con el investigador Derek Vardon, los autores del artículo de Química Verde incluyen a Glenn Hafenstine, Nabila Huq, Davis Conklin, Matthew Wiatrowski y Xiangchen Huo del NREL, y Qianying Guo y Kinga Unocic del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
La investigación del equipo fue financiada en parte por la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del DOE y la Oficina de Tecnologías de Bioenergía.
El proyecto también se llevó a cabo en colaboración con el consorcio ChemCatBio, que supera los desafíos de la catálisis para la conversión de biomasa y recursos de desechos en combustibles, productos químicos y materiales, así como la iniciativa Co-Optima, que se centra en la forma en que las innovaciones simultáneas en combustibles y motores pueden mejorar el ahorro de combustible y el rendimiento de los vehículos y, al mismo tiempo, reducir las emisiones.
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