CHEMISTRY: MYSTERY# 8/ MISTERIO No.8

What Is The Best Way To Make Biofuels?

Instead of making fuels by capturing the rays of the sun, how about we let plants store the sun’s energy for us and then turn plant matter into fuels? Biofuels such as ethanol made from corn and biodiesel made from seeds have already found a place in the energy markets, but they threaten to displace food crops, particularly in developing countries where selling biofuels abroad can be more lucrative than feeding people at home. The numbers are daunting: meeting current oil demand would mean requisitioning huge areas of arable land.

Turning food into energy, then, may not be the best approach. One answer could be to exploit other, less vital forms of biomass. The U.S. produces enough agricultural and forest residue to supply nearly a third of the annual consumption of gasoline and diesel for transportation.

Converting this low-grade biomass into fuel requires breaking down hardy molecules such as lignin and cellulose the main building blocks of plants. Chemists already know how to do that, but the existing methods tend to be too expensive, inefficient or difficult to scale up for the enormous quantities of fuel that the economy needs. 

One of the challenges of breaking down lignin—cracking open the carbon-oxygen bonds that link “aromatic,” or benzenetype, rings of carbon atoms—was recently met by John Hartwig and Alexey Sergeev, both at the University of Illinois. They found a nickel-based catalyst able to do it. Hartwig points out that if biomass is to supply nonfossil-fuel chemical feedstocks as well as fuels, chemists will also need to extract aromatic compounds (those having a backbone of aromatic rings) from it. Lignin is the only major potential source of such aromatics in biomass.

To be practical, such conversion of biomass will, moreover, need to work with mostly solid biomass and convert it into liquid fuels for easy transportation along pipelines. Liquefaction would need to happen on-site, where the plant is harvested. One of the difficulties for catalytic conversion is the extreme impurity of the raw material—classical chemical synthesis does not usually deal with messy materials such as wood. “There’s no consensus on how all this will be done in the end,” Hartwig says. What is certain is that an awful lot of any solution lies with the chemistry, especially with finding the right catalysts. “Almost every industrial reaction on a large scale has a catalyst associated” with it, Hartwig points out.

¿Cuál Es La Mejor Manera De Hacer Biocombustibles?

En lugar de hacer  combustibles mediante la captura de los rayos del sol, ¿ y si dejamos que las plantas que almacenan la energía del sol para nosotros y luego convertir  la materia vegetal en combustible? Los biocombustibles, como el etanol hecho de maíz y el biodiesel hecho de semillas ya han encontrado un lugar en los mercados de la energía, pero amenazan con desplazar cultivos de alimentos, especialmente en los países en desarrollo, donde la venta de los biocombustibles en el extranjero puede ser más lucrativo que alimentar a la gente en casa. Los números son abrumadores: satisfacer la demanda actual de petróleo significaría usar enormes áreas de tierra cultivable.

Convertir los alimentos en energía, entonces, no puede ser el mejor enfoque. Una respuesta podría ser explotar otras formas, menos vitales de la biomasa. Los EE.UU. produce suficientes residuos agrícolas y forestales para abastecer a casi una tercera parte del consumo anual de gasolina y diesel para el transporte.

La conversión de esta biomasa de bajo grado en combustible requiere romper las moléculas resistentes como la lignina y la celulosa de los principales bloques de construcción de las plantas. Los químicos ya saben cómo hacerlo, pero los métodos existentes tienden a ser demasiado caros, ineficaces o difíciles de escalar por las enormes cantidades de combustible que la economía necesita.

Uno de los retos de la descomposición de lignina — abrir los enlaces carbono-oxígeno que enlazan anillos de átomos de carbono "aromáticos" o del tipo benceno—fue recientemente encontrado por John Hartwig y Alexey Sergeev, ambos de la Universidad de Illinois. Encontraron un catalizador a base de níquel capaz de hacerlo. Hartwig señala que, si la biomasa es para suministrar combustible materias primas no fósiles, así como combustibles, los químicos también tendrá que extraer compuestos aromáticos (los que tienen una columna vertebral de anillos aromáticos) de ella. La lignina es la única gran fuente potencial de compuestos aromáticos tales en la biomasa.

Para ser práctico, dicha conversión de la biomasa, por otra parte, necesitará trabajar con biomasa principalmente sólida y convertirla en combustibles líquidos para el transporte fácil a lo largo de las tuberías. La licuefacción tendría que ocurrir en el lugar, donde la planta se cosecha. Una de las dificultades para la conversión catalítica es la impureza extrema de las materias primas — la síntesis química clásica no suele tratar con materiales sucios como la madera. "No hay consenso sobre cómo todo esto se hará al final", dice Hartwig. Lo que es cierto es que una gran parte de la solución está en la química, en particular en la búsqueda de los catalizadores adecuados. "Casi todas las reacciones industriales a gran escala tienen un catalizador asociado" con ellas, señala Hartwig.