Un nuovo catalizzatore monofase che consente la conversione del carbonio rinnovabile e di scarto in combustibili diesel sostenibili è stato sviluppato attraverso una collaborazione unica tra il National Renewable Energy Laboratory (NREL) e due consorzi del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), Catalisi chimica per la bioenergia (ChemCatBio) e l'iniziativa Co-Optimization of Fuels &Engines (Co-Optima).

I ricercatori hanno utilizzato la chimica dell'eterificazione riduttiva per convertire i substrati alcolici e chetonici derivati ​​da acidi carbossilici microbici in un bioblendstock di etere da utilizzare quando miscelato al carburante diesel convenzionale. Il primo processo catalitico continuo nel suo genere è stato progettato per ridurre i costi di produzione relativi alla chimica batch, lo stato dell'arte della tecnologia precedente. In combinazione con la potenziale compatibilità infrastrutturale del nuovo carburante e la riduzione delle emissioni di gas serra rispetto al diesel fossile, riduce significativamente i rischi insiti nell'introduzione di una nuova tecnologia. Ma ancora più importante, con l'aumento della domanda di gasolio, questo carburante potrebbe aiutare a soddisfare tale esigenza in modo sostenibile.

Un recente articolo di Green Chemistry sulla ricerca, "Catalisi monofase per l'eterificazione riduttiva di bioblendstock diesel, " amplia il lavoro precedente sullo sviluppo di biocarburanti diesel ad alte prestazioni. Lo scorso autunno, NREL e Co-Optima hanno identificato un nuovo promettente bioblendstock, 4-butossieptano, che utilizza l'ossigeno all'interno della biomassa per creare un carburante diesel ad alte prestazioni. Il processo di eterificazione riduttiva utilizza un catalizzatore monofase per produrre 4-butossieptano in modo più efficiente.

"Con questa ricerca, abbiamo cercato di realizzare un nuovo processo di conversione dei biocarburanti che sia rilevante e applicabile alle tecnologie rinnovabili e di termovalorizzazione, " ha spiegato Derek Vardon, un ricercatore NREL e uno degli autori del documento.

NREL è uno dei maggiori esperti nello sviluppo di processi catalitici per materie prime rinnovabili, ma questo progetto è stata la prima volta che i ricercatori hanno ottimizzato un catalizzatore monofase specificamente per sviluppare un combustibile rinnovabile mediante eterificazione riduttiva. I ricercatori hanno affrontato nuove sfide con questo sforzo, poiché il catalizzatore deve svolgere due funzioni simultanee, miscelazione di un sito metallico e di un sito acido in un unico processo. Un partner del settore commerciale ha assistito il team nell'ottenere la giusta quantità di acidità all'interno del supporto del catalizzatore, mentre il team di ricerca si è rivolto alle nanoparticelle di metallo palladio per accoppiare chimicamente le molecole insieme.

Una caratteristica promettente del catalizzatore monofase sono le sue proprietà rigenerative. Mentre la chimica del processo produce un biocarburante a combustione pulita con un basso indice di fuliggine, notevole è anche la stabilità del catalizzatore nel tempo, anche diventando più attivo quando rigenerato. L'elevata stabilità è fondamentale per i catalizzatori industriali che devono durare anni per essere economici e sostenibili dal punto di vista ambientale.

I ricercatori stanno continuando a studiare e migliorare questo processo. Mentre il palladio è efficace, è anche costoso. Il team sta esplorando la funzione del palladio per determinare la quantità di metallo prezioso necessaria. Inoltre, i ricercatori stanno testando le prestazioni del catalizzatore con materiali di scarto più complessi che producono una miscela di eteri oltre al 4-butossieptano.

"Crediamo di avere una buona comprensione del motivo per cui abbiamo bisogno che i siti di palladio siano più grandi per ospitare la chimica dell'accoppiamento, " ha detto Vardon. "Il nostro prossimo passo è collaborare con l'Argonne National Laboratory per dare uno sguardo atomistico a ciò che sta accadendo in superficie per aiutarci a progettare il prossimo ad alte prestazioni, materiale catalizzatore a basso costo. Sfruttando le capacità tecniche e di analisi uniche in tutto il sistema di laboratorio nazionale, stiamo risolvendo sfide critiche per aiutare a far avanzare i biocarburanti verso l'adozione sul mercato".