Un nuevo método permite producir biodiésel a partir de aceite de cocina usado de forma más económica y sostenible
Wine DharmaLos investigadores han desarrollado un método de bajo coste para reciclar el aceite de cocina usado y los desechos agrícolas en biodiésel, y convertir los restos de comida y la basura plástica en productos de alto valor.
El método aprovecha un nuevo tipo de catalizador ultraeficiente que puede producir biodiésel de bajo contenido de carbono y otras moléculas complejas valiosas a partir de diversas materias primas impuras.
El aceite de cocina usado actualmente tiene que pasar por un proceso de limpieza intensivo en energía para ser utilizado en biodiesel, porque los métodos de producción comercial solo pueden manejar materias primas puras con 1-2% de contaminantes. Sin embargo, este nuevo catalizador puede producir biodiésel a partir de materias primas de baja calidad que contienen hasta un 50% de contaminantes.
Es tan eficiente que podría duplicar la productividad de los procesos de fabricación para transformar basura como restos de comida, microplásticos y neumáticos viejos en precursores químicos de alto valor que se utilizan para fabricar desde medicamentos y fertilizantes hasta envases biodegradables.
El diseño del catalizador se informa en un nuevo estudio de una colaboración internacional liderada por la Universidad RMIT, publicado en Nature Catalysis.
“La calidad de vida moderna depende fundamentalmente de moléculas complejas para mantener nuestra salud y proporcionar alimentos nutritivos, agua limpia y energía barata”, afirma Adam Lee, co-investigador principal y profesor de la RMIT University.
“Estas moléculas se producen actualmente mediante procesos químicos insostenibles que contaminan la atmósfera, el suelo y las vías fluviales». Añade además que “nuestros nuevos catalizadores pueden ayudarnos a obtener el valor total de los recursos que normalmente se desperdiciarían, desde aceite de cocina usado rancio hasta cáscaras de arroz y cáscaras de vegetales, para avanzar en la economía circular.»
Esponja cerámica como catalizador
Para hacer el nuevo catalizador ultraeficiente, el equipo fabricó una esponja de cerámica del tamaño de una micra (100 veces más delgada que un cabello humano) que es altamente porosa y contiene diferentes componentes activos especializados.
Las moléculas atraviesan inicialmente a la esponja a través de poros grandes, donde se someten a una primera reacción química, y luego pasan a poros más pequeños donde se someten a una segunda reacción.
Es la primera vez que se desarrolla un catalizador multifuncional que puede realizar varias reacciones químicas en secuencia dentro de una sola partícula de catalizador, y podría cambiar las reglas del juego para un mercado global de catalizadores de 34.000 millones de dólares.
La co-investigadora principal, la profesora Karen Wilson, también de RMIT, explica que el nuevo diseño del catalizador imita la forma en que las enzimas en las células humanas coordinan reacciones químicas complejas.
“Se han desarrollado previamente catalizadores que pueden realizar múltiples reacciones simultáneas, pero estos enfoques ofrecen poco control sobre la química y tienden a ser ineficientes e impredecibles”, dijo Wilson. “Nuestro enfoque bioinspirado busca los catalizadores de la naturaleza, las enzimas, para desarrollar una forma poderosa y precisa de realizar múltiples reacciones en una secuencia establecida», añadió.
«Es como tener una línea de producción a nanoescala para reacciones químicas, todo alojado en una partícula de catalizador diminuta y súper eficiente».
Apoyo a la producción distribuida de biocombustibles
Los catalizadores en forma de esponja son baratos de fabricar y no utilizan metales preciosos. En cuanto al proceso, la fabricación de biodiésel bajo en carbono a partir de desechos agrícolas con estos catalizadores requiere poco más que un recipiente grande, un poco de calentamiento y agitación suaves.
Es un enfoque de baja tecnología y bajo coste que podría impulsar la producción de biocombustibles distribuidos y reducir la dependencia del diesel derivado de combustibles fósiles. “Esto es particularmente importante en los países en desarrollo donde el diesel es el principal combustible para alimentar los generadores de electricidad domésticos”, dijo Wilson.
«Si pudiéramos empoderar a los agricultores para que produzcan biodiésel directamente a partir de desechos agrícolas como el salvado de arroz, el anacardo y las cáscaras de semillas de ricino, en su propia tierra, esto ayudaría a abordar los problemas críticos de la pobreza energética y las emisiones de carbono».
Si bien los nuevos catalizadores pueden usarse inmediatamente para la producción de biodiésel, con un mayor desarrollo podrían adaptarse fácilmente para producir combustible para aviones a partir de desechos agrícolas y forestales, neumáticos de goma viejos e incluso algas.
Los próximos pasos para el equipo de investigación de la RMIT School of Science son escalar la fabricación de catalizadores de gramos a kilogramos y adoptar tecnologías de impresión 3D para acelerar la comercialización.
“También esperamos ampliar la gama de reacciones químicas para incluir la activación eléctrica y de luz para tecnologías de vanguardia como la fotosíntesis artificial y las pilas de combustible”, dijo Lee.
La investigación contó con el apoyo de fondos del Australian Research Council (Discovery, Linkage, Industrial Transformation Training Centers).
‘A spatially orthogonal hierarchically porous acid-base catalyst for cascade and antagonistic reactions’, con la colaboración de University College London, University of Manchester, University of Western Australia, University of Plymouth, Aston University, Durham University y University of Leeds, publicado en Nature Catalysis (DOI: 10.1038/s41929-020-00526-5).
Fuente: RMIT University
