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Producción de Biocombustibles
Los problemas ambientales y políticos generados por nuestra dependencia de los combustibles fósiles, junto con la disminución de los recursos petroleros, han motivado en nuestra sociedad la búsqueda de nuevas fuentes renovables de energía. En este sentido, la biomasa es una fuente promisoria debido a que es renovable y neutra en el balance de CO2; además, los combustibles derivados de biomasa queman más limpio que los combustibles fósiles. Se ha estimado que la biomasa podría producir de manera sustentable cerca del 25% de los requerimientos energéticos. Las fuentes primarias de conversión de biomasa en combustibles líquidos incluyen a la gasificación termoquímica para producir gas de síntesis, la licuación/pirólisis hacia bio-aceites, la conversión de azúcares hacia etanol e hidrocarburos aromáticos, y la esterificación de triglicéridos para formar biodiesel. En particular, la biomasa y los residuos de biomasa son fuentes promisorias para la producción sustentable de hidrógeno y combustibles líquidos. Sin embargo, la conversión de biomasa en biocombustibles representa aún un desafío tecnológico, dado que procesos tales como la descomposición enzimática de azúcares, el reformado por vapor de bio-aceites, y la gasificación resultan aún inviables por la baja velocidad de producción de hidrógeno y/o los complejos requerimientos de procesado. De esta manera, es crítico el desarrollo de nuevas tecnologías para acelerar la mejora del proceso de obtención de hidrógeno renovable a partir de biomasa.
El objetivo de nuestras investigaciones es la producción de hidrógeno y combustibles líquidos a partir de materiales que no compitan con la obtención de alimentos, es decir generar combustibles de segunda generación. En particular, la celulosa de los residuos forestales o de la agroindustria puede ser convertida mediante diversas etapas en una serie de “moléculas plataforma” consistentes en compuestos oxigenados de entre 4-6 átomos de carbono tales como cetonas, alcoholes secundarios, ácidos carboxílicos y derivados furánicos.
Reacciones:
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Producción de bio-hidrógeno a partir de hidrocarburos oxigenados derivados de biomasa
La producción de bio-hidrógeno mediante reformación en fase acuosa (proceso APR) a partir de hidrocarburos oxigenados derivados de biomasa, es un proceso atractivo cuando se utilizan reactivos que son inestables a temperaturas relativamente bajas. Además, el proceso APR elimina la necesidad de vaporizar la alimentación líquida y mejora de esta manera la eficiencia térmica del proceso. Nosotros estudiamos el desarrollo de nuevos catalizadores bifuncionales metal/ácido para el proceso APR empleando como alimentación polioles (xilitol, sorbitol, glicerol) con el objetivo de mejorar los rendimientos a hidrógeno que se obtienen con las actuales formulaciones catalíticas. -
Producción de combustibles líquidos para transporte a partir de derivados de la biomasa
Se estudia la conversión del 2-hexanol (resultante de la transformación primaria de azúcares) en precursores de combustibles (hidrocarburos y oxigenados), con aplicación en gasolina (C5-C12), combustible de aviones (C9-C16) y diesel (C12-C20). La síntesis en fase gaseosa emplea catalizadores bifuncionales que combinan un sitio metálico y uno básico capaces de promover el proceso tándem de deshidrogenación/condensación aldólica/deshidratación/hidrogenación en un único reactor. -
Obtención de olefinas livianas
Se propone convertir los ácidos carboxílicos de C2-C4 derivados del procesamiento de la biomasa en olefinas livianas (C2-C7). La síntesis “one-pot” en fase gas, promovida por catalizadores de moderadas propiedades ácidas de Lewis, involucra etapas consecutivas de cetonización/condensación aldólica/ruptura C-C/deshidratación. -
Producción de aditivos para combustibles diesel
El ácido levulínico es derivado directo de biomasa y constituye una importante plataforma química para la obtención de biocombustibles y aditivos para diesel como ser la gama-valerolactona, valerato de pentilo y pentanol. Estos productos se pueden obtener mediante reacciones catalíticas en tándem en procesos one-pot usando sistemas catalíticos bifuncionales metal/ácido. El objetivo de esta línea de investigación es estudiar el efecto de estas funciones catalíticas sobre el rendimiento obtenido de dichos productos.
Publicaciones recientes
- High performance Ni-catalysts supported on rare-earth zirconates (La and Y) for hydrogen production through ethanol steam reforming. Characterization and assay, M.F. Musso, A. Cardozo, M. Romero, R. Faccio, D.J. Segobia, C.R. Apesteguía, J. Bussi, Catal. Today, in press 2021.
- Valeric biofuel production from γ-valerolactone over bifunctional catalysts with moderate noble-metal loading, K.G. Martínez Figueredo, E.M. Virgilio, D.J. Segobia, N.M Bertero, ChemPlusChem, 86(9), 1342-1346 (2021).
- Influence of the preparation method on the performance of Ni-based bifunctional catalysts in the one-pot conversion of γ-valerolactone to valeric biofuel, K.G. Martínez Figueredo, D.J. Segobia, N.M. Bertero, Catal. Commun., 144,106087 (2020).
- Deactivation of Cu-Mg-Al mixed oxide catalysts for liquid transportation fuel synthesis from biomass-derived resources, P.J. Luggren, J.I. Di Cosimo, Molec. Catal., 481,110166 (2020).
- Hydrogen-rich gas production by steam and oxidative steam reforming of crude glycerol over Ni-La-Me mixed oxide catalysts (Me = Ce and/or Zr), S. Veiga, M. Romero, R. Faccio, D. Segobia, H. Duarte, C. Apesteguía, J. Bussi, Catal. Today, 344, 190-198 (2020).
- Highly hydrothermal stable carbon-coated Pt/SiO2 catalysts to produce hydrogen via APR of polyols, H.A. Duarte, M.E. Sad, C.R. Apesteguía, Catal. Today, 356, 399-407 (2020).
- Bio-hydrogen production by APR of C2-C6 polyols on Pt/Al2O3: Dependence of H2 productivity on metal content, H. Duarte, M.E. Sad, C.R. Apesteguía, Catal. Today, 296, 59-65 (2017).
- Production of bio-hydrogen by liquid processing of xylitol, H. Duarte, M.E. Sad, C.R. Apesteguía, Int. J. Hydrogen Energy, 42, 4051-60 (2017).
- Hydrogen production by crude glycerol steam reforming over Ni-La-Ti mixed oxide catalysts, S. Veiga, R. Faccio, D. Segobia, C.R. Apesteguía, J. Bussi, Int. J. Hydrogen Energy, 42, 30525-30534 (2017).
- Aqueous phase reforming of sorbitol on Pt/Al2O3: Effect of metal loading and reaction conditions on H2 productivity, H. Duarte, M.E. Sad, C.R. Apesteguía, Int. J. Hydrogen Energy, 41, 17290-17296 (2016).
- Conversion of biomass-derived 2-hexanol to liquid transportation fuels: Study of the reaction mechanism on Cu-Mg-Al mixed oxides, P.J. Luggren, C.R. Apesteguía, J.I. Di Cosimo, Top. Catal., 59(2), 196-206 (2016).
- Liquid transportation fuels from biomass-derived oxygenates: Gas-phase 2-hexanol upgrading on Cu-based mixed oxides, P.J. Luggren, C.R. Apesteguía, J.I. Di Cosimo, Appl. Catal. A: General A, 504, 256-265 (2015).
- Steam reforming of glycerol: Hydrogen production optimization, M.E. Sad, H.A. Duarte, Ch. Vignatti, C.L. Padró, C.R. Apesteguía, Int. J. Hydrogen Energy, 40, 6097-6106 (2015).