Desarrollo de catalizadores ni-co basados en hidrotalcitas para la generación de metano renovable

Abstract

Español: Como se ha podido ver en los últimos años, no es posible mantener el modelo energético actual. Por ello, se requiere un nuevo modelo energético, que sea sostenible y respetuoso con el medio ambiente; un modelo energético que esté exento de energías fósiles, de tal forma que permita disminuir otro problema derivado, el cambio climático. La tecnología “power to gas” encaja en este nuevo modelo energético requerido, ya que, cumple con los requisitos indicados previamente, produciendo metano sintético mediante carbono dióxido e hidrogeno renovable. En la tecnología “power to gas” el carbono dióxido requerido para la reacción junto con el hidrógeno puede provenir de emisiones contaminantes, evitando así su emisión a la atmósfera, así como tener un origen renovable, como el biogás. En cuanto al hidrógeno necesario, éste se obtiene mediante hidrólisis del agua, utilizando energía eólica o energía solar cuando hay excedente. Por ello, y como reto del proceso será necesario obtener una elevada conversión del dióxido de carbono. A tal respecto, la finalidad de este proyecto consistirá en obtener un catalizador óptimo para el proceso, exento de metales nobles. Tras analizar distintas fuentes bibliográficas, se tomó la decisión de trabajar con catalizadores basados en Ni-Co empleando como precursor una hidrotalcita, y cada uno de ellos con distinto porcentaje de Ni y Co. Con el fin de analizar la idoneidad del catalizador, así como sus condiciones de operación óptimas, se realizaron distintos ensayos catalíticos y fotocatalíticos en el rango de la luz ultravioleta y visible. Para poder determinar el rango de temperatura y luz óptimas, los ensayos se realizaron a velocidad espacial constante. De todo ello se observó que el catalizador denominado HTC 3 Co obtuvo los mejores resultados; para una luz en el rango de 470nm obteniendo la máxima conversión a temperaturas bajas, entre 250-300ºC. En conclusión, la utilización de catalizadores Ni-Co derivados de una hidrotalcita, y mediante la aplicación de luz en el rango visible durante la reacción, podría ser un nuevo modelo energético eficaz, rentable y sostenible en la producción de metano, utilizando catalizadores exentos de metales nobles. La presente alternativa podría sustituir a las energías fósiles y contribuir, de este modo, a frenar el cambio climático.

Euskera: Azkenaldian ikusi ohi izan denez, gaur egungo eredu energetikoarekin jarraitzea ez da bideragarria. Hori dela eta, jasangarria eta inguruarekiko errespetagarria den eredu energetiko berri baten beharra dago; erregai fosilik gabeko eredua, modu horretan eratorritako beste arazo bat arinduz, klima aldaketa. "Power to gas" teknologia bat dator eredu energetiko berri horrekin; izan ere, aurrez adierazitako baldintzak betetzen ditu, eta metano sintetikoa sortzen du karbono dioxidoaren eta hidrogeno berriztagarriaren bidez. "Power to gas" teknologian, hidrogeno berriztagarriarekin batera erreakzionatzeko behar den karbono dioxidoa isuri kutsatzaileetatik etor daiteke eta modu horretan, atmosferara isuria ekidin dezake, edota jatorri berriztagarria izan, biogasa bezala. Beharrezko hidrogenoari dagokionez, uraren hidrolisi bidez lortzen da, energia eolikoa edo eguzki energia erabiliz, beti ere soberakina dagoenean. Horrela, prozesuko erronka nagusia karbono dioxidoaren konbertsio altua lortzea izango da. Hortaz, proiektuaren helburua prozesurako katalizatzaile optimoa lortzea izango da, metal noblerik gabea. Iturri bibliografiko desberdinak aztertu ondoren, Ni-Co-n oinarritutako katalizatzaileekin lan egitea erabaki zen, aitzindari gisa hidrotaltzita erabiliz, eta horietako bakoitza Ni eta Co ehuneko ezberdinekin. Katalizatzailearen egokitasuna eta funtzionamendu baldintza optimoak aztertzeko, saiakuntza katalitiko eta fotokatalitiko ezberdinak egin ziren argi ultramorearekin eta ikusgaiarekin. Tenperatura eta argi-tarte optimoak zehaztu ahal izateko, saiakuntzak abiadura espazial konstantean egin ziren. Guzti horretatik, HTC 3 Co izeneko katalizatzaileak emaitza onenak lortu zituela ikusi zen; 470nm bitarteko argi batentzat konbertsio maximoa tenperatura baxuagotan lortzen zen, 250-300ºC artean. Ondorioz, hidrotaltzita batetik eratorritako Ni-Co katalizatzaileak erabiltzea, erreakzioan zehar ikusgai tartean dagoen argia aplikatuta, metanoaren ekoizpenean eredu energetiko eraginkor, errentagarri eta jasangarri berri bat izan liteke, metal noblerik gabeko katalizatzaileak erabiliz. Alternatiba honek erregai fosilak ordezka ditzake eta, hortaz, klima aldaketa geldiarazten lagun dezake.

Ingles: As it has seen in recent years, it is not possible to maintain the current energy model. Therefore, a new energy model is required, one that is sustainable and respectful of the environment; an energy model that is free of fossil fuels, in such a way as to reduce another derived problem, climate change. The "power to gas" technology fits in this new energy model required, since it fulfills the requirements previously indicated, producing synthetic methane by means of carbon dioxide and renewable hydrogen. In the "power to gas" technology, the carbon dioxide required for the reaction together with the hydrogen from polluting emissions, thus avoiding emissions to the atmosphere, as well as having a renewable origin, such as biogas. As required hydrogen is obtained from hydrolysis water, using wind energy or solar energy when there is a surplus. For this reason, and as a challenge of the process, it will be necessary to obtain a high conversion of carbon dioxide. In this respect, the aim of this project will be to obtain an optimum catalyst for the process, free of noble metals. After analyzing different bibliographic sources, the decision was to work with Ni-Co based catalysts using a hydrotalcite as precursor, and each of them with different percentages of Ni and Co. For the purpose of analyzing the suitability of the catalyst, as well as its optimum operating conditions, different catalytic and photocatalytic tests were carried out in the ultraviolet and visible light range. It was observed that the catalyst called HTC 3 Co obtained the best results; for a light in the 470nm range, the maximum conversion was obtained at lower temperatures, between 250-300ºC. In conclusion, the use of Ni-Co catalysts derived from a hydrotalcite, and through the application of light in the visible range during the reaction, could be a new efficient, profitable and sustainable energy model for methane production, using noble metal-free catalysts. This alternative could replace fossil fuels and thus contribute to curbing climate change.