Si EEUU se pudiera calzar un par de zapatos, las suelas estarían hechas de butadieno. Esta molécula es el componente fundamental de casi todos los plásticos sintéticos o gomas más comunes. Neumáticos: estireno-butadieno. Mangueras de combustible: nitrilo-butadieno. Juguetes para niños: acrilonitrilo butadieno estireno. Es algo importante, y los investigadores del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) acaban de desarrollar un catalizador capaz de convertir el etanol directamente en butadieno.
Tradicionalmente, el butadieno se produce a partir del petróleo mediante un proceso de refinación conocido como craqueo a vapor. En el pasado, las refinerías usaban petróleo crudo pesado, con altos rendimientos en butadieno. Sin embargo, con el aumento del shale-oil o del crudo liviano, los volúmenes de producción de butadieno están en peligro de caer mientras la demanda continúa en aumento.
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Ahí es donde PNNL interviene. Como parte de un proyecto patrocinado por la Oficina de Tecnologías Bioenergéticas del Departamento de Energía de EE. UU., Los investigadores de PNNL están trabajando en formas de generar butadieno a partir de fuentes renovables mediante el desarrollo de un nuevo catalizador que puede convertir el etanol en butadieno.
Los catalizadores de etanol a butadieno no son nuevos, pero los sistemas catalíticos conocidos hasta ahora no eran comercialmente viables. Primero, los catalizadores no eran activos, por lo que el etanol debía pasar a través del catalizador varias veces u operar a ritmos muy lentos para alcanzar un rendimiento del 70% de la cantidad de etanol convertido en butadieno. Segundo, los catalizadores anteriores requerían etanol puro (anhidro). Separar el agua del etanol agrega un paso adicional y un costo adicional al proceso general.
Recientemente, la científica de PNNL, Vanessa Dagle y su equipo han desarrollado un catalizador de un solo paso que es capaz de convertir aproximadamente el 70% de etanol en butadieno en una sola pasada y en condiciones de proceso industrialmente relevantes. El catalizador tampoco requiere la deshidratación del etanol.
El catalizador usa sílice como material de soporte, con polvo de nitrato de plata y nitrato de zirconilo como materiales catalíticos. Funciona mediante la extracción de hidrógeno de las moléculas de etanol, creando acetaldehído. Se forman enlaces carbono-carbono, que producen crotonaldehído, que luego se convierte en alcohol crotílico. El alcohol se deshidrata, y listo, tienes butadieno.
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Dagle supone que el catalizador desarrollado por PNNL es el más activo en la conversación de etanol a butadieno. Para obtener un catalizador tan eficiente, el equipo tuvo que balancear los componentes del catalizador en proporciones exactas, especialmente para lograr la acidez óptima. Un exceso de acidez produce etileno en lugar de butadieno, mientras que una deficiencia deja acetaldehído sin reaccionar.
El catalizador de PNNL introduce la posibilidad de que el etanol sea una fuente de butadieno alternativa al petróleo. El etanol puede derivarse de fuentes renovables, como el maíz, pastizales, algas e incluso el gas residual de las acerías. Si tiene éxito, el precso de etanol a butadieno podría ser una revolución en el mercado de butadieno, que mueve $ 23 mil millones y abriría la puerta a una nueva fuente renovable de plásticos.
