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lunes, 13 de febrero de 2017

Investigadores inventan proceso para producir neumáticos de auto renovable de árboles y de hierba.

Un equipo de investigadores, liderado por la Universidad de Minnesota, ha inventado una nueva tecnología para producir llantas de árboles y hierbas en un proceso que podría cambiar la industria de producción del neumático hacia el uso de recursos renovables que se encuentran en nuestros patios.


La conversión catalítica de productos químicos derivados de la biomasa a polímeros renovables ocurre en los reactores de laboratorio de tanques agitados. Crédito: Universidad de Minnesota


Los neumáticos convencionales de autos se consideran ambientalmente antipáticos porque son predominantemente de los combustibles fósiles. Los neumáticos de autos producidos a partir de biomasa que incluye árboles y hierbas serían idénticos a los neumáticos de autos con la misma composición química, color, forma y funcionamiento.

La tecnología ha sido patentada por la Universidad de Minnesota y está disponible para la concesión de licencias a través de la oficina de la Universidad de Minnesota de comercialización de tecnología.

El nuevo estudio es publicado por ACS catálisis de la sociedad americana de química, un diario líder en Ciencias química y catálisis. Los autores del estudio, son los investigadores de la Universidad de Minnesota, Universidad de Massachusetts Amherst y el centro de polímeros sostenible, un centro financiado por la National Science Foundation en la Universidad de Minnesota.

"Nuestro equipo creó un nuevo proceso químico para hacer isopreno, la molécula clave en los neumáticos de autos, de productos naturales como árboles, pastos, maíz," dijo Paul Dauenhauer,  profesor titular de ingeniería química en la  Universidad de Minnesota y ciencia de los materiales y el investigador principal del estudio. "Esta investigación podría tener un impacto importante en la industria multimillonaria de llantas de automóvil".

"La colaboración fue realmente la clave para esta investigación tomando biomasa a isopreno," dijo Carol Bessel, el Subdirector de la división de química en el National Science Foundation (NSF), que financia el centro para los polímeros sostenible. "Esta colaboración y sinergia entre los investigadores con diferentes enfoques y habilidades es realmente lo que estamos tratando de promover en los centros de la NSF para el programa de innovación química."

En la actualidad, el isopreno se produce térmicamente rompiendo las moléculas apartes en petróleo que son similares a la gasolina en un proceso llamado "girarla". El isopreno es luego separado de cientos de productos y purificado. En el paso final, el isopreno es reaccionado con sí mismo en largas cadenas para hacer un polímero sólido que es el componente principal en los neumáticos de autos.

El isopreno derivado de la biomasa ha sido una importante iniciativa de las empresas de neumáticos para la última década, con la mayoría del esfuerzo que se ha centrado en la tecnología de fermentación (similar a la producción de etanol). Sin embargo, el isopreno renovable ha demostrado una molécula difícil de generar de microbios, y los esfuerzos para  un proceso totalmente biológico no han tenido éxito.

Financiado por la NSF, los investigadores del centro de polímeros sostenible se han centrado en un nuevo proceso que comienza con azúcares derivados de la biomasa incluyendo pastos, árboles y maíz. Encontraron que un proceso de tres pasos es optimizado cuando se es "cruzado por hibridación," lo que significa que combina la fermentación biológica utilizando microbios con convencionales de refinación catalítica similar a la tecnología de refinación de petróleo.

El primer paso del nuevo proceso es la fermentación microbiana de los azúcares, como glucosa, derivada de la biomasa a un ácido  intermedio, llamado itacónico . En el segundo paso, el ácido itacónico es reaccionado con hidrógeno a una sustancia química llamada metil-THF (tetrahidrofurano). Este paso fue optimizado cuando el equipo de investigación identificó una combinación única de metal metal que sirve como un catalizador altamente eficaz.

El avance de la tecnología de proceso vino en el tercer paso para deshidratar metil-THF a isopreno. Utilizando un catalizador recientemente descubierto en la Universidad de Minnesota llamado P-SPP (fósforo Self-Pillared Pentasil), el equipo fue capaz de demostrar una eficacia catalítica tan alta como el 90 por ciento con la mayor parte del producto catalítico siendo isopreno. Mediante la combinación de los tres pasos en un proceso, el isopreno puede originalmente ser renovable a partir de biomasa.

"El rendimiento de los nuevos catalizadores de zeolita que contiene P como S-PPP fue sorprendente," dice Dauenhauer. "Esta nueva clase de catalizadores de ácidos sólidos expone dramáticamente una mejora de la eficiencia catalítica y el isopreno renovable es posible."

"Económicamente de origen bio, el isopreno tiene el potencial para expandir la producción interna de neumáticos de autos mediante el uso de recursos renovables y disponibles en lugar de combustibles fósiles," dijo Frank Bates, un mundialmente reconocido experto en polímeros y profesor de regentes de la Universidad de Minnesota de ingeniería química y ciencia de los materiales. "Este descubrimiento podría también influir en muchos otros productos tecnológicamente avanzados basados en caucho."

Además del profesor Dauenhauer, investigadores que formaron parte del estudio de la Universidad de Minnesota fueron los profesores Michael Tsapatsis y Kechun Zhang, los investigadores posdoctorales Omar Abdelrahman, Dae Sung Park, Charles Spanjers y Ren Limin y la actual estudiante Katherine Vinter. de la Universidad de Massachusetts Amherst el profesor Wei Fan y el estudiante Hong Je Cho eran también parte del equipo de investigación.

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