¿Combustible de los desechos? Es posible. Pero hasta ahora, la conversión de desechos orgánicos en combustible no ha sido económicamente viable. Se requieren temperaturas excesivamente altas y demasiada energía. Utilizando un nuevo concepto de catalizador, investigadores de la Universidad Técnica de Munich TUMahora han logrado reducir significativamente los requisitos de temperatura y energía de un paso clave en el proceso químico. El truco: la reacción tiene lugar en espacios muy confinados dentro de los cristales de zeolita.
Cada vez más electricidad se produce de manera descentralizada utilizando plantas de energía eólica, hidráulica y solar. "Por lo tanto, también tiene sentido descentralizar la producción química", piensa el profesor Johannes Lercher, quien dirige la Cátedra de Química Técnica II en TU Munich ".Teóricamente, cualquier municipio podría producir su propio combustible o fertilizante ".
Hasta la fecha, esto no ha sido posible porque los procesos químicos requieren una gran cantidad de energía, más de lo que las fuentes locales de energía renovable pueden proporcionar ". Por lo tanto, buscamos encontrar nuevos procesos para sentar las bases de la producción distribuida de productos químicos, quepuede alimentarse con fuentes de energía renovables ", explica el químico, quien también es Director del Instituto Americano de Catálisis Integrada en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.
Su equipo ha cumplido un requisito previo para un cambio en la producción química: en el laboratorio, los científicos demostraron que la temperatura requerida para dividir los enlaces carbono-oxígeno en una solución acuosa ácida se puede reducir drásticamente utilizando cristales de zeolita. El proceso también funcionó muchomás rápido que sin los catalizadores de zeolita.
La naturaleza como modelo
La naturaleza proporcionó la referencia para el desarrollo del nuevo proceso. En los sistemas biológicos, las enzimas con pequeñas bolsas en su superficie aceleran los procesos químicos.
"Pensamos en cómo podríamos aplicar estas funciones biológicas a la química orgánica", explica Lercher. "Mientras buscamos catalizadores adecuados que aceleren la reacción, nos topamos con zeolitas, cristales con pequeñas cavidades en las que las reacciones tienen lugar bajo estrechamiento".condiciones comparables a las de los bolsillos enzimáticos "
iones de hidronio arrinconados
Pero, ¿los cuartos estrechos realmente aumentan la reactividad? Para responder a esta pregunta, el equipo de Lercher comparó las reacciones de los compuestos de carbono con ácidos en un vaso de precipitados con las mismas reacciones en las zeolitas. El resultado: en las cavidades de cristal, donde las moléculas que reaccionan,por ejemplo, alcoholes, se encuentran en los iones hidronio de los ácidos, las reacciones se ejecutan hasta 100 veces más rápido y a temperaturas de poco más de 100 ° C.
"Nuestros experimentos demuestran que las zeolitas como catalizadores son igualmente efectivas que las enzimas: ambas reducen significativamente los niveles de energía requeridos por las reacciones", informa Lercher. "Cuanto más pequeña es la cavidad, mayor es el efecto catalítico. Logramos los mejores resultados con diámetrosmuy por debajo de un nanómetro "
Geckos, cera y zeolitas
Pero, ¿por qué los espacios reducidos fomentan la reactividad de las moléculas? "La fuerza que mejora el camino de reacción es la misma que hace que la cera se adhiera a una mesa y permite que los gecos caminen sobre los techos", responde Lercher.entre más puntos de contacto entre dos superficies, mayor es la adhesión. En nuestros experimentos, las moléculas orgánicas, que están en una solución acuosa, son literalmente atraídas por los poros de las zeolitas ".
Por lo tanto, los iones de hidronio dentro de las cavidades tienen una probabilidad significativamente mayor de chocar con un compañero de reacción que los de afuera. El resultado es una reacción química catalizada por ácido que tiene lugar más rápido y con menor aporte de energía.
De basura a combustible
Cuando entran en contacto con iones hidronio, las moléculas orgánicas como los alcoholes pierden oxígeno. Esto hace que el proceso sea adecuado para convertir el bio-aceite obtenido de los desechos orgánicos en combustible.
Por supuesto, tomará algún tiempo antes de que el nuevo proceso pueda implementarse en el campo. "Todavía estamos trabajando en los fundamentos", enfatiza Lercher. "Esperamos usarlos para crear las condiciones requeridas para nuevos procesos descentralizadosprocesos de producción química que ya no requieren instalaciones a gran escala "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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