El biodiesel de fabricación, una alternativa de combustión más limpia al diesel de petróleo, produce CO2 y aguas residuales que contienen contaminantes. Un equipo de investigación de la Universidad de Michigan soluciona un método electroquímico de bajo consumo para capturar CO2 y productos químicos valiosos mientras trata las aguas residuales. Crédito: Publicaciones de ACS
Si bien el biodiesel proporciona una alternativa de combustión más limpia al diesel de petróleo, produce CO2 y aguas residuales peligrosas durante la fabricación, lo que requiere pasos adicionales para lograr la sostenibilidad. Un estudio de diagnóstico dirigido por investigadores de la Universidad de Michigan trabaja para mejorar un proceso que captura el CO2 mientras trata las aguas residuales de biodiesel y produce coproductos valiosos como combustibles y productos químicos verdes.
Durante la producción de biodiesel, las grasas, como los aceites vegetales, las grasas animales o la grasa de restaurantes reciclados, se transforman en combustible a través de un proceso llamado transesterificación. Con la ayuda de un catalizador, un alcohol (típicamente metanol) rompe los enlaces en las moléculas de grasa para crear glicerol y moléculas largas en forma de cadena llamadas ésteres de ácidos grasos.
Los ésteres de ácidos grasos, que se asemejan a la estructura molecular del diesel de petróleo, se convierten en biodiesel mientras el glicerol entra en las aguas residuales como un subproducto. Si no se trata, el glicerol puede contaminar los recursos hídricos naturales agotando los niveles de oxígeno, los peces sofocantes y otros organismos.
El tratamiento primero implicó filtrar o romper el glicerol y otros contaminantes, pero los esfuerzos más recientes tienen como objetivo reclamar materiales valiosos de las aguas residuales, lo que ayuda a compensar los costos de producción de biodiesel. La producción de biodiesel está en tendencia al alza, creando una oportunidad para aprovechar el potencial de las corrientes de desechos, dicen los investigadores.
“Al desarrollar electrocatalizadores más estables, podemos comenzar a aprovechar la energía renovable para recuperar más eficientemente el valor de los recursos de desechos”, dijo Joshua Jack, profesora asistente de ingeniería civil y ambiental en UM y autor correspondiente del estudio publicado en Environmental Science & Technology.
Una táctica en desarrollo llamada reducción electroquímica de CO2, o ECO2R, utiliza electricidad para convertir CO2 de fuentes como el gas de escape de biodiesel en productos de valor agregado. Sin embargo, este proceso generalmente se basa en el agua de alta pureza y los costosos catalizadores de metales preciosos para impulsar la reacción de evolución de oxígeno (OER) necesaria para ECO2R.
Los investigadores se han movido hacia una alternativa más barata y más eficiente en la energía al REA llamado reacción electroquímica de glicerol redox o GOR. En su lugar, la técnica aprovecha el potencial redox ultra bajo de glicerol, o una fuerte disposición a intercambiar electrones, disminuyendo la demanda de energía entre 23% y 53% dependiendo del catalizador.
El tipo de catalizador también determina qué productos químicos pueden producir GOR. El níquel ha atraído el interés recientemente debido a su bajo costo, facilidad de fabricación y capacidad para producir coproductos de alto valor como el formato, un químico utilizado en la producción y almacenamiento de alimentos por valor de $ 146 por litro.
“Acoplar GOR con una electrólisis de CO2 para capturar CO2 a partir de la gestión de aguas residuales sostenibles de aire, utilización de CO2 y síntesis de productos químicos verdes en un proceso de una sola unidad”, dijo Kyunho Kim, investigador postdoctoral de ingeniería civil y ambiental en UM y autor principal del estudio.
Si bien las investigaciones recientes han tenido como objetivo maximizar la actividad catalítica para GOR, se ha centrado menos en la estabilidad de los catalizadores durante períodos de tiempo más largos. Para mejorar el proceso, los investigadores se centraron en la estabilidad de un catalizador de níquel durante 24 horas de operación.
El equipo de investigación desarrolló por primera vez una aguas residuales sintéticas de biodiesel que contenía glicerol, metanol, jabón y jabón. Los experimentos aplicaron un potencial eléctrico a la imitación de aguas residuales contenidas dentro de una celda de flujo, un dispositivo con un electrodo de níquel positivo (ánodo) y un electrodo negativo de platino (cátodo).
Los resultados detallan varias formas previamente desconocidas que el catalizador de níquel perdió efectividad con el tiempo. La corriente disminuyó en un 99.7% dentro de las 24 horas posteriores a la operación, impulsada principalmente por partículas que bloquean el electrodo de níquel.
La implementación de un programa de limpieza y mantenimiento regular será necesario para el uso a largo plazo de los catalizadores de níquel de bajo consumo antes de la adopción en un entorno del mundo real.
“El marco analítico utilizado en este estudio puede ofrecer una nueva hoja de ruta para evaluar la estabilidad del catalizador y los resultados experimentales pueden usarse para mejorar el diseño y la operación del catalizador en diversos procesos ambientales”, dijo Jack.
Este estudio es uno de los primeros pasos para construir electrocatalizadores más robustos que pueden funcionar de manera eficiente en aguas residuales.
Más información: Kyungho Kim et al, Delineación de mecanismos de desactivación del catalizador en la oxidación de glicerol electrocatalítico hacia las aguas residuales de biodiesel/co-valorización de CO2, ciencia y tecnología ambiental (2025). Doi: 10.1021/acs.est.4c10827
Proporcionado por la Universidad de Michigan College of Engineering
Cita: Tratamiento de aguas residuales de biodiesel: Captura de carbono y productos químicos valiosos (2025, 21 de marzo) Recuperado el 22 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-Biodiesel-wtewater-Treatment-Capturing-Carbon.html
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