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Nueva ruta hacia los biocombustibles de hidrocarburos
Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado un proceso químico simple de dos pasos para convertir los azúcares de las plantas en combustibles de hidrocarburos. Los compuestos creados durante el proceso también podrían usarse para fabricar otros productos químicos industriales y plásticos.
Gasolina verde: Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison están utilizando catalizadores para convertir rápidamente soluciones de azúcar de plantas en una mezcla de compuestos orgánicos que flotan como el aceite. El paso de los compuestos orgánicos a través de varios catalizadores los transforma en hidrocarburos que se encuentran en la gasolina, el diesel y el combustible para aviones.
Varias empresas están fabricando biocombustibles de hidrocarburos, que pueden ser más baratos de producir que el etanol y tienen una mayor densidad energética, utilizando microbios. Empresas emergentes como LS9 y Amyris están tratando de diseñar genéticamente los sistemas metabólicos de los microbios para que fermenten azúcares en hidrocarburos útiles.
Los investigadores de Wisconsin, dirigidos por un profesor de ingeniería química y biológica James Dumesic , emplean reacciones químicas en lugar de fermentación microbiana. Utilizan catalizadores a altas temperaturas para convertir la glucosa en biocombustibles de hidrocarburos. El proceso funciona miles de veces más rápido que los microbios debido a las temperaturas más altas, por lo que requiere reactores más pequeños y baratos, dice Dumesic. Los catalizadores y sistemas reformadores que utilizan son similares a los que se utilizan en las refinerías de petróleo, lo que también simplificaría el proceso.
El proceso catalítico, presentado en línea en Ciencias , requiere dos pasos principales, que se pueden integrar y ejecutar secuencialmente con la salida de un reactor al otro. Tanto el mecanismo catalizador como el diseño del proceso continuo hacen que el nuevo enfoque sea prometedor, dice John Regalbuto, director del programa de catálisis y biocatálisis de la National Science Foundation, que financia el trabajo de Dumesic. Además, los catalizadores se pueden reciclar, mientras que los microbios mueren y deben reponerse, dice. En comparación con el uso de enzimas o microbios, dice, mi sensación es que en esta etapa del juego, los catalizadores tienen más potencial.
En el primer reactor, se pasa una solución de azúcar-agua sobre un catalizador de platino-renio a aproximadamente 500 K. Esto quita cinco de los seis átomos de oxígeno del azúcar, creando una mezcla de varios compuestos de hidrocarburos, como alcoholes y ácidos orgánicos. Los compuestos forman una capa oleosa que flota sobre la solución.
El aceite se transfiere al segundo reactor, donde pasa a través de varios catalizadores sólidos, lo que da como resultado una variedad de moléculas de hidrocarburos que componen la gasolina, el diesel y el combustible para aviones. Por ejemplo, un catalizador a base de cobre y magnesio produce los hidrocarburos que se encuentran en el diesel y el combustible para aviones. La gasolina contiene hidrocarburos en los que los átomos de carbono están conectados en estructuras ramificadas y en forma de anillo, mientras que los átomos de carbono en el diesel y el combustible para aviones forman largas cadenas lineales. Los alcoholes y ácidos orgánicos en el aceite del primer paso también podrían usarse para fabricar plásticos y productos químicos industriales, dice Dumesic.
El objetivo final de los investigadores es utilizar azúcares derivados de la biomasa celulósica, como desechos agrícolas y pasto varilla, en lugar de utilizar fuentes de alimentos como el maíz y la caña de azúcar. Esa sería la clave para producir combustibles de hidrocarburos beneficiosos para el medio ambiente a partir de plantas que sean económicamente competitivas con los combustibles derivados del petróleo. Sin embargo, las enzimas que se utilizan para extraer glucosa y otros azúcares de la celulosa son actualmente demasiado caras para que el proceso de creación de biocombustibles celulósicos sea competitivo.
Ya sea que la biogasolina compita o no con su contraparte del petróleo, aún podría tener más sentido que producir etanol, dice Regalbuto. Una de las partes más caras de la producción de etanol es la etapa de destilación que consume mucha energía, en la que el etanol debe separarse del agua. Mientras tanto, los hidrocarburos como la gasolina y el diesel flotan hacia la parte superior, por lo que son más fáciles y menos costosos de separar. Además, dice, está obteniendo un combustible que es un 30 por ciento más denso en energía [que el etanol]. Por lo tanto, es más barato de fabricar y le brinda un 30 por ciento más de rendimiento de combustible.