Obtención de hidrógeno a partir de biogás mediante catalizadores derivados de hidrotalcita

Resumen

El desarrollo de esta tesis surge como consecuencia de las tendencias actuales de suministro y consumo de energía que son insostenibles, no sólo desde el punto de vista ambiental, sino también desde el punto de vista económico y social. Por ello son necesarias fuentes de energías renovables. El empleo del biogás está siendo uno de los más desarrollados, ya que es un producto que resulta de la transformación de la biomasa secundaria, que además permite reducir drásticamente la carga orgánica de los residuos, cuya producción también se ha visto aumentada. Este biogás está compuesto fundamentalmente por metano y dióxido de carbono, existiendo otros elementos minoritarios como nitrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono, derivados de azufre, etc. En la actualidad se emplea fundamentalmente en plantas de cogeneración, presentando inconvenientes como el bajo rendimiento eléctrico y la producción de determinados contaminantes como son los óxidos de nitrógeno y de azufre, las dioxinas, etc. La transformación del biogás en hidrógeno puede resultar interesante como método de producción de hidrógeno para alimentar una pila de combustible, la cual presenta mayor eficiencia que los procesos de combustión. Existen diferentes tecnologías para la transformación de biogás en hidrógeno: reformado con vapor, oxidación parcial, reformado autotérmico.. En estas tres tecnologías es necesario eliminar el dióxido de carbono presente en la corriente de biogás y además debe alimentarse una corriente de vapor de agua y/u oxígeno. Por ello, la obtención de hidrógeno mediante reformado seco de metano está cobrando cada vez más relevancia. Esta reacción se ha estudiado ampliamente, pero todavía no existen catalizadores totalmente resistentes a la desactivación por deposición de carbono. La formación de estos depósitos carbonosos depende de varios parámetros: el metal, su estructura cristalina, las interacciones metal-soporte o la basicidad del soporte. La fase metálica que se emplea habitualmente es níquel, puesto que es un metal muy activo a la reacción y además es más barato que los metales nobles. El empleo de precursores como las hidrotalcitas está cobrando especial interés gracias a la formación de partículas metálicas estables y dispersas sobre la superficie del catalizador tras la calcinación y reducción del precursor, lo que se traduce en mayor resistencia a la formación de carbono. Estos catalizadores han demostrado mejoras en cuanto a la actividad catalítica y a la estabilidad en la reacción de reformado seco de metano, siendo todavía insuficientes para su aplicación con fines industriales. En esta tesis se intentó mejorar las propiedades de los catalizadores derivados del precursor hidrotalcita mediante la adición de lantano puesto que en estudios previos mostró que aumenta la resistencia a la deposición de carbono debido a que favorece la adsorción de dióxido de carbono sobre el catalizador y favorece la dispersión de la fase metálica. Se estudiaron diferentes variables como el contenido de lantano adicionado, la temperatura de calcinación del precursor o la relación molar Mg/Al. Con el catalizador que mejores resultados presentó se evaluaron las variables de operación y posteriormente se llevaron a cabo ensayos de vida observándose una buena estabilidad del catalizador durante 300 h en reacción.