Investigadores diseñan catalizador para convertir biomasa a biocombustible

Investigadores de la Universidad de Manchester diseñan catalizador para la conversión de biomasa a biocombustible



Diseñan catalizador para convertir biomasa a biocombustible
Diseñan catalizador para convertir biomasa a biocombustible

Investigadores dirigidos por la Universidad de Manchester en el Reino Unido han diseñado un catalizador que convierte la biomasa en fuentes de combustible con muy alta eficiencia. Así ofrecen nuevas posibilidades para la fabricación de materiales renovables avanzados.

Los experimentos de dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía desempeñaron un papel clave en la determinación de la dinámica química y conductual de un catalizador de zeolita para proporcionar información para maximizar su rendimiento. La zeolita es un material poroso común utilizado en catálisis comercial.

El catalizador optimizado, conocido como NbAIS-1, convierte las materias primas derivadas de la biomasa en olefinas ligeras.

Una clase de productos petroquímicos como el eteno, el propeno y el butano, que se utilizan para fabricar plásticos y combustibles líquidos. El nuevo catalizador tiene un rendimiento de más del 99%, pero requiere mucha menos energía que sus predecesores.

«La industria depende en gran medida del uso de olefinas ligeras del petróleo crudo, pero su producción puede tener impactos negativos en el medio ambiente. Los catalizadores anteriores que producían buteno a partir de compuestos oxigenados purificados requerían mucha energía o temperaturas extremadamente altas. Este nuevo catalizador convierte directamente los compuestos oxigenados crudos en condiciones mucho más suaves y con mucha menos energía. Por lo tanto es más amigable con el medio ambiente».

Longfei Lin, autor principal de la Universidad de Manchester.

Por lo general, una reacción química para descomponer la biomasa requiere una gran cantidad de energía.

Sin embargo, para un diseño más ecológico, el equipo de investigación impuso el catalizador al reemplazar los átomos de silicio de la zeolita con niobio y aluminio. La sustitución crea un estado químicamente desequilibrado que promueve la separación de enlaces, reduciendo radicalmente la necesidad de altos grados de tratamientos térmicos.

«La química que tiene lugar en la superficie de un catalizador puede ser extremadamente complicada. Si no tiene cuidado al controlar cosas como la presión, la temperatura y la concentración, terminará ganando muy poco butano. Para obtener un alto rendimiento, hay que optimizar el proceso, y para optimizar el proceso hay que entender cómo funciona el mismo».

Agregó el investigador de ORNL Yongqiang Cheng.

El espectrómetro VISION en la fuente de neutrones de espalación de ORNL permitió a los investigadores determinar con precisión qué enlaces químicos estaban presentes y cómo se comportaban en función de las firmas vibratorias de los enlaces. Esa información luego les permitió reconstruir la secuencia química necesaria para optimizar el rendimiento del catalizador.

«Hay muchas pruebas y errores asociados con el diseño de un catalizador de tan alto rendimiento como el que hemos desarrollado. Cuanto más comprendamos cómo funcionan los catalizadores, más podremos guiar el proceso de diseño de los materiales de próxima generación».

Explicó el autor correspondiente Sihai Yang de la Universidad de Manchester.

Las mediciones de difracción de rayos X de sincrotrón en la fuente de luz de diamante del Reino Unido se usaron para determinar la estructura atómica del catalizador y se realizaron mediciones complementarias de dispersión de neutrones en la fuente de neón y muón ISIS del laboratorio Rutherford Appleton

La investigación del equipo ha sido publicada en la revista Nature Materials.


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