Development of heterogeneous catalysts for clean hydrogen production from biomass resources

Abstract

El Capítulo I trata la actual crisis energética y hace una breve introducción sobre el uso del hidrógeno como vector energético, mencionando los diferentes métodos que pueden utilizarse para la producción/purificación de hidrógeno a partir de recursos renovables. También incluye una breve descripción del papel que puede jugar la biomasa como alternativa a los combustibles fósiles, y su conversión a biocombustibles y productos químicos de valor añadido. El reformado catalítico de glicerol para la producción de gas de síntesis o corrientes ricas en hidrógeno se presenta como una ruta potencial, alternativa y prometedora que ha llamado la atención en los últimos años. Esta reacción se suele llevar a cabo sobre catalizadores basados en metales soportados en materiales estables. En el Capítulo II se estudia el efecto de la adición de Sn sobre las propiedades y la estabilidad de catalizadores de Pt soportado en carbón en la reacción de reformado glicerol en fase gas. Para ello, se preparó y caracterizó una serie de catalizadores con diferentes relaciones atómicas Pt/Sn. El alto precio de los metales nobles motiva la búsqueda y empleo de metales más baratos y abundantes que también tengan un buen comportamiento catalítico en esta reacción. Por ello, en el Capítulo III se emplearon catalizadores basados en Ni promovidos por óxido de cerio para el reformado de glicerol. Por otro lado, se hace necesario optimizar el uso del CeO2 debido a su limitada disponibilidad y sus extensas aplicaciones. Así, en este trabajo se dispersó CeO2 sobre carbón activado de alta área superficial, obteniendo gran superficie de óxido de cerio expuesta al mismo tiempo que se redujo su consumo. También se estudió el efecto de la presencia de estaño en estos catalizadores. Se obtienen diversas ventajas al realizar el reformado de glicerol en fase líquida. Así, se obtienen corrientes más ricas en H2 con menor cantidad de CO. Esto se debe a las moderadas temperaturas y altas presiones empleadas, que favorecen la reacción de desplazamiento del gas de agua. También se suprime la necesidad de evaporar la disolución acuosa de glicerol, por lo que el requerimiento energético es menor y se evitan reacciones indeseadas de descomposición térmica. De este modo, en el Capítulo IV se hace un estudio comparativo sobre las propiedades catalíticas de tres muestras, Pt/CeO2, Ni/CeO2 y Pt-Ni/CeO2, en la reacción de reformado de glicerol en fase líquida. Además, se empleó espectroscopía de reflectancia total atenuada in situ para obtener información relevante sobre los intermedios de reacción y la evolución de los catalizadores durante la reacción, permitiendo así proponer los caminos de reacción más probables. Para obtener corrientes de hidrógeno suficientemente puro para su uso es las pilas de combustible, la corriente obtenida después del reformado debe ser procesada en varias etapas, entre las que se incluyen la eliminación del CO por medio de la reacción de desplazamiento del gas de agua (water-gas shift, WGS). En el Capítulo V se estudia la serie de catalizadores de Ni promovidos por CeO2 soportados en carbón en la reacción de desplazamiento del gas de agua a bajas temperaturas. Para este estudio se emplearon diferentes corrientes de entrada, tanto ideales (sólo CO y H2O) como reales (CO, CO2, H2 y H2O). Por último, en el Capítulo VI, el catalizador que presentó mejor comportamiento catalítico en el apartado anterior fue estudiado en mayor profundidad, relacionando sus propiedades con la actividad catalítica, sometiéndolo finalmente a ensayos de estabilidad en condiciones más demandantes.