Detrás de la conversión exitosa de biomasa en un mejor biocombustible o un nuevo químico verde, hay un solvente cuidadosamente elegido. El solvente adecuado no solo disuelve la biomasa sino que también impulsa la eficiencia de todo el proceso de conversión, resultando en mayores rendimientos y un resultado final más bajo.

Para los investigadores del Centro de Investigación de Bioenergía de los Grandes Lagos (GLBRC), El papel central de los disolventes en la conversión de biomasa no alimentaria en biocombustibles y bioproductos significa que están listos para la optimización. Un mejor uso de solventes podría mejorar la economía de las biorrefinerías, impulsar una gama de biocombustibles y bioproductos nuevos y más sostenibles al mercado, y proporcionar nuevas fuentes de ingresos a los agricultores.

Pero los solventes orgánicos usados ​​en la conversión de biomasa son críticos para el proceso y un poco misteriosos. Es decir, los científicos no comprenden fundamentalmente "los efectos de los solventes, o el papel que pueden desempeñar los solventes en el cambio de las velocidades de reacción, vías de reacción, distribuciones de productos, o rendimientos.

"Hemos visto efectos de los solventes en las reacciones durante muchos años, "dice Max Mellmer, investigador de investigación en Bristol-Myers Squibb y ex estudiante de posgrado de la Universidad de Wisconsin-Madison en el laboratorio del profesor de ingeniería química y biológica James Dumesic. "Pero no entendemos, catalíticamente, cómo trabajan ellos."

Si bien los investigadores de todo tipo han elegido tradicionalmente diferentes disolventes en función de sus propiedades conocidas, Mellmer y sus colaboradores están impulsando una comprensión más amplia, uno que permitiría a los investigadores no solo comprender mejor los efectos de los solventes, sino también utilizar ese conocimiento para optimizar las reacciones de conversión de biomasa.

"Queríamos diseñar un sistema en el que pudiéramos estudiar y predecir los efectos de los solventes a un nivel fundamental y tratar de comprender su papel en los procesos catalíticos". ", dice Mellmer." Estamos tratando de avanzar hacia una selección de solventes más racional para las reacciones ".

En un artículo publicado recientemente en Catálisis de la naturaleza , el primer autor Mellmer y los colegas de GLBRC analizan los efectos de los solventes, Encontrar una nueva forma de medir y analizar cómo un disolvente altera la estabilidad de dos puntos diferentes de una reacción química. el estado inicial y el estado de transición. El método, que se basa en la experimentación y la computación, es el primero en ofrecer una ventana a las propiedades fundamentales de los efectos de los disolventes.

El sistema del equipo para predecir los efectos de los solventes tiene aplicaciones prácticas inmediatas. Los investigadores utilizaron su conocimiento de los efectos de los solventes para lograr altos rendimientos de hidroximetilfurfural (HMF), una plataforma química que se puede utilizar para fabricar combustibles de transporte y plásticos de base biológica, al tiempo que limita la conversión posterior de HMF a otros productos químicos.

Esta "producción selectiva" de una plataforma química es importante, ya que el HMF y una serie de otras sustancias químicas son de gran interés para la industria química. Reducir el costo de producción de estos químicos a partir de la biomasa podría significar la oportunidad de reemplazar los químicos y productos derivados del petróleo por otros más sostenibles, equivalentes derivados de la biomasa. De hecho, un estudio reciente del laboratorio de Dumesic describe el uso de HMF como intermediario del ácido furandicarboxílico (FDCA), un precursor de plástico de base biológica con el potencial de mejorar drásticamente la economía de la fabricación de plástico a partir de biomasa.

"Estos hallazgos son fundamentales para lograr biocombustibles y bioproductos económicamente competitivos, "dice Dumesic." Si vamos a realizar un futuro en el que nuestros combustibles y productos sean de base biológica, tenemos que optimizar cada paso de nuestros procesos de conversión y desarrollar formas nuevas y económicas de fabricar productos de alto valor a partir de biomasa ".