Conversión catalítica de biomasa en hidrocarburos para uso como combustibles líquidos

Científicos de la Universidad Wisconsin-Madison han desarrollado un nuevo proceso catalítico para la conversión de hidratos de carbono en hidrocarburos líquidos válidos  como combustibles para transporte. El proceso de conversión se basa en la integración de varios procesos catalíticos en cascada que pueden ajustar la producción de diferentes hidrocarburos (aromáticos, hidrocarburos ramificados o parafinas de cadena larga) según sea gasolina, diesel o queroseno el combustible a fabricar.

 

[R. M. Navarro – Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC)]

           Los combustibles líquidos derivados de fuentes renovables se presentan como una alternativa a los combustibles fósiles debido a su renovabilidad y menor impacto ambiental. La conversión de hidratos de carbono derivados de la biomasa (azúcares y polioles) en combustibles para el transporte requiere la eliminación de la gran mayoría de los átomos de oxígeno presentes en dichas moléculas con el fin de obtener combustibles con propiedades óptimas para la combustión. Esta eliminación de oxígeno debe ir acompañada además de reacciones de isomerización para aumentar el octanaje de los combustibles derivados para uso como gasolinas y/o de reacciones de aumento de tamaño de las moléculas para conseguir combustibles en el rango del diesel o del queroseno.

           La estrategia diseñada por los investigadores[i] para la  transformación de los azúcares y polioles en combustibles (Figura 1) comienza con una primera etapa de transformación utilizando catalizadores de platino y renio que consigue una mezcla líquida de alcoholes, cetonas, ácidos carboxílicos y compuestos heterocíclicos. Sobre esta primera mezcla líquida de compuestos se aplica una segunda etapa catalítica de diferente naturaleza según la necesidad del combustible a producir. Así, para la producción de compuestos aromáticos e isoparafinas en el rango de las gasolinas, el líquido procedente del primer tratamiento catalítico se somete a un proceso de hidrogenación que transforma las cetonas en alcoholes seguido de un proceso de ruptura catalítica sobre una zeolita H-ZSM-5 que genera los compuestos aromáticos y las isoparafinas. Para la producción de compuestos en el rango del combustible diesel, la primera mezcla de alcoholes, cetonas, ácidos carboxílicos y compuestos heterocíclicos se somete a un proceso catalítico sobre un óxido mixto de cobre, magnesio y aluminio (CuMg10Al7Ox) que logra el acoplamiento de las cetonas y los alcoholes para dar hidrocarburos de entre 8 y 12 átomos de carbono (C8-C12) en el rango del combustible diesel. El tercero de los tratamientos a los que se somete la mezcla líquida, consiste en un proceso de cetonización y condensación sobre catalizadores de paladio sobre un óxido mixto de cerio y circonio que permite la obtención tanto de hidrocarburos ligeros utilizables en gasolinas como de hidrocarburos más pesados utilizables en combustibles diesel o querosenos. Adicionalmente, se pueden producir hidrocarburos pertenecientes al rango de gasolinas y diesel, tratando los productos de condensación obtenidos en la segunda etapa catalítica que aún contienen oxígeno mediante una tercera etapa de deshidro-oxigenación catalítica sobre catalizadores de platino soportados sobre NbOPO4.

 
 
Figura 1.- Representación esquemática de la secuencia de procesos catalíticos para la transformación de los azúcares y polioles derivados de la biomasa en hidrocarburos líquidos para uso como combustibles.
 

           La estrategia de transformación de los azúcares y polioles derivados de la biomasa diseñada por los autores es una aproximación simple y flexible para la producción de los diferentes compuestos presentes en los combustibles líquidos usados en transporte (gasolinas, diesel y queroseno), mostrando los autores prometedores resultados para los casos de la conversión de los azúcares sorbitol y glucosa. A pesar de estos prometedores resultados, los autores aún trabajan para conocer y poder controlar la influencia de la naturaleza de la biomasa a tratar sobre el rendimiento a los diferentes hidrocarburos obtenidos durante el proceso catalítico de transformación en combustibles.

 

[i]  Catalytic Conversion of Biomass to Monofunctional Hydrocarbons and Targeted Liquid-Fuel Classes. E. L. Kundes, D.A. Simonetti, R. M. West, J.C. Serrano-Ruiz, C. A. Gärtner, J. A. Dumesic, www.sciencexpress.org/18september2008/

 

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