Un nuevo método potente y de bajo coste es capaz de reciclar aceite de cocina usado y 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.

Actualmente, el aceite de cocina usado 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.

El nuevo catalizador es tan resistente que puede producir biodiésel a partir de ingredientes de baja calidad, conocidos como materia prima, 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 presenta en un nuevo estudio de una colaboración internacional liderada por la Universidad RMIT, publicado en Nature Catalysis.

La revolución de la química verde

 

El coinvestigador, el profesor Adam Lee, RMIT, dijo que las tecnologías de catalizadores convencionales dependían de materias primas de alta pureza y requerían costosas soluciones de ingeniería para compensar su escasa eficiencia.

"La calidad de la vida moderna depende fundamentalmente de moléculas complejas para mantener nuestra salud y proporcionar alimentos nutritivos, agua limpia y energía barata", dijo Lee en un comunicado.

"Estas moléculas se producen actualmente a través de procesos químicos insostenibles que contaminan la atmósfera, el suelo y las vías fluviales. 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 promover la economía circular.

"Y al aumentar radicalmente la eficiencia, podrían ayudarnos a reducir significativamente la contaminación ambiental de la fabricación de productos químicos y acercarnos a la revolución de la química verde".

Esponja de cerámica

 

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 ingresan inicialmente a la esponja a través de poros grandes, donde experimentan una primera reacción química, y luego pasan a poros más pequeños donde experimentan 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 el mercado global de catalizadores de 34.000 millones de dólares.

La coinvestigadora principal, la profesora Karen Wilson, también de RMIT, dijo que el nuevo diseño del catalizador imitaba la forma en que las enzimas en las células humanas coordinaban 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.

Imitar las enzimas en las células humanas

 

"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. Es como tener una línea de producción a nanoescala para reacciones químicas, todo alojado en una partícula de catalizador diminuta y supereficiente".

Los catalizadores en forma de esponja son baratos de fabricar y no utilizan metales preciosos. La fabricación de biodiésel con bajo contenido de carbono a partir de residuos agrícolas con estos catalizadores requiere poco más que un recipiente grande, un poco de calentamiento y agitación suaves.

Biodiésel procesado por los propios agricultores

 

Es un enfoque de baja tecnología y bajo costo que podría promover la producción de biocombustibles distribuidos y reducir la dependencia del diésel derivado de combustibles fósiles.

"Esto es particularmente importante en los países en desarrollo donde el diésel es el combustible principal para alimentar los generadores de electricidad domésticos", dijo Wilson.

"Si pudiéramos capacitar 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 3-D para acelerar la comercialización.