Producción de combustibles de aviación desde cero
La aviación depende en gran medida de combustibles de alta densidad energética, lo cual la convierte en el segundo mayor consumidor de energía del transporte después del transporte por carretera. A pesar de décadas de avances tecnológicos para mejorar la eficiencia energética, el sector sigue dependiendo de los combustibles fósiles, lo cual contribuye significativamente al 13 % de emisiones de gases de efecto invernadero del sector del transporte.
Una nueva forma de fabricar carburorreactores
Para reducir la dependencia de la aviación de los combustibles fósiles, el proyecto 4AirCRAFT(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, estudió formas innovadoras de producir carburorreactores directamente a partir de CO2 e hidrógeno (H2). El equipo desarrolló una tecnología que convierte el CO2 en hidrocarburos de cadena larga (≥C8), que se utilizan como precursores de carburorreactores. «Convertimos CO2 en monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2) a temperatura ambiente, luego transformamos hexanol (un tipo de alcohol) en una fracción de hexeno en condiciones suaves (140-160 °C), seguida de su conversión en hidrocarburos de cadena larga», explica Vanesa Gil, coordinadora del proyecto. El concepto de 4AirCRAFT se basa en un único reactor en cascada formado por tres módulos interconectados. «Nos centramos en optimizar la selectividad del CO2 y la conversión electroquímica en productos útiles (módulo del reactor electroquímico) y en la deshidratación del alcohol en hexenos y luego en hidrocarburos de cadena larga (mediante un módulo de reactor quimiocatalítico biomimético)», añade Gil. El planteamiento general se basa en la producción de alcoholes a partir de gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) utilizando un módulo microbiano como paso intermedio. El módulo de electrorreducción de CO2 utiliza un diseño de ensamblaje de electrodos de membrana de brecha cero, que consigue una selectividad del 48-96 % para el CO y del 52-96 % para el CO + H2 a temperatura ambiente. El módulo quimiocatalítico biomimético convierte alcoholes como el 1-hexanol en hidrocarburos de cadena larga y precursores de carburorreactores. Utilizando catalizadores impresos en tres dimensiones e inspirados en la arcilla, deshidrata el 1-hexanol en hexenos con un rendimiento de hasta el 96 % de alqueno y convierte los alquenos en hidrocarburos y ésteres con un índice de conversión del 95 %.
Mejores catalizadores para combustibles más limpios
El proyecto utilizó electrocatalizadores y quimiocatalizadores avanzados optimizando sus entornos para hacer el proceso más eficiente desde el punto de vista energético. Los catalizadores a base de zinc (Zn) alcanzaron una selectividad del 90 % para la producción de CO y del 94 % para una mezcla de CO y H2. En el segundo paso, la desafiante etapa de deshidratación del hexanol en los hexenos deseados alcanzó rendimientos superiores al 70 % a las temperaturas más bajas de las que se tiene constancia para esta reacción. Los catalizadores más eficaces incluían compuestos como el triflato de hafnio, el triflato de cobre, el ácido tríflico y materiales a base de arcilla, todos ellos utilizados en cantidades catalíticas bajas (2-10 mol %).
Las enzimas como biocatalizadores
Además, los investigadores exploraron el uso de biocatalizadores para la deshidratación de alcoholes, mejorando el modo en que estos catalizadores se estabilizan, así como haciendo más eficiente la síntesis de Fischer-Tropsch (un proceso químico que convierte CO y H2 en hidrocarburos líquidos) en condiciones suaves. Uno de los objetivos de la biocatálisis era explorar la linalol deshidratasa isomerasa (LinD), una enzima natural que deshidrata alcoholes. Probado en diferentes formas, incluidas células enteras, enzima purificada, gránulos celulares y extractos crudos, deshidrató eficazmente algunos alcoholes primarios como el geraniol, pero tuvo problemas con otros. Sin embargo, mostró un gran potencial para convertir alcoholes alílicos en productos de alto valor.
Aumentar el rendimiento de las enzimas con marcos organometálico
Para mejorar aún más el rendimiento enzimático, el equipo utilizó marcos organometálico (MOF), estructuras que pueden encapsular enzimas de forma segura. «Aunque esto redujo la actividad, sentó las bases para crear híbridos enzima-MOF estables, abriendo nuevas posibilidades para la ingeniería de catalizadores avanzados», subraya Gil.
Superar las limitaciones
Los métodos convencionales de producción de combustible a partir de fuentes fósiles suelen carecer de eficiencia, selectividad y altos índices de conversión. El equipo de 4AirCRAFT demostró una tecnología eficiente, flexible y escalable para convertir CO2 reciclado en combustibles líquidos sostenibles, centrándose en el diseño de materiales catalíticos para superar las barreras energéticas en los pasos clave de la reacción.
