La cooperación mutua entre ingenieros químicos y científicos de animales ha creado un sistema para la recuperación de valiosos productos químicos industriales de los desechos animales, lo que representa un paso importante hacia la circulación y la estabilidad ambiental.
Investigadores de la Universidad de Illinois han desarrollado un sistema de filtración nano para separar las moléculas organizadas de ácidos grasos volátiles (VFA), que son importantes en muchos campos de excelente producción química. Gracias a agregar membranas de intercambio de iones seleccionados al sistema de separación electroquímica, este sistema es 80 % más eficiente energéticamente que el proceso electroquímico estándar anterior.
“Es increíble que podamos obtener productos químicos industriales como VFA como los fertilizantes”, dijo Xiao Su, profesor de productos químicos e ingeniería biometular en Illinois. “A través de nuestro trabajo, entendemos que estamos cerca de la circularidad, donde los desechos se vuelven a procesar en recursos valiosos, lo que hace que la producción química sea más eficiente y sostenible”.
La investigación fue dirigida por Wangsuk Oh en el grupo de investigación del SU. La revista fue publicada en avanzado Materials Funcionales, y el artículo se presentó en la portada interna de la emisión del 5 de febrero de 2025.
VFA, como acetato, barat y proporciones, son bloques de construcción químicos que se usan ampliamente en productos, incluidos cosméticos, edición de alimentos, productos farmacéuticos y plásticos. Su producción a menudo implica el procesamiento del carbono relacionado con el carbono de las estacas de alimentación petroquímica, pero recientemente ha surgido una alternativa más eficiente de energía: la digestión anerobia microbiana, que rompe los microorganismos. El principal obstáculo para su implementación generalizada es la falta de un método efectivo para extraer VFA del caldo químicamente complejo.
Los investigadores de Illinois recurrieron al electrosolis de arbitraje redox, una técnica de separación electroquímica, que el grupo de investigación de SU ha investigado ampliamente. Al igual que el electrodelessis estándar, utiliza un campo eléctrico para capturar especies químicas cargadas. Sin embargo, la “redox” de electrodos mediada de Redox usa moléculas, que puede cambiar su estructura eléctrica a pedido para reducir el consumo de energía. Cuando se combina con membranas seleccionadas, puede distinguir los VFA basados en estructuras químicas.
SU dijo: “El electrodiames es una técnica de separación muy común que se usa principalmente en el agua del agua”. “El problema es que las membranas de intercambio iónico comúnmente utilizadas en Electrodelessis no están diseñadas para distinguir entre valiosos VFA utilizados en la producción de productos químicos. A través de nuestro trabajo, hemos diseñado nuevas membranas con características específicas que identifican y distinguen especies químicas específicas como VFA de diferentes tamaños”.
Para demostrar esta técnica, los grupos de investigación de ingeniería de productos químicos y biometradores de Su cooperaron con Rodrik Ian Maki, profesor de ciencias animales. El equipo faugó el caldo de fertilizante de ganado y luego utilizó el sistema de nanofilación de electrodelysis de mediación en redox para recuperar los VFA, bajo los VFA de cadena larga y otros productos químicos en esta mezcla.
“Es un enfoque moderno para el uso de materiales de desecho de las instalaciones de producción de animales, que es ayudado por la contaminación ambiental, y tiene que transformarlo en valiosos productos químicos industriales”, dijo Maki.
Dado que el método de separación utiliza medios eléctricos para separar las moléculas en lugar de las medias químicas, es significativamente más eficiente y produce menos desechos químicos que el proceso de separación tradicional. Además, SU cree que esta tecnología se puede adaptar fácilmente a entornos industriales.
“El siguiente paso para este trabajo es saber cómo implementar nuestra tecnología en un proceso completo”, dijo. “Incluye agregar el diseño y el desarrollo de materiales más detallados para hacer que las membranas sean más selectivas que nunca. Si podemos hacer esto, podemos reducir aún más los costos generales y los costos de energía para este proceso”.
Naving Kim y Haven Kim también participaron en el trabajo.
El programa EBI Shell proporcionó asistencia a través del Instituto de Energía y Bio Ciencias.
