La conversión de la sustancia vegetal lignina en queroseno como combustible se ha vuelto mucho más eficiente. Químicos holandeses, chinos y suizos lo han conseguido con un nuevo catalizador, en este caso una sustancia que facilita las reacciones químicas. Con su método, eso ellos recientemente describieron en Ingeniería Química de la Naturalezala conversión comercial de lignina en combustibles sostenibles, especialmente queroseno para la aviación, está cada vez más cerca a los ojos de los científicos.
Para detener el calentamiento global, los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas) tendrán que ser sustituidos por alternativas sostenibles. La producción de biocombustibles a partir de material vegetal es una de esas alternativas. Una alternativa competitiva es el transporte eléctrico, con baterías. «En el caso de los coches y camiones, se espera mucho de la electrificación», afirma Emiel Hensen, profesor de materiales inorgánicos y catálisis en la TU Eindhoven e investigador coordinador del estudio ahora publicado. «Pero en el transporte más pesado, como barcos y aviones, se presta más atención, entre otras cosas, a los combustibles basados en biomasa».
Gran parte de la biomasa, como la madera y la paja, se compone principalmente de lignocelulosa, una mezcla de celulosa, hemicelulosa y lignina. Son los materiales orgánicos más comunes en la Tierra. La celulosa se puede convertir con relativa facilidad en bioetanol, un combustible que ahora se mezcla con gasolina.
Más difícil de convertir
Pero la lignina es mucho más difícil de convertir. «Ahora se suele incinerar, pero se trata de una aplicación de escaso valor», afirma Hensen. Según él, la conversión de biomasa sería mucho más interesante desde el punto de vista comercial si la lignina también pudiera transformarse en productos de mayor calidad, como el queroseno.
El hecho de que la lignina sea tan difícil de convertir tiene que ver con su estructura, explica Hensen. La celulosa consta de unidades repetidas de glucosa, todas unidas entre sí mediante el mismo enlace. Sólo tienes que romper ese enlace para obtener unidades individuales de glucosa, que luego puedes convertir en etanol.
Pero la lignina es una red tridimensional formada por moléculas en forma de anillo que están unidas mediante varios enlaces. «Hay que conservar las moléculas en forma de anillo, porque son adecuadas como combustibles como el queroseno», afirma Hensen. Los enlaces están formados por átomos de carbono y oxígeno (COC) o átomos de carbono (CC). El primero es relativamente fácil de romper, el segundo es mucho más persistente.
El catalizador que han utilizado ahora los químicos se centra precisamente en ese enlace CC y está compuesto por una combinación de platino y una zeolita. Una zeolita es un mineral tridimensional con muchas cavidades en las que pueden tener lugar reacciones. La conversión con el catalizador es una reacción de dos pasos. El platino debilita el enlace CC y luego la zeolita lo rompe. Los químicos descubrieron que la producción de moléculas en forma de anillo aumenta cuando el platino y la zeolita están más juntos. La reacción tuvo lugar a una temperatura de alrededor de 260°C. «Lo cual es relativamente leve», dice Hensen.
Los químicos probaron su nuevo enfoque en maderas duras y blandas (abedul). El rendimiento de moléculas individuales en forma de anillo fue de dos a once veces mayor que en los métodos probados anteriormente. Las moléculas en forma de anillo constan de 6 a 12 átomos de carbono, incluidos algunos grupos laterales de carbono variables. Como queroseno son adecuadas las moléculas con más de 9 átomos de carbono.
Menos gases de efecto invernadero
Según los químicos, su método es competitivo con técnicas alternativas para producir queroseno sostenible, como la producción de queroseno sintético mediante el proceso Fischer-Tropsch. El queroseno está formado por una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno. Los químicos también calcularon que su método libera entre la mitad y las tres cuartas partes menos de gases de efecto invernadero en comparación con esas técnicas alternativas.
«El nuevo catalizador no sólo funciona a bajas temperaturas, sino que también produce muy buenos rendimientos, incluso con corrientes de lignina que son difíciles de convertir», afirma Bert Weckhuysen, profesor de química inorgánica y catálisis en la Universidad de Utrecht. Él no estaba involucrado en el estudio.
Según él, el estudio es realmente un importante paso adelante. Los enlaces químicos difíciles de romper de la lignina se abordan de forma selectiva. Esto permite convertir de manera eficiente los flujos de lignina técnica, provenientes por ejemplo de la industria del papel y la celulosa, en combustibles. “Si el catalizador también demuestra ser resistente a contaminantes en los flujos técnicos de lignina, como el azufre, entonces tiene una gran estabilidad. Entonces la conversión tiene mucho potencial”.
Según Weckhuysen, las investigaciones futuras podrían centrarse en mejorar la accesibilidad del material de zeolita, lo que aumenta aún más su reactividad.