Un nuevo catalizador enzimático para la producción de biodiesel

La producción continua de biodiesel ya se puede prever, gracias a un nuevo catalizador desarrollado por un equipo en el Centro de Investigaciones del CNRS de Pablo Pascal (CRPP), en colaboración con investigadores del Institut des Sciences Moléculaires en Burdeos (CNRS / Université Bordeaux 1/Institut Politécnica de Burdeos) y el Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée en París (CNRS / UPMC / ENSCP / Collège de France). Los resultados, que han sido patentadas, han sido publicados en la revista Energy & Environmental Science .

La producción de biocombustibles proporciona una alternativa a los combustibles fósiles. Biodiésel, por ejemplo, se procesan productos a base de aceites de plantas oleaginosas como la colza, palma, girasol y soja. Son el resultado de una reacción química, catalizada ya sea en un ácido o preferiblemente un medio básico, entre un aceite vegetal (90%) y un alcohol (10%).Esta reacción, conocida como transesterificación, convierte la mezcla en un éster metílico (el principal constituyente de biodiesel) y glicerol. Una reacción secundaria de saponificación (éster metílico de conversión en la sal de ácido correspondiente) reduce el rendimiento del éster metílico. Para aumentar el rendimiento, por lo que era necesario desarrollar catalizadores alternativos (1).

Para este tipo de reacción, ciertos catalizadores enzimáticos, tales como los pertenecientes a la familia de las lipasas (hidrolasas triglicéridos) son particularmente eficaz y selectiva.Sin embargo, su alto costo y la estabilidad conformacional de baja restringir su uso industrial, a menos que puedan ser irreversible confinados en matrices porosas, lo que permite una buena accesibilidad y el transporte de masa mayor. Esto ha sido logrado por el equipo dirigido por el profesor renal Backov (Université Bordeaux 1) en el Centro del CNRS de Investigaciones Pablo Pascal (CRPP), en colaboración con investigadores de los equipos dirigidos por el Dr. Hervé Deleuze en el Instituto Moléculaires des Sciences de Burdeos (CNRS / Universidad de Burdeos 1/Institut Politécnica de Burdeos) y el profesor Clemente Sánchez (2) en el Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée en París (CNRS / UPMC / ENSCP / Collège de France).

En un estudio inicial, que ya había demostrado la posibilidad de catálisis eficiente, mediante el desarrollo de base de sílice modificados matrices celulares que hacen posible a las lipasas confinan (3) con el fin de obtener rendimientos excepcionales para reacciones de hidrólisis, esterificación y transesterificación.Su trabajo ha demostrado también que las enzimas no purificadas podrían ser utilizados en las matrices. El hecho de que eran no purificado era un primer paso para reducir significativamente el coste de los biocatalizadores. Sin embargo, la metodología no permitió que la producción de biodiesel continua. Este obstáculo ha sido superado.

Los investigadores han desarrollado un nuevo método que genera el biocatalizador celular híbrido in situ dentro de una columna de cromatografía (4). Este enfoque novedoso hace que sea posible llevar a cabo la síntesis continua, el flujo unidireccional durante largos períodos, ya que la actividad catalítica y la producción de éster de etilo se mantienen a niveles altos, prácticamente estables durante un período de dos meses de tiempo. Estos resultados se encuentran entre los mejores de la historia obtenido en este campo. 

La investigación continúa en el disolvente libre de la conversión de triésteres, dirigida a minimizar la producción de residuos y de poner freno al uso de disolventes y metales en los procesos de transformación química. Este trabajo, que se reúne la energía actual y las exigencias medioambientales, muestra la cantidad de los químicos están trabajando en el interés público, y confirma la importancia de la química de integración (5).

 

Diagrama que muestra el reactor enzimático biocatalítica


© CNRS

Diagrama que muestra el reactor enzimático biocatálisis y su funcionamiento unidireccional de flujo continuo que utiliza la catálisis enzimática para convertir triésteres en biodiesel.


 

 

¿Cómo funciona?

Estos sistemas son eficaces porque un cierto número de obstáculos técnicos se han superado: 
- el confinamiento de las enzimas en macroporos (con diámetros de unos pocos micrómetros) les hace continuamente accesible a los reactivos en solución. El medio macroporosa también significa que las reacciones químicas no son frenados por el transporte de difusión de Fick, a diferencia de matrices con una superficie mesoporoso (diámetros de 2-50 nm), donde hay poco convección. 
- las enzimas se utilizan en forma no purificado, lo que contribuye a su estabilidad y mantiene bajos costos de producción. 
- hibridación de la superficie del soporte de sílice optimiza enzima / sustrato interacciones. 
- la hidratación natural del soporte de sílice celular aumenta la actividad enzimática a través de un efecto lubricante. 
- la estabilidad mecánica del marco de sílice hace Es posible mantener una entrada de alta presión y la caída de presión (diferencia de presión entre la entrada y la salida del reactor bajo flujo continuo) sin daños, permitiendo el uso de flujo de reactivo de alto.

 

Notas:

1 – Un catalizador es una sustancia química que aumenta la velocidad de una reacción química, pero no es en sí usan (que se regenera). 
2 – El profesor Clément Sánchez titular de la Cátedra de Química de Materiales híbridos en el Collège de France. 
3 – un / enzima espumas a base de híbridos macroporosos como biocatalizadores de alta eficiencia obtenida a través de Química Integrada. 
N.Brun, A.Babeau-García, H.Deleuze, F.Duran, C.Sanchez, V.Ostreicher y R.Backov. Chem.. Mater., 2010, 22, 4555. 
b Los Catalyseurs supportés enzymatiques híbridos de macrocelluaires et aplicaciones. N. Brun, A.Babeau-García, C.Sanchez y R.Backov. Francés de patentes de 2009, número de expediente 09-54634 FR 
4 – La cromatografía es una técnica utilizada para separar los componentes de una mezcla, con el propósito de identificar o medir ciertos componentes de la mezcla. 
5 – Véase también: Chimie integradora: une la evolución des conceptos de Chimie et de Chimie douce supramoléculaire (Integrativa la química: las tendencias en los conceptos de la química suave y la química supramolecular): el sitio web de Vista

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