Um novo catalisador monofásico que permite a conversão de carbono renovável e residual em combustíveis diesel sustentáveis ​​foi desenvolvido por meio de uma colaboração única entre o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) e dois consórcios do Departamento de Energia dos EUA (DOE), Catálise Química para Bioenergia (ChemCatBio) e Iniciativa de Co-Otimização de Combustíveis e Motores (Co-Optima).

Os pesquisadores usaram a química de eterificação redutiva para converter substratos de álcool e cetona derivados de ácidos carboxílicos microbianos em uma bio-mistura de éter para uso quando misturada ao combustível diesel convencional. O primeiro processo catalítico contínuo de seu tipo foi projetado para reduzir os custos de produção em relação à química de lote, a tecnologia de ponta anterior. Quando combinado com a compatibilidade potencial da infraestrutura do novo combustível e emissões reduzidas de gases de efeito estufa em relação ao diesel fóssil, reduz significativamente os riscos inerentes à introdução de uma nova tecnologia. Mais importante, com o aumento da demanda por óleo diesel, esse combustível pode ajudar a atender a essa necessidade de forma sustentável.

Um artigo recente da Green Chemistry sobre a pesquisa, "Catálise Monofásica para Eterificação Redutiva de Bioblendstocks Diesel, "expande o trabalho anterior de desenvolvimento de biocombustíveis diesel de alto desempenho. No outono passado, NREL e Co-Optima identificaram uma nova bioblenda promissora, 4-butoxiheptano, que utiliza o oxigênio da biomassa para criar um combustível diesel de alto desempenho. O processo de eterificação redutiva usa um catalisador monofásico para produzir 4-butoxiheptano com mais eficiência.

"Com esta pesquisa, procuramos fazer um novo processo de conversão de biocombustível que seja relevante e aplicável a tecnologias renováveis ​​e de resíduos em energia, "explicou Derek Vardon, um pesquisador do NREL e um dos autores do artigo.

NREL é um especialista líder no desenvolvimento de processos catalíticos para matérias-primas renováveis, mas este projeto foi a primeira vez que os pesquisadores otimizaram um catalisador monofásico especificamente para desenvolver um combustível renovável por eterificação redutiva. Os pesquisadores enfrentaram novos desafios com este esforço, como o catalisador deve realizar duas funções simultâneas, misturar um site de metal e um site de ácido em um processo. Um parceiro comercial da indústria ajudou a equipe a obter a quantidade certa de acidez no suporte do catalisador, enquanto a equipe de pesquisa se voltou para nanopartículas de metal paládio para unir quimicamente as moléculas.

Uma característica promissora do catalisador monofásico são suas propriedades regenerativas. Embora a química do processo produza um biocombustível de queima limpa com baixo índice de fuligem, também notável é a estabilidade do catalisador ao longo do tempo, mesmo se tornando mais ativo quando regenerado. A alta estabilidade é crítica para catalisadores industriais que devem durar anos para serem econômicos e ambientalmente sustentáveis.

Os pesquisadores continuam estudando e aprimorando esse processo. Embora o paládio seja eficaz, também é caro. A equipe está explorando a função do paládio para determinar quanto do metal precioso é necessário. Além disso, os pesquisadores estão testando o desempenho do catalisador com resíduos mais complexos que produzem uma mistura de éteres além do 4-butoxiheptano.

"Acreditamos ter um bom entendimento de por que precisamos que os locais de metal paládio sejam maiores para acomodar a química de acoplamento, "Vardon disse." Nosso próximo passo é colaborar com o Laboratório Nacional de Argonne para dar uma olhada atomística no que está acontecendo na superfície para nos ajudar a projetar o próximo alto desempenho, material de catalisador de baixo custo. Aproveitando os recursos técnicos e de análise exclusivos em todo o sistema de laboratório nacional, estamos resolvendo desafios críticos para ajudar no avanço dos biocombustíveis em direção à adoção pelo mercado. "