Un equipo de investigadores, dirigido por la Universidad de Minnesota, ha inventado una nueva tecnología para producir neumáticos para automóviles a partir de árboles y pastos en un proceso que podría cambiar la industria de producción de neumáticos hacia el uso de recursos renovables que se encuentran en nuestros patios traseros.
Los neumáticos convencionales para automóviles se consideran ecológicos porque están hechos principalmente de combustibles fósiles. Los neumáticos para automóviles producidos a partir de biomasa que incluye árboles y pastos serían idénticos a los neumáticos para automóviles existentes con la misma composición química, color, forma y rendimiento.
La tecnología ha sido patentada por la Universidad de Minnesota y está disponible para obtener licencias a través de la Oficina de Comercialización de Tecnología de la Universidad de Minnesota.
El nuevo estudio es publicado por la ACS Catalysis de la American Chemical Society, una revista líder en ciencias químicas y de catálisis. Los autores del estudio incluyen investigadores de la Universidad de Minnesota, la Universidad de Massachusetts Amherst y el Centro de Polímeros Sostenibles,un centro financiado por la National Science Foundation en la Universidad de Minnesota.
"Nuestro equipo creó un nuevo proceso químico para producir isopreno, la molécula clave en los neumáticos de los automóviles, a partir de productos naturales como árboles, pastos o maíz", dijo Paul Dauenhauer, profesor asociado de ingeniería química y ciencia de materiales de la Universidad de Minnesota yinvestigador principal del estudio: "Esta investigación podría tener un impacto importante en la industria de neumáticos para automóviles multimillonaria".
"La colaboración fue realmente la clave para esta investigación que llevó la biomasa hasta el isopreno", dijo Carol Bessel, subdirectora de la división de química de la National Science Foundation NSF, que financia el Centro de Polímeros Sostenibles ".La colaboración y la sinergia entre los investigadores con diferentes enfoques y habilidades es realmente lo que estamos tratando de promover dentro de los Centros de NSF para el Programa de Innovación Química ".
Actualmente, el isopreno se produce al romper térmicamente moléculas en el petróleo que son similares a la gasolina en un proceso llamado "craqueo". El isopreno se separa de cientos de productos y se purifica. En el paso final, el isopreno reacciona conen cadenas largas para hacer un polímero sólido que es el componente principal en los neumáticos para automóviles.
El isopreno derivado de la biomasa ha sido una iniciativa importante de las compañías de neumáticos durante la última década, con la mayor parte del esfuerzo centrado en la tecnología de fermentación similar a la producción de etanol. Sin embargo, el isopreno renovable ha demostrado ser una molécula difícil de generar a partir de microbios, ylos esfuerzos para lograrlo mediante un proceso completamente biológico no han tenido éxito.
Financiado por NSF, los investigadores del Centro de Polímeros Sostenibles se han centrado en un nuevo proceso que comienza con azúcares derivados de la biomasa, incluidos pastos, árboles y maíz. Descubrieron que un proceso de tres pasos se optimiza cuando se "hibrida"lo que significa que combina la fermentación biológica utilizando microbios con refinación catalítica convencional que es similar a la tecnología de refinación de petróleo.
El primer paso del nuevo proceso es la fermentación microbiana de azúcares, como la glucosa, derivada de la biomasa a un intermedio, llamado ácido itacónico. En el segundo paso, el ácido itacónico se hace reaccionar con hidrógeno a un químico llamado metil-THF tetrahidrofuranoEste paso se optimizó cuando el equipo de investigación identificó una combinación metal-metal única que sirvió como un catalizador altamente eficiente.
El avance de la tecnología de proceso llegó en el tercer paso para deshidratar metil-THF a isopreno. Utilizando un catalizador recientemente descubierto en la Universidad de Minnesota llamado P-SPP Pentasil auto-acumulado de fósforo, el equipo pudo demostrar una eficiencia catalíticatan alto como 90 por ciento con la mayor parte del producto catalítico como isopreno. Al combinar los tres pasos en un proceso, el isopreno se puede obtener de la biomasa de forma renovable.
"El rendimiento de los nuevos catalizadores de zeolita que contienen P como S-PPP fue sorprendente", dice Dauenhauer. "Esta nueva clase de catalizadores de ácido sólido exhibe una eficiencia catalítica mejorada dramáticamente y es la razón por la cual el isopreno renovable es posible".
"El isopreno de origen biológico tiene el potencial de expandir la producción nacional de neumáticos para automóviles mediante el uso de recursos renovables y fácilmente disponibles en lugar de combustibles fósiles", dijo Frank Bates, un experto en polímeros y profesor de ingeniería química y ciencia de los materiales de la Universidad de Minnesota Regents"Este descubrimiento también podría afectar a muchos otros productos tecnológicamente avanzados a base de caucho".
Además del profesor Dauenhauer, los investigadores que formaron parte del estudio de la Universidad de Minnesota fueron los profesores Michael Tsapatsis y Kechun Zhang, los investigadores posdoctorales Omar Abdelrahman, Dae Sung Park, Charles Spanjers y Limin Ren, y la actual estudiante Katherine Vinter.del profesor Wei Fan de Massachusetts Amherst y el estudiante Hong Je Cho también formaron parte del equipo de investigación.
Para leer el artículo de investigación completo titulado "Isopreno renovable por hidrogenación secuencial de ácido itacónico y deshidraciclación de 3-metil-tetrahidrofurano", visite el sitio web de catálisis de ACS.
La invención de la tecnología de neumáticos renovables es parte de una misión más grande del Centro de Polímeros Sostenibles, un Centro de Innovación Química financiado por NSF y dirigido por la Universidad de Minnesota. Iniciado en 2009, el CSP se ha centrado en transformar la forma en que se fabrican los plásticosy sin hacer a través de investigaciones innovadoras. Los investigadores tienen como objetivo diseñar, preparar e implementar polímeros derivados de recursos renovables para una amplia gama de aplicaciones avanzadas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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