12.07.2021 - University of Michigan

Resolver la escasez de plástico con un nuevo catalizador químico

El nuevo catalizador, que puede fabricar propileno a partir de gas natural, es al menos 10 veces más eficaz que los actuales catalizadores comerciales

En un año que ya ha golpeado las cadenas de suministro de la industria, otra escasez más está complicando la vida de fabricantes y consumidores: los plásticos, y los envases de alimentos, componentes de automóviles, ropa, equipos médicos y de laboratorio e innumerables otros artículos que dependen de ellos.

Pero un nuevo catalizador químico desarrollado en la Universidad de Michigan podría permitir la producción de más materia prima para el segundo plástico más utilizado del mundo. La materia prima, el propileno, se utiliza para fabricar el plástico polipropileno, del que se producen 8 millones de toneladas al año.

El nuevo catalizador, que puede fabricar propileno a partir de gas natural, es al menos 10 veces más eficaz que los catalizadores comerciales actuales. Y dura 10 veces más antes de necesitar regeneración. Está compuesto por nanopartículas de platino y estaño que se apoyan en un armazón de sílice.

"La industria ha pasado a lo largo de los años de las materias primas petrolíferas al gas de esquisto", explica Suljo Linic, catedrático Martin Lewis Perl de Ingeniería Química de la UM y autor principal de un artículo publicado en Science. "Por eso se ha impulsado la búsqueda de un modo de producir propileno de forma eficiente a partir del propano, un componente del gas de esquisto. Este catalizador logra ese objetivo".

El secreto de la "deshidrogenación no oxidativa" eficiente

El propileno se ha producido tradicionalmente en las refinerías de petróleo en enormes craqueadores de vapor que descomponen la materia prima del petróleo en moléculas de hidrocarburos más ligeras. Pero el craqueo de gas de esquisto para producir propileno ha sido ineficiente.

El nuevo catalizador puede producir eficientemente propileno -una molécula con tres átomos de carbono y seis hidrógenos- a partir de propano, que tiene dos hidrógenos adicionales. Utiliza un proceso denominado deshidrogenación no oxidativa. Una de las razones por las que los catalizadores actuales son ineficaces es que requieren añadir hidrógeno al proceso. Este enfoque no lo hace.

La innovación clave del nuevo catalizador es que utiliza sílice como estructura de soporte para las nanopartículas de platino y estaño, en lugar de la alúmina que se utiliza en los catalizadores actuales. La alúmina reacciona con el estaño, haciendo que se separe del platino y descomponga el catalizador. Como el nuevo catalizador frena esta reacción, tiene una vida más larga.

"La sílice como soporte de las nanopartículas de platino y estaño ya se había probado antes, pero las técnicas de síntesis convencionales no eran lo suficientemente precisas como para permitir una interacción estrecha entre el platino y el estaño", explica Ali Hussain Motagamwala, investigador postdoctoral de la UM y primer autor del artículo.

"Lo superamos sintetizando primero un complejo de platino y estaño con una interacción excelente. A continuación, apoyamos este complejo en sílice para producir un catalizador muy bien definido que es activo, selectivo y estable durante la deshidrogenación no oxidativa del propano".

Una de las claves de la comercialización será encontrar la forma de regenerar el catalizador cuando se ensucie con carbono. Aunque los catalizadores actuales tienen una vida corta, dice Linic, la industria química ha desarrollado un intrincado sistema que puede regenerar el catalizador ensuciado con rapidez y eficacia. Habrá que desarrollar un sistema similar para el nuevo catalizador.

Estabilizar el suministro de propileno

"Construir el tipo de plantas que harían funcionar este proceso a escala comercial supondría una enorme inversión y, por esa razón, la industria química tiende a moverse con lentitud", afirma Linic. "Este catalizador es muy bueno, pero la regeneración es la siguiente gran cuestión".

Aunque el catalizador aún está en fase de investigación, tiene la posibilidad de reforzar el suministro mundial de propileno, que se ha visto mermado por el aumento vertiginoso de la demanda mundial, los problemas de producción provocados por el COVID y una serie de paradas relacionadas con los huracanes en las refinerías de petróleo de la Costa del Golfo que producen el producto químico.

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