¿Combustible de residuos? Es posible. Pero hasta ahora convertir los desechos orgánicos en combustible no ha sido económicamente viable. Se requieren temperaturas excesivamente altas y demasiada energía. Usando un concepto de catalizador novedoso, Los investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ahora han logrado reducir significativamente los requisitos de temperatura y energía de un paso clave en el proceso químico. El truco:la reacción tiene lugar en espacios muy reducidos dentro de los cristales de zeolita.

Cada vez se produce más electricidad de forma descentralizada mediante el viento, centrales hidroeléctricas y solares. "Por tanto, tiene sentido descentralizar la producción química, así como, "piensa el profesor Johannes Lercher, quien dirige la Cátedra de Química Técnica II en TU Munich. "Teóricamente, cualquier municipio podría producir su propio combustible o fertilizante ".

Hasta la fecha, esto no ha sido posible porque los procesos químicos requieren una gran cantidad de energía, más de la que pueden proporcionar las fuentes locales de energía renovable. "Por lo tanto, apuntamos a encontrar nuevos procesos para sentar las bases de la producción distribuida de productos químicos, que se puede alimentar con fuentes de energía renovables, "explica el químico, quien también es Director del Instituto Americano de Catálisis Integrada en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.

Su equipo ha cumplido ahora un requisito previo para un cambio radical en la producción química:en el laboratorio, Los científicos demostraron que la temperatura requerida para dividir los enlaces carbono-oxígeno en una solución acuosa ácida se puede reducir drásticamente utilizando cristales de zeolita. El proceso también se desarrolló mucho más rápido que sin los catalizadores de zeolita.

La naturaleza como modelo

La naturaleza brindó la referencia para el desarrollo del nuevo proceso. En sistemas biológicos, las enzimas con pequeñas bolsas en su superficie aceleran los procesos químicos.

"Pensamos en cómo podríamos aplicar estas funciones biológicas a la química orgánica, "explica Lercher." Mientras busca catalizadores adecuados que aceleren la reacción, nos topamos con zeolitas, cristales con pequeñas cavidades en las que las reacciones tienen lugar en condiciones de hacinamiento comparables a las de las bolsas de enzimas ".

Iones de hidronio arrinconados

Pero, ¿Los cuartos estrechos realmente aumentan la reactividad? Para responder a esta pregunta, El equipo de Lercher comparó las reacciones de compuestos de carbono con ácidos en un vaso de precipitados con las mismas reacciones en zeolitas. El resultado:en las cavidades de cristal, donde las moléculas que reaccionan, por ejemplo alcoholes, se encuentran con los iones hidronio de los ácidos, las reacciones son hasta 100 veces más rápidas y a temperaturas de poco más de 100 ° C.

"Nuestros experimentos demuestran que las zeolitas como catalizadores son igualmente efectivas como enzimas:ambas reducen significativamente los niveles de energía requeridos por las reacciones, "informa Lercher." Cuanto más pequeña es la cavidad, cuanto mayor sea el efecto catalítico. Logramos los mejores resultados con diámetros muy por debajo de un nanómetro ".

Geckos, cera y zeolitas

Pero, ¿por qué los espacios reducidos fomentan la reactividad de las moléculas? "La fuerza que mejora la trayectoria de reacción es la misma que hace que la cera se adhiera a una mesa y que permite que los geckos caminen por los techos, "responde Lercher." Cuantos más puntos de contacto haya entre dos superficies, cuanto mayor sea la adherencia. En nuestros experimentos, las moléculas orgánicas, que están en una solución acuosa, son literalmente atraídos por los poros de las zeolitas ".

Por lo tanto, los iones de hidronio dentro de las cavidades tienen una probabilidad significativamente mayor de chocar con un compañero de reacción que los que están fuera. El resultado es una reacción química catalizada por ácido que tiene lugar más rápido y con un menor aporte de energía.

De la basura al combustible

Cuando entran en contacto con iones de hidronio, las moléculas orgánicas como los alcoholes pierden oxígeno. Esto hace que el proceso sea adecuado para convertir el bioaceite obtenido a partir de residuos orgánicos en combustible.

Tomará un poco de tiempo, por supuesto, antes de que el nuevo proceso se pueda implementar en el campo. "Todavía estamos trabajando en los fundamentos, "enfatiza Lercher." Esperamos utilizarlos para crear las condiciones necesarias para nuevos procesos de producción química descentralizados que ya no requieren instalaciones a gran escala ".