Uno de los mayores desafíos mundiales es el uso eficiente de fuentes renovables para satisfacer la creciente demanda de energía y productos químicos en el futuro. En este contexto, la biomasa es una alternativa prometedora a las fuentes fósiles existentes como el carbón o el petróleo.La celulosa desempeña un papel decisivo aquí porque representa la mayor fracción del almacenamiento de carbono natural. Estos depósitos son cruciales para la producción de combustibles y productos químicos básicos. Para utilizar todo su potencial, la estructura de celulosa en forma de cadena debe serdesglosado. Esto puede hacerse mediante una llamada reacción de hidrólisis, que, sin embargo, es difícil debido a la estructura atómica de la celulosa y hasta ahora ha sido muy costosa.
Investigadores de la Universidad de Münster Alemania encabezados por el Dr. Saeed Amirjalayer y el Prof. Harald Fuchs y la Universidad de Bochum encabezada por el Prof. Dominik Marx ahora han logrado identificar un nuevo mecanismo de reacción en el que la celulosa puede convertirse altamenteutilizando eficientemente la fuerza mecánica. Esta llamada reacción mecanocatalítica podría conducir al desarrollo de un proceso eficiente, respetuoso con el medio ambiente y rentable para la conversión de biomasa. El estudio ha sido publicado en la revista Edición internacional Angewandte Chemie .
Información de antecedentes y Método :
Usando una reacción de hidrólisis, el esqueleto de celulosa se puede descomponer en un bloque de construcción molecular individual. Estos bloques de construcción molecular son la base real para producir combustibles o materias primas químicas. En su búsqueda de formas de hacer que la reacción de hidrólisis sea más eficiente, los investigadores hanYa se encontró evidencia en estudios anteriores de que las fuerzas mecánicas pueden influir en el proceso de conversión.
Hasta ahora no ha sido posible dilucidar la influencia de la fuerza mecánica durante cada paso de reacción individual a nivel atómico. Sin embargo, este nivel de conocimiento es necesario para desarrollar un proceso correspondiente eficiente y eficiente en recursos. En el ahora publicadoEn el trabajo, los científicos muestran que el uso de la fuerza mecánica sobre las moléculas de celulosa, en cierto nivel, tiene una influencia significativa en la reacción.
Para hacerlo, los nanocientíficos llevaron a cabo el llamado modelado atomístico. Estos les permitieron seguir los pasos individuales de la reacción de hidrólisis en detalle y al mismo tiempo aplicar una fuerza mecánica sobre la estructura molecular. Los investigadores calcularon que:llamados perfiles de energía, que describen la ruta de energía a lo largo de la reacción coordinada con y sin la influencia de fuerzas mecánicas. Lo que lograron demostrar es que el estrés de la columna vertebral molecular de la celulosa tuvo una fuerte influencia en la reacción de hidrólisis. Por un lado,la energía requerida para activar el proceso se redujo significativamente. Por otro lado, un aumento de la fuerza mecánica incluso superó dos de los tres pasos de reacción habituales ". Mediante nuestros modelos atomísticos, podríamos investigar explícitamente la influencia de la fuerza mecánica en la reacciónmecanismo ", dice el autor principal, el Dr. Saeed Amirjalayer, que trabaja como líder de grupo en el Instituto de Física de la Universidad de Münster y enEl Centro de Nanotecnología CeNTech."Esto nos permitió dilucidar una vía de reacción previamente desconocida y altamente eficiente para la conversión de celulosa", agrega.
Los nuevos resultados no solo confirman las observaciones experimentales, sino que también muestran el potencial para controlar los procesos moleculares con la ayuda de la fuerza mecánica. "Entre otras cosas, pudimos demostrar que la llamada afinidad de protones en la celulosa puede aumentarseregión selectivamente por la fuerza mecánica ", explica Saeed Amirjalayer.
Por lo tanto, los científicos esperan que este trabajo no solo permita un proceso eficiente y respetuoso con el medio ambiente para la conversión de celulosa, sino que también conduzca al desarrollo de nuevas sustancias que respondan a la mecánica, como los plásticos. Estas sustancias podrían reciclarse fácilmente por medios mecánicosfuerzas después del uso.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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