Aunque solemos pensar en el etanol como combustible para el tanque de gasolina, también se puede transformar en sustancias químicas valiosas que podrían ayudar a reemplazar una variedad de productos a base de petróleo más allá de la gasolina. Sin embargo, La evolución del etanol para una gama más amplia de industrias requiere procesos químicos que sean más eficientes que los disponibles en la actualidad.

Los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) han desarrollado un catalizador novedoso que convierte el etanol en cetonas C5 + que pueden servir como componentes básicos para todo, desde disolventes hasta combustible para aviones. En un nuevo periódico describen esta química revolucionaria y el mecanismo detrás de ella.

Mejora de etanol en un solo recipiente a cetonas C5 +

Los catalizadores son necesarios para acelerar las transformaciones químicas que convierten el etanol en otros compuestos. Para ser comercialmente viable, un catalizador debe ser muy activo y al mismo tiempo generar selectivamente los productos químicos deseados; en otras palabras, debe producir de forma fiable el material exacto buscado. Los científicos buscan catalizadores para el etanol que puedan producir los compuestos adecuados de manera eficiente y hacerlo repetidamente. En productos químicos que requieren numerosos pasos de reacción en una larga cascada de reacciones químicas hacia el producto final, esto puede ser una tarea difícil.

El catalizador desarrollado en PNNL condensa múltiples reacciones en un solo paso. El etanol se encuentra con el catalizador a alta temperatura (370 ° C, o 698 ° F) y presión (300 libras por pulgada cuadrada). Luego se convierte rápidamente en productos que contienen más del 70 por ciento de cetonas C5 +. El catalizador también parece robusto, permaneciendo estable más de 2, 000 horas de uso. El objetivo final es tener un catalizador que pueda durar de 2 a 5 años.

Para su investigación, los científicos combinaron óxido de zinc y dióxido de circonio para el catalizador. Tales catalizadores de óxidos mixtos no suelen alcanzar tal selectividad, en su lugar, escindir demasiados subproductos no deseados.

Pero los investigadores agregaron otro ingrediente clave a la mezcla:paladio. Durante el proceso, el paladio y el zinc formaron una aleación que se comportó de manera muy diferente a sus partes constituyentes, catalizando solo los pasos de reacción necesarios que conducen a la formación de cetonas C5 +.

"Lo nuevo es producir estas cetonas formando la aleación entre paladio y zinc durante la reacción, "dijo Karthi Ramasamy, coautor del estudio e ingeniero de investigación senior en PNNL. "Tantos pasos intermedios ocurren todos en este catalizador; cada paso requiere un componente diferente del catalizador para activarlo".

Un catalizador operación flexible

El catalizador se puede usar para preparar 2-pentanona y / o 2-heptanona, que se utilizan en disolventes para la industria electrónica y suelen derivar del petróleo. Las cetonas C5 + también pueden servir como productos intermedios para producir mezclas de combustible, lubricantes combustible para aviones, y combustible diesel. Generar dichos productos a partir de etanol renovable en lugar de recursos fósiles podría ayudar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y aumentar la seguridad energética.

"Este catalizador es muy flexible, ", Dijo Ramasamy." Podemos hacer ajustes a las condiciones de operación, como temperatura y presión, para lograr la composición de producto deseada ".

El proceso se detalla más en el documento "Conversión catalítica directa de etanol a cetonas C5 +:papel de la aleación de Pd-Zn en la actividad catalítica y la estabilidad, "publicado en la revista Edición internacional Angewandte Chemie .