Estudio de sistemas catalíticos aplicados a la producción de hidrógeno a partir de glicerol

Abstract

Para promover el desarrollo de tecnologías y producción de hidrógeno, Argentina promulgó la ley nacional Nº 26.123 en 2006. Esto ha demandado la generación de conocimiento y la formación de recursos humanos que permitan en un futuro cercano el desarrollo de tecnología propia. Sumado a esto, el fuerte carácter agrícola-forestal de la Argentina permitiría generar un desarrollo industrial estratégico a partir del aprovechamiento de la biomasa para la generación de hidrógeno y biocombustibles. En este sentido, nuestro país tiene disponibilidad de glicerol a partir de la industria de biodiesel, de bajo costo, por lo que resulta de interés estudiar la obtención de hidrógeno a partir del glicerol. Mientras el reformado del metano con vapor tiene muchos años de desarrollo de catalizadores comerciales y reactores industriales, el reformado con vapor de glicerol comenzó a ser estudiado por unos pocos grupos de investigación del mundo desde el año 2007. En este contexto, esta tesis ha planteado como objetivo general desarrollar catalizadores metálicos soportados que permitan obtener hidrógeno a partir del glicerol, empleando bajas temperaturas de reacción, que posibiliten la sustentabilidad del proceso. En el Capítulo I, esta tesis presenta una introducción a la temática, focalizando fundamentalmente la importancia de la producción del biodiesel en la Argentina, y en consecuencia la disponibilidad de glicerol. Se indican brevemente las principales vías de valorización del glicerol. En el Capítulo II se realiza una revisión de los trabajos científicos más relevantes en reformado de glicerol con vapor desde el año 2005 hasta la actualidad. A pesar de los avances alcanzados, aún no se ha logrado un nivel de conocimiento que permita la aplicación tecnológica industrial, lo que indica la necesidad de avanzar en esta temática. En el Capítulo III se describe en primer lugar, la técnica de evaluación catalítica, incluyendo el equipo experimental y la selección de las condiciones operativas utilizadas. Se detallan además las técnicas experimentales empleadas en la preparación y caracterización de los catalizadores. La bibliografía indica que los catalizadores basados en los metales de transición son activos para el reformado en fase vapor del glicerol. En el Capítulo IV se presentan los resultados del estudio de la preparación, caracterización y evaluación de la actividad de catalizadores de Pt y Ni empleando diferentes soportes, con el objetivo de evaluar el efecto de las propiedades del soporte y del tamaño de partícula sobre la selectividad a hidrógeno. A partir de la selección de un soporte de características neutras y alta área superficial como SiO2 y de una fase activa como Pt, fue posible estudiar el reformado a temperaturas inferiores a 450 °C. Se presentan en el Capítulo V las posibles vías de reacción principal a productos gaseosos y reacciones laterales a productos líquidos. En este capítulo, además se presenta el estudio de las reacciones de reformado con vapor de 1-propanol, 2-propanol, 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, acetol y etilenglicol, con el objetivo de dilucidar la complejidad de reacciones que están presentes en el reformado del glicerol. A partir del estudio de alcoholes de tres átomos de carbono (C3), más simples que el glicerol, se puede identificar la contribución de las reacciones de ruptura de los enlaces C-C frente a las reacciones de ruptura de los enlaces C-O. Para confirmar los caminos de reacción propuestos para el glicerol se realizaron ensayos complementarios con acetol y etilenglicol, para identificar caminos de reacciones laterales que conducen a la desactivación del catalizador por deposición de carbón. En el Capítulo VI, se muestran los resultados del estudio de la preparación, caracterización y evaluación de la actividad de catalizadores de Pt empleando soportes de base carbonosa que poseen como características principales elevada superficie específica, mesoporosidad y no presentan sitios ácidos superficiales que promuevan reacciones de deshidratación. En la primera parte de este capítulo se presentan los métodos de preparación de los soportes y de los catalizadores, y posteriormente los resultados de caracterización de los mismos mediante distintas técnicas tales como TPR, TPO, TEM, XPS, Raman, entre otras. Al final del Capítulo VI, se presentan los resultados correspondientes al comportamiento catalítico, al análisis de estabilidad de los catalizadores, correlacionando estos resultados con la caracterización de los materiales. Finalmente, en el Capítulo VII, se presentan las conclusiones consideradas más importantes, discutidas y señaladas a lo largo de esta presentación.