Soarele transformă un deșeu al biodieselului în hidrogen și substanțe chimice valoroase
Cercetătorii australieni, împreună cu colaboratori internaționali, au demonstrat o metodă bazată pe energie solară prin care glicerolul, un subprodus de mică valoare al producției de biodiesel, este convertit în hidrogen și în substanțe chimice cu valoare mai ridicată. Studiul, coordonat de cercetători de la University of New South Wales, a analizat procesul numit fotoreformare, în care lumina declanșează reacții chimice ce produc simultan hidrogen și transformă materii prime organice în produși utili. Rezultatele au fost publicate în Applied Catalysis B: Environment and Energy.
Industria biodieselului generează cantități mari de glicerol: aproximativ 100 de kilograme la fiecare tonă de biodiesel. Glicerolul brut poate valora doar circa 0,11 dolari pe kilogram, dar din el se pot obține substanțe precum gliceraldehida și dihidroxiacetona, evaluate la aproximativ 75, respectiv 150 de dolari pe kilogram.
Denny Gunawan, de la University of New South Wales, a explicat că fotoreformarea permite două lucruri utile simultan: generarea de hidrogen și transformarea unui subprodus ieftin în chimicale mai valoroase. Provocarea este că glicerolul poate urma mai multe căi de reacție, iar înțelegerea factorilor care le controlează deschide calea către catalizatori care direcționează reacția spre produșii doriți.
Cercetătorii au dezvoltat un fotocatalizator pe bază de sulfură de zinc și indiu, modificat cu cantități foarte mici de nichel și cobalt. Sub lumină vizibilă, adăugarea cocatalizatorului a crescut de aproximativ zece ori rata de degajare a hidrogenului față de materialul nemodificat și a sporit substanțial proporția de glicerol transformat pe căile care produc gliceraldehidă și dihidroxiacetonă. Testele sub lumină solară simulată au confirmat producția simultană de hidrogen și de produși organici utili.
Pentru a înțelege de ce nichelul și cobaltul schimbă reacția, cercetătorii au observat catalizatorul în timpul funcționării, la Australian Synchrotron. Prin două tehnici de spectroscopie de absorbție a razelor X, au urmărit ce se întâmplă cu situsurile de nichel și cobalt când fotocatalizatorul este iluminat. Scientista principală Bernt Johannessen a precizat că modificările au putut fi urmărite în mai puțin de o secundă: când lumina era aprinsă, stările chimice ale celor două metale se schimbau odată cu formarea catalizatorului activ, iar când lumina era stinsă, schimbările se inversau. Măsurătorile repetate au arătat că transformarea este reversibilă și că este determinată de lumină, nu de fasciculul de raze X.
O a doua tehnică de la Australian Synchrotron, microspectroscopia în infraroșu, a urmărit moleculele de pe suprafața fotocatalizatorului sub iluminare, ajutând la identificarea intermediarilor chimici. Coroborate cu alte experimente și calcule teoretice, măsurătorile au arătat că suprafața de sulfură de zinc și indiu favorizează în principal o cale care produce hidroxiacetonă, iar adăugarea nichelului și cobaltului stimulează producția de hidrogen și deplasează mai mult glicerol spre căile care generează gliceraldehidă și dihidroxiacetonă.
Gunawan a subliniat că aspectul important nu este doar obținerea hidrogenului din glicerol, ci începutul înțelegerii modului de control al chimiei, astfel încât energia solară să producă hidrogen și să direcționeze carbonul rămas spre produși utili, nu spre deșeuri. Abordarea ar putea fi extinsă și la alte materii prime derivate din biomasă, oferind principii de proiectare pentru procese solare care combină producția de hidrogen regenerabil cu fabricarea de substanțe chimice utile.
