Grupo de Catálisis del INTEQUI publica en revista científica “Renewable Energy”

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Integrantes del Grupo de Catálisis  del Instituto de Investigaciones en Tecnología Química (INTEQUI) doctora Alejandra Villagrán y doctora Noelia Barroso,  en colaboración con investigadores del Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica (INCAPE) y del Instituto de Física Aplicada (INFAP), publican en la revista “Renewable Energy”. El artículo científico se titula “Catalizadores estructurados de níquel de alto rendimiento preparados con EDTA para la producción de hidrógeno”.

FICHA TÉCNICA

⇒ Revista
Renewable Energy 232 (2024) 120999

⇒ Editorial  de la publicación:

Editorial ELSEVIER

⇒ Fecha de publicación del artículo y doi:

15 de julio del 2024

DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120999

⇒ Autoras/es

•  Yelisbeth Escalante (a-b)
• Alejandra C. Villagran-Olivares (a) 
• Octavio J. Furlong (c) 
• Marcelo S. Nazzarro (c)
• Ana M. Tarditi (b)
• M. Noelia Barroso (a)

Instituciones

^a Instituto de Investigaciones en Tecnología Química, INTEQUI (UNSL-CONICET), Facultad de Química Bioquímica y Farmacia, Almirante Brown 1455, 5700, San Luis, Argentina

^b Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica, INCAPE, Universidad Nacional Del Litoral, CONICET, Facultad de Ingeniería Química, Santiago Del Estero, 2829-3000, Santa Fe, Argentina.

^c Instituto de Física Aplicada, INFAP (UNSL-CONICET), Av. Ejército de los Andes 950, 5700, San Luis, Argentina.

Resumen de divulgación

Los problemas ambientales causados por el uso de combustibles fósiles han llevado a la comunidad científica a buscar formas más ecológicas de satisfacer la demanda de energía mediante fuentes renovables. El hidrógeno se destaca como un combustible limpio que puede producirse de diversas maneras, incluyendo su obtención a partir de fuentes renovables como el bioetanol.

En el área de catálisis, el hidrógeno puede obtenerse a través del proceso de reformado de bioetanol de una manera ecológica. Actualmente, uno de los desafíos es encontrar un buen catalizador, seleccionando un método de síntesis sencillo que otorgue todas las propiedades deseadas para su buen funcionamiento.

En este trabajo, se ha desarrollado una innovadora estrategia para preparar y mejorar los catalizadores de níquel en monolitos metálicos, utilizando EDTA como agente quelante en la preparación. Esta estrategia permite optimizar las propiedades del catalizador usado en la obtención de hidrógeno a través del reformado de bioetanol.

Los experimentos demostraron que el sistema estructurado con la menor carga de níquel puede producir hasta 5.3 moles de hidrógeno por mol de bioetanol, lo que representa un 90% de rendimiento. Además, otro de los catalizadores estudiados mostró una notable estabilidad, manteniendo su rendimiento durante 25 horas en un segundo ciclo de reacción. Estos avances podrían impulsar significativamente la producción sostenible de hidrógeno.

Esquema que resume la síntesis de los catalizadores estructurados de níquel. Los de mejor desempeño, en la producción de hidrógeno a partir de etanol, son aquellos preparados con EDTA.

Resumen científico

Se prepararon sistemas estructurados basados en Ni/CeO2–MgAl2O4 con diferentes contenidos de Ni utilizando los complejos [Ni(EDTA)]2- y [Ni(H2O)6]2+ como precursores metálicos. Siguiendo el principio del método SEA, se logró una buena interacción entre el complejo [Ni(EDTA)]2- y la mezcla de óxidos CeO2–MgAl2O4 soportado en monolitos metálicos. El método de deposición empleado permitió obtener recubrimientos uniformes, homogéneos, delgados y altamente adherentes.

Según los resultados, las propiedades y el rendimiento catalítico de los catalizadores podrían verse afectados por el precursor de Ni. Los sistemas preparados a partir del complejo [Ni(EDTA)]2- mostraron una alta capacidad para reformar la molécula de etanol y una alta selectividad hacia H2 (5.3 y 5.7 mol H2/mol C2H5OH para sistemas que contienen 1 y 5 % en peso de Ni, respectivamente).

En contraste, el sistema sin EDTA mostró un bajo rendimiento y una alta selectividad hacia el acetaldehído. Esto se debe posiblemente a diferencias en la dispersión del Ni y/o en las interacciones metal-metal (por ejemplo, Ni–Ce) y metal-soporte (por ejemplo, Ni). Las partículas de Ni se reducen más fácilmente en el catalizador preparado sin EDTA; sin embargo, esas especies mostraron un rendimiento muy bajo en la reacción, posiblemente porque sufren un cambio en el estado de oxidación durante la reacción. Por el contrario, el sistema preparado con EDTA, aunque exhibió una menor cantidad de Ni metálico, tuvo un alto rendimiento en la reacción, probablemente debido a la estabilidad de las especies reducidas bajo condiciones operativas.

El sistema con 5 % en peso de Ni con el mejor rendimiento catalítico fue sometido a un proceso de oxidación/reducción y probado en un segundo ciclo de reacción. La conversión de etanol fue cercana al 90 % con un rendimiento de H2 de 4.2 mol H2/mol C2H5OH. Aunque la conversión de etanol disminuyó aproximadamente un 10 % con respecto al primer ciclo de reacción, el catalizador permaneció estable durante 25 horas de reacción y fue resistente a los ciclos de encendido/apagado.
Además, el mejor sistema monolítico se comparó con un reactor de lecho empaquetado. Los resultados reflejaron que el reactor monolítico tiene un rendimiento superior al del reactor de lecho empaquetado y esto se debe probablemente a la eficiente transferencia de calor en la estructura metálica.