PULLMAN, Washington — Un catalizador desarrollado por un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Washington convierte de manera eficiente el etanol —una fuente abundante y renovable— en moléculas valiosas necesarias para la producción de plásticos, combustibles y productos de uso cotidiano.
Este avance podría facilitar en el futuro el uso de energías renovables en lugar de productos petroquímicos para fabricar productos comunes. Bajo la dirección del profesor regente Yong Wang, los investigadores —entre los que se incluyen miembros del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL)— publican los resultados de su trabajo en la revista *Chem Catalysis*.
«En la actualidad, la industria trabaja con productos petroquímicos, pero en algún momento será necesario realizar la transición a fuentes renovables, y creo que este tipo de trabajo nos ayuda a comprender mejor y a abordar el uso de esas energías renovables», afirmó Vannessa Caballero, coautora principal del artículo y recién doctorada por la Escuela de Ingeniería Química y Bioingeniería Gene y Linda Voiland.
La industria química moderna depende de combustibles fósiles que emiten carbono para fabricar numerosos productos de uso cotidiano, como plásticos, nailon y combustibles. El etanol, obtenido mediante la fermentación de una amplia variedad de cultivos, podría ser abundante y ofrece una materia prima potencialmente alternativa para estos productos químicos de alto valor que tanto se necesitan.
Hoy en día, la industria trabaja con productos petroquímicos, pero en algún momento será necesario realizar la transición a fuentes renovables, y creo que este tipo de trabajo nos ayuda a comprender mejor y a abordar el uso de esas energías renovables.
Vannessa Caballero, doctora
Universidad Estatal de Washington
Sin embargo, el proceso de conversión del etanol es ineficiente. Los catalizadores convencionales que se utilizan suelen provocar reacciones competitivas, lo que supone un desperdicio de carbono y reduce la eficiencia de todo el proceso.
«Fabricar buenos catalizadores no es muy difícil, pero si se quiere que sean rentables y resistentes en un reactor real, eso sí que es todo un reto», afirmó Wenda Hu, coautora principal del trabajo e investigadora posdoctoral en la Escuela Voiland. «Controlar la selectividad es muy difícil».
En su trabajo, los investigadores mejoraron drásticamente un paso clave en el proceso de conversión del etanol colocando átomos individuales del metal de tierras raras cerio dentro de los minúsculos poros del material cristalino zeolita.
Cuando se permite que los átomos de cerio se agrupen, la «reacción se desvía de su curso», generando subproductos no deseados, explicó Hu. Los poros de la zeolita actúan como una prisión para confinar los átomos de cerio individuales. Una vez aislados, los átomos de cerio facilitan lo que suele ser la complicada eliminación del oxígeno y maximizan la producción de isobuteno, un compuesto químico versátil utilizado en la fabricación de numerosos productos.
«Convertir la biomasa en sustancias químicas útiles es muy importante», afirmó Hu. «En este trabajo, hemos descubierto que si construimos la zeolita y luego colocamos átomos con precisión en este material poroso, podemos lograr una producción muy selectiva y estable de esta sustancia química útil, el isobuteno, a partir de sustancias químicas derivadas de la biomasa. Este descubrimiento demuestra que el tamaño y la ubicación de los átomos dentro de un catalizador pueden determinar el resultado de cada paso de la reacción».
Los investigadores continúan trabajando para mejorar los catalizadores. Por ejemplo, están estudiando la posibilidad de combinar el cerio con otro metal para mejorar la reacción.
«Hay algunos átomos prometedores y bien aislados a los que probablemente podríamos dirigirnos para mejorar la actividad durante esta reacción», afirmó Caballero.
El trabajo fue financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía.
«Al aprovechar el control a nivel atómico para guiar estas reacciones complejas, podemos ofrecer soluciones para enfoques económicamente viables en la producción de productos químicos a partir de materias primas no derivadas de combustibles fósiles», afirmó Wang, que ocupa un puesto conjunto en el PNNL.
Fuente: News WSU Edu
Equipo Prensa
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