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Improving the economic feasibility of the biorefinery through catalysis engineering: enhancing the catalyst performance and optimizing valuable product yields

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Las ceolitas mesoporosas sintéticas aportan un mejor rendimiento catalítico para la biomasa

A fin de que la biomasa pueda competir con los recursos fósiles para generar carburantes o productos químicos útiles, es imprescindible aumentar la eficacia de su tecnología de conversión. ECOCAT ha desarrollado y demostrado la validez de un catalizador mejorado para biocarburantes que es modulable comercialmente.

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La pirólisis catalítica es un proceso que consiste en convertir biomasa, como la madera o los residuos agrícolas o de cultivos, en un líquido que se pueda procesar —en refinerías existentes— a fin de generar combustibles para el transporte u otros productos químicos útiles. El proyecto ECOCAT, financiado con fondos europeos, se ha desarrollado con el apoyo del programa de Acciones Marie Skłodowska-Curie, y ha mejorado este proceso desarrollando y probando un catalizador sintético en una unidad experimental diseñada para ese fin.

El catalizador más activo, selectivo y de mayor productividad

El funcionamiento de la pirólisis catalítica para biomasas consiste en calentar rápidamente la biomasa a unos 500 °C en lo que se denomina una atmósfera inerte: es decir, que carece de gases reactivos. Durante la descomposición de la biomasa, los oxigenados se liberan en forma de vapor. Estos vapores entran en contacto con un catalizador sólido, lo que provoca reacciones en el catalizador que suponen la eliminación del oxígeno en los oxigenados. A continuación, estos vapores se enfrían rápidamente y se condensan para obtener las sustancias químicas deseadas. «El papel del catalizador es esencial, ya que la eliminación del oxígeno en los oxigenados es lo que genera un producto lo suficientemente estable como para lograr la conversión hacia combustibles renovables para el transporte u otros productos químicos útiles. Estos pueden reemplazar a compuestos derivados del petróleo en muchas aplicaciones, como los aditivos para carburantes, los disolventes, los plásticos o los productos farmacéuticos», explica Stelios Stefanidis, coordinador del proyecto. Dentro de los sólidos cristalinos, las ceolitas microporosas son los catalizadores más comunes. A pesar de que sus microporos contribuyen a controlar la formación de subproductos no deseados, estos no maximizan la eliminación del oxígeno en los oxigenados vaporosos. Algunas de las moléculas oxigenadas más grandes no pueden acceder a las zonas ácidas que se encuentran en el interior de los microporos y que son necesarias para la desoxigenación, así que solo pueden reaccionar con las de la superficie externa. En ECOCAT, los investigadores sintetizaron y probaron catalizadores de ceolitas modificados, de manera que tuvieran poros más grandes, conocidos como mesoporos. Estos pueden dar cabida a moléculas oxigenadas más grandes que se dividen en elementos más pequeños para acceder a los microporos. El equipo experimentó con diferentes condiciones de tratamiento para las ceolitas microporosas originales, así como con diferentes niveles de porosidad y de tamaño de poro. Varias de las ceolitas mesoporosas sintetizadas que se probaron mostraban siempre una mayor actividad de desoxigenación en comparación con la de las ceolitas microporosas originales. También aportaban de manera regular una mayor productividad de compuestos valiosos. Los resultados logrados con catalizadores en polvo se replicaron en partículas de mayor tamaño con un aglutinante arcilloso, que es más adecuado para las condiciones operativas de los grandes reactores que se suelen emplear en el procesamiento a escala comercial.

Sin productos derivados del petróleo

Al usar desechos y recursos renovables locales para producir biocarburantes y productos químicos, la pirólisis catalítica podría reemplazar a los productos derivados del petróleo. Esto permitiría diversificar los recursos energéticos, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y fortalecer sectores locales, como la silvicultura y la agricultura. «Hay empresas por todo el mundo, como AnelloTech y BioBTX, que ya están buscando maneras de comercializar la pirólisis catalítica. Un catalizador más activo y selectivo podría reducir los costes operativos de la pirólisis catalítica para la biomasa; esto haría que fuese más competitiva y más atractiva desde un punto de vista comercial, lo que le daría exactamente el empuje que necesita», comenta Stefanidis. A fin de llevar su trabajo hasta el siguiente nivel, el equipo de ECOCAT está tratando de obtener financiación para probar sus catalizadores mesoporosos en unidades experimentales más grandes y lograr así resultados más representativos de escalas comerciales.

Palabras clave

ECOCAT, biomasa, catalizador, biocarburante, ceolitas, pirólisis catalítica, aditivos, disolventes, plásticos, productos farmacéuticos, carburante

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