Un nuevo estudio del Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL del Departamento de Energía establece un nuevo método catalítico para producir acrilonitrilo renovable utilizando ácido 3-hidroxipropiónico 3-HP, que puede producirse biológicamente a partir de azúcares. Este proceso híbrido biológico-catalíticoofrece una alternativa al método de producción petroquímica convencional y logra rendimientos de acrilonitrilo sin precedentes.
El acrilonitrilo, un producto químico derivado del petróleo, es uno de los monómeros más utilizados en la industria química con muchas aplicaciones comerciales. Hoy en día, el acrilonitrilo se usa en la producción de fibras acrílicas para alfombras, ropa y telas, y en plásticoscomo envases de alimentos y materiales de embalaje. Lo más importante para este proyecto es que el acrilonitrilo es también el componente principal de los compuestos de fibra de carbono, que se utilizan para aplicaciones de aligeramiento en la automoción y el transporte aéreo. En la actualidad, el acrilonitrilo se produce industrialmente mediante un uso intensivo de energía yproceso químicamente peligroso. Un grupo de personas se para en medio del equipo de laboratorio.
En la fotografía, de izquierda a derecha, aparecen Adam Bratis, Violeta Sànchez i Nogué, Todd Eaton, Gregg Beckham, Vassili Vorotnikov y Eric Karp, parte del equipo de NREL que trabaja en un proceso sostenible y competitivo en costos para crear acrilonitrilo y fibras de carbono a partir debiomasa renovable. Foto de Dennis Schroeder / NREL
La volatilidad del precio del propileno y la sostenibilidad ambiental han motivado la búsqueda de vías alternativas que utilicen materias primas de origen biológico como el glicerol y el ácido glutámico. Sin embargo, ninguno ha podido competir con el proceso tradicional en términos de costo y rendimiento. Ahora, una nueva investigación de NRELes prometedor para lograr este objetivo.
Recientemente publicado en ciencia , "Producción de acrilonitrilo renovable" muestra un camino hacia un proceso de fabricación de acrilonitrilo de base biológica rentable. Los investigadores pudieron lograr un rendimiento del 98% de acrilonitrilo utilizando un proceso catalítico nuevo y robusto. Basado solo en los rendimientos, esto esun descubrimiento muy importante: en comparación, después de seis décadas de mejoras y optimización a escala comercial, el proceso de producción de acrilonitrilo tradicional alcanza rendimientos de aproximadamente 80% -83%.
"El alto rendimiento de acrilonitrilo nos permite proponer un proceso industrial potencial para la conversión de biomasa lignocelulósica en acrilonitrilo renovable y fibras de carbono", dijo Gregg Beckham, líder de grupo de NREL y autor principal del estudio. Históricamente, los precios del acrilonitrilo se han incrementado.ha sido volátil debido a los vínculos con los precios del propileno. Este proceso de fabricación alternativo, que se basa en materias primas de origen renovable, podría ayudar a estabilizar los precios del acrilonitrilo y conducir a una adopción más amplia en el mercado de materiales a base de fibra de carbono. Este es un importante paso adelante para aligerar las aplicaciones de transporte, lo que genera importantes ahorros de costos de transporte, además de reducir nuestro impacto en el medio ambiente ".
Además de los altos rendimientos, este nuevo enfoque tiene múltiples beneficios sobre el actual proceso de producción de acrilonitrilo a base de petróleo. El nuevo proceso elimina la producción de cianuro de hidrógeno, un producto secundario tóxico, utiliza un catalizador más simple y menos costoso, ypodría realizarse en una configuración de reactor más simple. Además, este nuevo proceso de alto rendimiento puede utilizar biomasa no alimentaria, como desechos agrícolas, como materia prima en lugar de propileno.
"Estamos entusiasmados con las perspectivas de esta nueva química para la producción de acrilonitrilo para finalmente permitir la producción de fibras de carbono de origen renovable", dijo el director del laboratorio asociado de NREL, Adam Bratis, e investigador principal del Consorcio de Fibra de Carbono Renovable dirigido por NREL.La investigación es el resultado de una colaboración interdisciplinaria de investigadores de ingeniería química, biología y modelado computacional, incluidos los autores de NREL Eric Karp, Todd Eaton, Violeta Sànchez i Nogué y Vassili Vorotnikov, así como otros colaboradores de NREL, la Universidad de Colorado.Boulder, Johnson Matthey y el Centro de Tecnología, Investigación e Innovación del Atlántico Medio.
NREL estima que el nuevo proceso podría poner el precio de venta del acrilonitrilo derivado de biomasa por debajo de $ 1 por libra de biomasa celulósica o azúcares a base de almidón. Se consideró necesario un objetivo de $ 1 por libra para la competitividad de costos con el acrilonitrilo producido convencionalmente.
Impulsado en parte por el interés en el uso de fibra de carbono para aligerar vehículos y aviones que ahorrarán dinero en costos de combustible, se proyecta que la demanda de fibras de carbono aumente entre un 11% y un 18% anual. Y dado que la industria de la fibra de carbono está especialmentesensible a las fluctuaciones de precio en su base química acrilonitrilo se necesitan aproximadamente 2 libras de acrilonitrilo para generar 1 libra de fibra de carbono, existe una clara necesidad de desarrollar procesos alternativos de costo competitivo. En el pasado, la volatilidad del precio del propileno y la sostenibilidad ambiental dentroLa producción de compuestos ha motivado la búsqueda de enfoques alternativos a la amoxidación de propileno para producir acrilonitrilo. Con el proceso descrito en este trabajo, los investigadores del NREL están un paso más cerca de este objetivo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Energía Renovable . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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