Se ha desarrollado un nuevo catalizador monofásico que permite la conversión de carbono renovable y residual en combustibles diesel sostenibles a través de una colaboración única entre el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y dos consorcios del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Catálisis química para bioenergía (ChemCatBio) y la iniciativa Co-Optimización de combustibles y motores (Co-Optima).

Los investigadores utilizaron la química de eterificación reductora para convertir sustratos de alcohol y cetona derivados de ácidos carboxílicos microbianos en una biomezcla de éter para su uso cuando se mezcla con combustible diesel convencional. El primer proceso catalítico continuo de su tipo fue diseñado para reducir los costos de producción en relación con la química del lote, la tecnología de vanguardia anterior. Cuando se combina con la compatibilidad potencial de la infraestructura del nuevo combustible y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en relación con el diésel fósil, reduce significativamente los riesgos inherentes a la introducción de una nueva tecnología. Más importante, con el aumento de la demanda de combustible diesel, este combustible podría ayudar a satisfacer esa necesidad de manera sostenible.

Un artículo reciente de Green Chemistry sobre la investigación, "Catálisis monofásica para la eterificación reductora de biocombustibles diésel, "amplía el trabajo anterior sobre el desarrollo de biocombustibles diésel de alto rendimiento. El otoño pasado, NREL y Co-Optima identificaron un nuevo biomezclado prometedor, 4-butoxiheptano, que utiliza el oxígeno de la biomasa para crear un combustible diesel 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 biocombustible que sea relevante y aplicable a la tecnología renovable y de conversión de residuos en energía, "explicó Derek Vardon, un investigador de NREL y uno de los autores del artículo.

NREL es un experto líder en el desarrollo de procesos catalíticos para materias primas renovables, pero este proyecto fue la primera vez que los investigadores optimizaron un catalizador monofásico específicamente para desarrollar un combustible renovable mediante eterificación reductiva. Los investigadores enfrentaron nuevos desafíos con este esfuerzo, ya que el catalizador debe realizar dos funciones simultáneas, mezclar un sitio de metal y un sitio de ácido en un proceso. Un socio de la industria comercial ayudó al equipo a obtener la cantidad correcta de acidez dentro del soporte del catalizador, mientras que el equipo de investigación recurrió a nanopartículas de metal paladio para acoplar químicamente las moléculas.

Una característica prometedora del catalizador monofásico son sus propiedades regenerativas. Si bien la química del proceso produce un biocombustible de combustión limpia con un índice de hollín bajo, también es notable la estabilidad del catalizador en el tiempo, incluso volviéndose 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 continúan estudiando y mejorando este proceso. Si bien el paladio es eficaz, también es caro. El equipo está explorando la función del paladio para determinar qué cantidad de metal precioso es necesaria. Además, Los investigadores están probando cómo funciona el catalizador con materiales de desecho más complejos que producen una mezcla de éteres además del 4-butoxiheptano.

"Creemos que tenemos una buena comprensión de por qué necesitamos que los sitios de metal de paladio sean más grandes para adaptarse a la química del acoplamiento, ", Dijo Vardon." Nuestro próximo paso es colaborar con el Laboratorio Nacional de Argonne para dar una mirada atomista a lo que está sucediendo en la superficie para ayudarnos a diseñar el próximo alto rendimiento, material catalizador de bajo costo. Aprovechando las capacidades técnicas y de análisis únicas en todo el sistema de laboratorio nacional, estamos resolviendo desafíos críticos para ayudar a que los biocombustibles avancen hacia la adopción en el mercado ".