Fig.1:Imagen TEM del catalizador de nanopartículas de rutenio soportado por CeO2. Los círculos amarillos muestran nanopartículas de Ru. Crédito:Universidad de Osaka
Los investigadores de la Universidad de Osaka crean un catalizador para refinar los productos químicos en los desechos de las plantas, permitiendo una vía verde para producir materias primas valiosas.
La lucha contra el cambio climático es un llamado a las armas para la industria. Actualmente confiamos en combustibles fósiles, una fuente importante de CO2, gas de efecto invernadero, no solo para la energía, sino también para crear productos químicos para la fabricación. Para alejar nuestras economías de esta dependencia, debemos encontrar una nueva fuente de materias primas "verdes" para que las fábricas y los laboratorios puedan funcionar sin producir ni emitir CO2.
Ahora, un equipo de investigación de la Universidad de Osaka ha descubierto cómo crear productos químicos valiosos a partir de fuentes limpias. Usaron biomasa, esencialmente desechos de materiales vegetales. La biomasa es rica en moléculas orgánicas:largas cadenas de átomos de carbono unidos al oxígeno. Los métodos existentes pueden romper los enlaces carbono-oxígeno en estas moléculas para crear, por ejemplo, materias primas para plásticos. Sin embargo, romper los enlaces carbono-carbono, para acortar las cadenas moleculares, es más difícil se necesitan temperaturas extremas, ya menudo producen productos no deseados.
El método desarrollado en Osaka se basa en un nuevo catalizador. Los catalizadores permiten que ocurran reacciones, sin consumirse ellos mismos. A menudo se basan en metales, y el nuevo ejemplo no es una excepción:consiste en partículas atómicamente pequeñas de rutenio, un metal relacionado con el hierro, sentado sobre un material llamado óxido de cerio.
Fig.2:Escisiones selectivas de enlaces C-C de productos químicos biogénicos catalizados por el catalizador de nanopartículas de rutenio soportado por CeO2. Crédito:Universidad de Osaka
Después de crear su catalizador, los investigadores lo probaron con ácido levulínico (LA) de biomasa. LA reaccionó para romper el enlace C-C a 150 grados Celsius, caliente para algunos, pero suave para los estándares industriales. El producto de reacción fue 2-butanol, una sustancia química importante para la fabricación de disolventes. "Esta es la primera vez que se produce 2-butanol de esta manera verde, usando LA, "explica el primer autor del estudio, Tomoo Mizugaki." Tradicionalmente, está hecho de buteno, que proviene de refinerías de petróleo altamente contaminantes ".
Animado por esto, el equipo probó su catalizador en otros productos químicos de biomasa. Se obtuvo una gama de productos valiosos. Crucialmente, las reacciones siempre rompían los enlaces carbono-carbono. Esto les permitió producir, por ejemplo, ciclohexanol, una sustancia química importante en la fabricación de nailon.
Fig.3:Las nuevas rutas sintéticas para sustancias químicas valiosas utilizando el catalizador de nanopartículas de rutenio soportado por CeO2. Crédito:Universidad de Osaka
Los estudios de rayos X y microscopio confirmaron que la combinación de rutenio, El óxido de cerio y el agua fueron vitales para que ocurriera la reacción. Por lo tanto, el nuevo catalizador llena un vacío importante en la caja de herramientas de reacciones del químico.
"Esperamos que este método ayude a todos los sectores de la industria a obtener materias primas de fuentes no fósiles, ", dice el autor correspondiente Kiyotomi Kaneda." Necesitamos un cambio radical de pensamiento, de modo que los productos químicos bioderivados se consideren opciones primarias en la fabricación ".
