Investigadores químicos descubren catalizador para hacer

El descubrimiento de la investigación permitirá la fabricación de materiales biorenovables a partir de árboles y maíz.

Universidad de Minnesota

imagen: Investigadores de la Universidad de Minnesota han inventado una nueva tecnología de catalizadores que mejora el proceso y reduce sustancialmente el costo de fabricación de productos químicos renovables que se pueden usar en una amplia gama de productos, incluidas pinturas, revestimientos y pañales.ver más

Crédito: John Beumer, NSF Center for Sustainable Polymers, Universidad de Minnesota

Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Minnesota Twin Cities ha inventado una nueva e innovadora tecnología de catalizadores que convierte materiales renovables como árboles y maíz en productos químicos clave, ácido acrílico y acrilatos utilizados en pinturas, revestimientos y polímeros superabsorbentes. La nueva tecnología de catalizadores también es altamente eficiente, lo que significa menores costos para la fabricación de productos químicos renovables.

La nueva formulación de catalizador convierte los productos químicos a base de ácido láctico derivados del maíz en ácido acrílico y acrilatos con el mayor rendimiento alcanzado hasta la fecha. La tecnología exhibe un rendimiento sustancialmente mayor cuando se compara con otras clases de catalizadores líderes.

La investigación se publica en línea en el Journal of the American Chemical Society Gold (JACS Au), una revista líder de acceso abierto de la American Chemical Society.

El equipo de investigación recibió el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. a través del Centro NSF para Polímeros Sostenibles, un equipo colaborativo de varias universidades con la misión de transformar la forma en que se fabrican, deshacen y rehacen los plásticos a través de una investigación innovadora.

El público está más familiarizado con el ácido acrílico y los acrilatos asociados a través de sus usos en artículos cotidianos, desde pinturas y revestimientos hasta adhesivos pegajosos y materiales superabsorbentes utilizados en pañales. Estos productos químicos y materiales se han fabricado durante el último siglo a partir de combustibles fósiles. Pero en las últimas décadas, la industria del maíz ha ido creciendo para expandirse más allá de los alimentos y la alimentación del ganado para fabricar productos químicos útiles. Uno de estos productos químicos derivados del maíz es el ácido láctico sostenible, un ingrediente clave en la fabricación del plástico renovable y compostable que se utiliza en muchas aplicaciones cotidianas.

El ácido láctico también se puede convertir en ácido acrílico y acrilatos usando catalizadores. Sin embargo, hasta el descubrimiento de este nuevo catalizador, los catalizadores tradicionales eran muy ineficientes, lograban bajos rendimientos y encarecían demasiado el proceso general.

"Nuestro nuevo descubrimiento de formulación de catalizador logra el mayor rendimiento hasta la fecha de ácido acrílico a partir de ácido láctico", dijo Paul Dauenhauer, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Minnesota. "Comparamos el rendimiento de nuestro nuevo catalizador con todos los catalizadores anteriores, y el rendimiento supera con creces a los ejemplos anteriores".

La nueva formulación de catalizador reduce sustancialmente el costo de fabricación de ácido acrílico renovable y acrilatos de maíz al mejorar el rendimiento y reducir los desechos. Por primera vez, esto podría reducir el precio del ácido acrílico renovable por debajo de los productos químicos derivados de fósiles.

La oportunidad económica generada por el nuevo catalizador está siendo aprovechada por Låkril Technologies, una empresa nueva que tiene como objetivo fabricar acrilatos y ácido acrílico renovable de bajo costo. Al obtener la licencia de la tecnología de catalizadores de la Universidad de Minnesota, Låkril Technologies desarrollará la tecnología más allá del laboratorio.

"La fabricación de productos químicos se ha basado en una clase de catalizadores llamados 'zeolitas' durante medio siglo", dice el Dr. Chris Nicholas, director ejecutivo de Låkril Technologies. "Debido a que el descubrimiento del nuevo catalizador se basa en una formulación de zeolita que ya está disponible a escala, nuestro nuevo proceso para producir ácido acrílico y acrilatos logrará un bajo costo con un bajo riesgo".

Låkril Technologies, ubicada en Chicago, ya recibió $ 1.4 millones en financiamiento previo a la semilla para escalar el proceso. La Asociación de Productores de Maíz de Iowa lideró el financiamiento con la participación de la Asociación de Productores de Maíz de Kentucky junto con subvenciones del Consejo de Promoción e Investigación de Maíz de Minnesota, el Consejo de Comercialización de Maíz de Indiana, el Consejo de Comercialización de Maíz de Michigan, junto con premios de Investigación de Innovación en Pequeñas Empresas (SBIR) de tanto el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos como el Departamento de Energía de los Estados Unidos.

En la Universidad de Minnesota, el equipo de investigación planea continuar su investigación básica sobre el diseño de catalizadores para comprender los aspectos fundamentales de la química con el apoyo financiero del Centro de Polímeros Sostenibles con sede en la Universidad de Minnesota.

"Este es un maravilloso ejemplo de cómo abordar cuestiones importantes de investigación básica que están en el corazón de la catálisis fundamental puede conducir a nuevos procesos innovadores que tienen una verdadera promesa tecnológica", dijo Marc Hillmyer, director del Centro de Polímeros Sostenibles y profesor de la Departamento de Química de la Universidad de Minnesota. "Un gran desafío en el Centro de Polímeros Sostenibles es la conversión eficiente y sostenible de biomasa en ingredientes de polímeros, y este trabajo representa una solución innovadora a ese desafío que tendrá un impacto duradero".

Obtenga más información sobre la química renovable en el sitio web de Dauenhauer Research Group.

JACS Au

10.1021/jacsau.2c00513

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