El reciente aumento de los precios de los alimentos no es sólo una mala noticia para la factura del supermercado. También afecta al azúcar utilizado en la biofabricación, que de todos modos no es tan ecológico como esperan los científicos y los defensores del clima. Los costos crecientes y la creciente urgencia de una fabricación verdaderamente sostenible han obligado a los investigadores a buscar materias primas alternativas.
Feng Jiao, profesor Elvira y William R. Stuckenberg de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, desarrolló un proceso de dos pasos para convertir dióxido de carbono (CO).2En valiosos materiales a base de carbono utilizados en la producción de alimentos, plásticos y otros productos químicos básicos. CO en tándem de Jiao2 La electrólisis produce acetato y etileno. El acetato es un pariente cercano del más conocido ácido acético o vinagre, que puede usarse como alimento para los microbios utilizados en la biofabricación, y el etileno es un componente común que se encuentra en los plásticos y otros polímeros.
En un estudio publicado el 3 de junio Ingeniería Química de la NaturalezaJiao demostró que su tándem CO2 El electrolizador, que fue desarrollado especialmente para mejorar la producción de productos multicarbono, produce con éxito un kilogramo de productos químicos por día con alta concentración y pureza. Esto representa un aumento del 1.000 % en escala con respecto a demostraciones anteriores, allanando el camino para la viabilidad industrial, que Jiao y su equipo respaldaron con un análisis tecnoeconómico que demuestra la viabilidad comercial de la técnica.
“La mayoría trabaja en CO.2 La electrocatálisis se realiza a pequeña escala, alrededor de un gramo por día”, dijo Jiao. “Aumentar en tres órdenes de magnitud para producir un kilogramo por día, como lo hemos hecho, es un gran paso, pero aún en esa escala. no está ni cerca. CO mundial2 emisiones, que son gigatoneladas por año.
“La ampliación no se trata sólo del tamaño del sistema”, continuó Jiao. “También tenemos que afrontar desafíos de ingeniería, por ejemplo, cómo separar los productos y cómo mantener el rendimiento mientras lidiamos con los efectos cada vez mayores de la temperatura y el transporte”.
Basándose en los conocimientos adquiridos en experimentos a pequeña escala, el equipo de Jiao diseñó y operó con éxito un CO.2 electrolizador y electrolizador de monóxido de carbono (CO) en configuración tándem. Dos reactores electroquímicos operan en serie, convirtiendo primero el CO.2 a CO, y luego de CO a productos multicarbono, permitiendo que el sistema se vuelva más eficiente a través de la especialización de tareas. Jiao dijo que la pila de electrolizador demostró un rendimiento continuo y estable durante más de 125 horas. Durante este período operativo, el sistema extrajo 98 litros de acetato con una alta concentración y un 96% de pureza.
Un logro clave del sistema de Jiao no es sólo el aumento de la productividad, sino también la resistencia del sistema contra defectos industriales, un factor importante en las aplicaciones del mundo real. Esta flexibilidad garantiza que el sistema pueda mantener su alto rendimiento en medio de los desafíos de un entorno industrial típico.
“Este es el primer paso hacia la expansión de las aplicaciones comerciales”, afirmó Jiao. “Estamos intentando inventar un método escalable para producir acetato a partir de CO.2lo que nos permitirá cambiar las materias primas de carbono, proporcionando formas económicas de utilizar CO.2 Y convertirlo en algo útil y reducir el CO.2 Emisiones asociadas a los procesos de fabricación de productos químicos convencionales. Este nuevo camino nos acerca mucho a las cero emisiones netas de carbono”.
De vuelta al supermercado. Si el CO de Jiao2 El proceso de conversión funciona a gran escala, lo que no sólo ahorra mucho dinero en la compra del azúcar necesario para alimentar a los microbios que hacen el trabajo pesado en la biofabricación. También evita las emisiones que conlleva la producción agrícola de estas materias primas de azúcar. Aún mejor, la producción a gran escala de acetato y etileno puede establecer un proceso de fabricación circular en el que se capture el CO.2 Alimenta a los microbios en lugar de contribuir a efectos ambientales nocivos. Entonces, cuando el CO2 Producido como subproducto de la biofabricación, puede recuperarse y reprocesarse para alimentar a la próxima generación de microbios.
“Estamos en el proceso de ampliar masivamente el sistema una vez más”, afirmó Jiao. “Estamos trabajando para perfeccionar el sistema, por ejemplo utilizando diferentes catalizadores, y mejorando el rendimiento haciéndolo más estable, robusto y eficiente. Si todo funciona, llevaremos esta tecnología a cinco niveles. Puedo ver una demostración a escala comercial. por diez años.”
