Los catalizadores en forma de esponja podrían transformar la producción de biodiésel y la fabricación de productos químicos. La imagen muestra la esponja de cerámica porosa fabricada en el estudio (ampliada 20, 000 veces). Crédito:Universidad RMIT
Los investigadores han desarrollado un poderoso método de bajo costo para reciclar aceite de cocina usado y desechos agrícolas en biodiesel, y convertir los restos de comida y la basura plástica en productos de alto valor.
El método aprovecha un nuevo tipo de catalizador ultraeficiente que puede producir biodiésel bajo en carbono y otras moléculas complejas valiosas a partir de diversas, materias primas impuras.
El aceite de cocina usado actualmente tiene que pasar por un proceso de limpieza intensivo en energía para ser utilizado en biodiesel. porque los métodos de producción comerciales solo pueden manejar materias primas puras con 1-2% de contaminantes.
El nuevo catalizador es tan resistente que puede producir biodiésel a partir de ingredientes de baja calidad. conocido como materia prima, que contiene hasta un 50% de contaminantes.
Es tan eficiente que podría duplicar la productividad de los procesos de fabricación para transformar basura como restos de comida, microplásticos y neumáticos viejos en precursores químicos de alto valor que se utilizan para fabricar cualquier cosa, desde medicamentos y fertilizantes hasta envases biodegradables.
El diseño del catalizador se informa en un nuevo estudio de una colaboración internacional liderada por la Universidad RMIT, publicado en Catálisis de la naturaleza .
El co-investigador principal, el profesor Adam Lee, RMIT, dijo que las tecnologías de catalizadores convencionales dependían de materias primas de alta pureza y requerían costosas soluciones de ingeniería para compensar su escasa eficiencia.
"La calidad de la vida moderna depende fundamentalmente de moléculas complejas para mantener nuestra salud y proporcionar alimentos nutritivos, agua limpia y energía barata, "Dijo Lee.
"Estas moléculas se producen actualmente a través de procesos químicos insostenibles que contaminan la atmósfera, suelo y vías fluviales.
“Nuestros nuevos catalizadores pueden ayudarnos a obtener el valor total de los recursos que normalmente se desperdiciarían, desde aceite de cocina rancio usado hasta cáscaras de arroz y cáscaras de vegetales, para promover la economía circular.
"Y al aumentar radicalmente la eficiencia, podrían ayudarnos a reducir significativamente la contaminación ambiental de la fabricación de productos químicos y acercarnos a la revolución de la química verde ".
Esponja de catalizador:avance de la química verde
Para hacer el nuevo catalizador ultraeficiente, El equipo fabricó una esponja de cerámica del tamaño de una micra (100 veces más delgada que un cabello humano) que es altamente porosa y contiene diferentes componentes activos especializados.
Las moléculas ingresan inicialmente a la esponja a través de poros dilatados, donde experimentan una primera reacción química, y luego pasan a poros más pequeños donde experimentan una segunda reacción.
Una ilustración gráfica que muestra cómo el catalizador realiza varias reacciones químicas en secuencia dentro de una sola partícula de catalizador, con moléculas que ingresan a la esponja a través de los poros grandes (macroporo) y luego pasan a poros más pequeños (mesoporo). Crédito:Universidad RMIT
Es la primera vez que se desarrolla un catalizador multifuncional que puede realizar varias reacciones químicas en secuencia dentro de una sola partícula de catalizador. y podría cambiar las reglas del juego para el mercado global de catalizadores de 34.000 millones de dólares.
La co-investigadora principal, la profesora Karen Wilson, también de RMIT, dijo que el nuevo diseño del catalizador imita la forma en que las enzimas en las células humanas coordinan reacciones químicas complejas.
"Se han desarrollado previamente catalizadores que pueden realizar múltiples reacciones simultáneas, pero estos enfoques ofrecen poco control sobre la química y tienden a ser ineficientes e impredecibles, "Dijo Wilson.
"Nuestro enfoque bioinspirado busca los catalizadores de la naturaleza, las enzimas, para desarrollar una forma poderosa y precisa de realizar múltiples reacciones en una secuencia establecida.
"Es como tener una línea de producción a nanoescala para reacciones químicas, todo alojado en uno, partícula de catalizador diminuta y súper eficiente ".
Diésel de bricolaje:apoyo a la producción distribuida de biocombustibles
Los catalizadores en forma de esponja son baratos de fabricar, sin utilizar metales preciosos.
La fabricación de biodiésel con bajo contenido de carbono a partir de desechos agrícolas con estos catalizadores requiere poco más que un contenedor grande, un poco de calentamiento suave y agitación.
Es una tecnología de baja enfoque de bajo costo que podría promover la producción distribuida de biocombustibles y reducir la dependencia del diesel derivado de combustibles fósiles.
"Esto es particularmente importante en los países en desarrollo donde el diesel es el principal combustible para alimentar los generadores de electricidad domésticos, "Dijo Wilson.
"Si pudiéramos capacitar a los agricultores para que produzcan biodiésel directamente a partir de desechos agrícolas como el salvado de arroz, cáscaras de anacardos y semillas de ricino, en su propia tierra, esto ayudaría a abordar los problemas críticos de la pobreza energética y las emisiones de carbono ".
Si bien los nuevos catalizadores se pueden utilizar inmediatamente para la producción de biodiésel, con un mayor desarrollo, podrían adaptarse fácilmente para producir combustible para aviones a partir de desechos agrícolas y forestales, llantas de goma viejas, e incluso algas.
Los próximos pasos para el equipo de investigación de la RMIT School of Science son escalar la fabricación de catalizadores de gramos a kilogramos y adoptar tecnologías de impresión 3-D para acelerar la comercialización.
"También esperamos ampliar la gama de reacciones químicas para incluir la luz y la activación eléctrica para tecnologías de vanguardia como la fotosíntesis artificial y las pilas de combustible". "Dijo Lee.
"Y estamos buscando trabajar con socios comerciales potenciales para crear una gama de catalizadores disponibles comercialmente para diferentes aplicaciones".
