Un químico de la RUDN ha desarrollado un nuevo catalizador para biocombustibles ecológicos
Una de las fuentes de biocombustible puede ser la lignocelulosa, que se obtiene de los residuos agrícolas y el procesamiento de la madera. En primer lugar, de la biomasa lignocelulósica se produce metil levulinato que luego se convierte en gamma-valerolactona en presencia de catalizadores de metales nobles. La gamma-valerolactona tiene un gran potencial de biocombustible líquido con un alto poder calorifico, que es compatible con los combustibles de petróleo tradicionales, es decir, se puede usarlo en vehículos modernos sin modificaciones sustanciales en el motor. El alto costo de los catalizadores que contienen platino, paladio y rutenio es uno de los principales obstáculos para la producción en masa de este biocombustible económico. Por lo tanto, los químicos están tratando de crear catalizadores basados en los metales accesibles.
Rafael Luque, director del centro de investigación del Instituto Conjunto de Investigación Química de la Universidad RUDN, obtuvo un nuevo catalizador de sustancias fácilmente disponibles: zeolitas y dióxido de circonio. El circonio se encuentra en la naturaleza con mucha más frecuencia que los metales nobles, y su extracción es más fácil. A modo de comparación: la producción de circonio es de 300,000 toneladas/año, el de rutenio es de 20 toneladas/año. Los investigadores seleccionaron las zeolitas, que consisten en silicio, aluminio y oxígeno, como un catalizador. Las zeolitas son materiales atractivos para la preparación de materiales nanocompuestos y catalizadores debido a su estructura abierta de esqueleto-cavital con varios centros ácidos. Mediante la mezcla mecanoquímica de sal de circonio y zeolita seguido de un tratamiento térmico, los químicos de la RUDN lograron obtener un catalizador con nanopartículas de dióxido de circonio.
«Sin lugar a dudas, los biocombustibles tienen un bajo valor de mercado y margen de ganancias por lo que se necesitan procesos optimizados desde el punto de vista tecno-económico para hacer realidad este paradigma.»
Los investigadores probaron un nuevo catalizador en la reacción de hidrogenación de metil levulinato en un reactor de flujo en un medio de disolvente protónico, sin utilizar gas hidrógeno inseguro. En el experimento, el catalizador mostró alta actividad y selectividad en la reacción de formación de gamma-valerolactona. Los autores también han logrado revelar que la naturaleza de zeolita y las nanopartículas de circonio juegan un papel diferente en el mecanismo de hidrogenación. Los centros ácidos de la zeolita contribuyen a la formación de subproductos, mientras que la formación de gamma-valerolactona se desarrolla en óxido de circonio. Por lo tanto, el estudio no solo se aplica, sino que también es fundamental. Además, los autores del artículo enfatizan que el reactor protónico permite lograr un alto rendimiento del producto. Además, es más fácil controlar y administrar los valores de conversión y selectividad. La selectividad durante la síntesis realizada por los químicos alcanzó el 100% de la tasa de conversión del 50%.
Según los autores, en el futuro la hidrogenación de metil levulinato en un disolvente polar que utiliza catalizadores de zeolita de circonio baratos puede convertirse en la base de los procesos tecnológicos para convertir la biomasa lignocelulósica en biocombustible de segunda generación.
«Es todavía un poco prematuro el saber si el catalizador podrá ser aplicado a nivel industrial. El nuevo catalizador es barato, posee una síntesis simple y es altamente activo y selectivo.»
El artículo fue publicado en la revista Molecular Catalysis.
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