Aprovechamiento de residuos de aluminio industrial para la obtención controlada de hidrógeno mediante la reacción aluminio-agua

• Autores: Xavier Salueña Berna, Ramón María Mujal Rosas, Jose María Dagá, J. Martínez López
• Localización: Afinidad: Revista de química teórica y aplicada, ISSN 0001-9704, Vol. 73, Nº. 576, 2016, págs. 269-277
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Aprofitament de residus d’alumini industrial per a l’obtenció controlada d’hidrògen mitjançant la reacció alumini-aigua
  • Aluminum use of industrial waste for obtaining hydrogen by controlled aluminum-water reaction
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• Resumen
  • español

    La aparición de vehículos que funcionan con pilas de combustibletipo PEM (membrana de intercambio de protones)plantea la necesidad de proporcionar hidrógeno de alta pureza de forma dosificada y a baja presión. Actualmentese suministra mediante pesadas bombonas de hidrógeno aalta presión, 350 a 700 bar, que requieren de reguladores de presión, estrictos controles de seguridad y mantenimiento.Dicho hidrógeno proviene mayoritariamente del reformado del gas natural, gas no renovable. Una opción más segura y renovable a este sistema consiste en la obtención de hidrógeno, in situ, a partir de la reacción aluminio-agua en un medio alcalino, a ser posible de residuos de aluminio. Un problema que se plantea es la dificultad de obtener con este sistema un caudal constante de hidrógeno, de gran pureza y de evitar la precipitación del Al(OH)3 en la superficie del aluminio, si este queda en seco, lo que retardaría el reinicio de la reacción. Se describe en este artículo, un nuevo proceso para la obtención de hidrógeno, a partir de residuos de aluminio, de forma controlada por dosificación de agua, a partir de la reacción aluminio-agua en medio alcalino, utilizando un alcohol. El alcohol cubre en todo momento el aluminio, evitando la precipitación de Al(OH)3 en su superficie, estabilizando la reacción y filtrando el hidrógeno. En esta investigación, en primer lugar se ha estudiado el comportamiento de diferentes alcoholes: etanol, alcohol isopropílico, 1,2-propanodiol, y 1,2-etanodiol, obteniéndose que el alcohol isopropílico es el más adecuado para estos fines. Posteriormente, y utilizando este alcohol isopropílico, se han comparado y determinado la molaridad de NaOH que permite la obtención de caudales y rendimientos de hidrógeno mayores. También se ha analizado y comparado el caudal de hidrógeno obtenido para aluminio puro 99,7 % granulado (<1mm) y para diferentes virutas y residuos de aluminio procedentes de diversos procesos industriales. Finalmente, se ha estimado la relación entre el caudal de agua dosificada en el reactor y el caudal de hidrógeno obtenido, suponiendo que siempre exista suficiente superficie activa de aluminio para una reacción completa. Con estos datos, se ha determinado la pureza del hidrógeno y del hidróxido de aluminio Al(OH)3 resultante tras el filtrado y extracción a partir del residuo generado, NaAl(OH)4

  • català

    L’aparició de vehicles que funcionen amb piles de combustible PEM (membrana d’intercanvi de protons) planteja la necessitat de proporcionar hidrogen a baixa pressió i alta puresa de manera dosificada. Actualment l’hidrogen es subministra mitjançant cilindres pesats a alta pressió, 350 i 700 bars, que requereixen uns estrictes controls de seguretat i manteniment, amb reguladors de la pressió. Aquest hidrogen prové majoritàriament del reformat del gas natural, gas no renovable. Una opció més segura i renovable a aquest sistema consisteix en l’obtenció d’hidrogen, in situ, a partir de la reacció alumini-aigua amb medi alcalí, si pot ser de residus d’alumini. Un problema que es planteja és la dificultat d’obtenir amb aquest sistema un cabal constant d’hidrogen, de gran puresa i d’evitar la precipitació d’Al(OH)3 en la superficie de l’alumini, si aquest queda en sec, la qual cosa retardaria el reinici de la reacció. Es descriu un nou procés per a l’obtenció d’hidrogen, partint de residus d’alumini, de forma controlada per dosificació d’aigua, desde la reacció alumini-aigua amb medi alcalí, utilitzant un alcohol. L’alcohol cobreix a tot moment l’alumini, evitant la precipitació d’Al(OH)3 en la seva superfície, estabilitzant la reacció i filtrant l’hidrogen. S’han estudiat el comportament de diferents alcohols: etanol, alcohol isopropílic, 1,2-propanediol y 1,2-etanediol, sent l’alcohol isopropílic el més adequat. S’ha comparat i determinat la molaritat del NaOH amb la qual s’obté, treballant amb alcohol isopropílic, cabals i rendiments d’hidrogen majors. S’ha analitzat i comparat el cabal d’hidrogen obtingut per a l’alumini pur 99,7 % granulat (<1mm) i per a diferents encenalls i residus d’alumini procedents de diversos processos industrials. S’ha estimat la relació entre el cabal d’aigua dosificada en el reactor i el cabal d’hidrogen obtingut, suposant que sempre existeix suficient superfície activa d’alumini per a una reacció completa. Finalment s’ha determinat la puresa de l’hidrogen i de l’hidròxid d’alumini Al(OH)3 resultant després del filtrat i extracció a partir del residu generat, NaAl(OH)4

  • English

    The emergence in the market of vehicles feeded with PEM (proton exchange membrane) fuel cells leads to the need of supplying high purity hydrogen, in a dosed way and at low pressure. Nowadays it is yielded by means of heavy hydrogen cylinders at high pressure, 350 or 700 bar. These cylinders also require pressure regulators and strict security controls and maintenance. This needed hydrogen comes mostly from natural gas reforming, a nonrenewable gas. A more secure and sustainable alternative to this system consists in the hydrogen production, in situ, from the aluminium-water reaction in alkaline medium, and if possible from aluminium residues. In the aluminium-water reaction system, there are the difficulties of obtaining a constant hydrogen flow of great purity and the avoidance of the Al(OH)3 precipitation on the aluminium surface, if the metal becomes dry, an event that would delay the reinitiation of the reaction. It is described a new processs for the controlled production of hydrogen, from aluminium residues, by the dosage of sodium hydroxide aqueous solution over alcoholic medium. The alcohol always covers the aluminum surface, thus avoiding the Al(OH)3 precipitation in its surface, stabilizing the reaction and filtering the hydrogen gas. The behaviour of different alcohols has been studied: ethanol, isopropylic alcohol, 1,2-propanediol and 1,2-ethanediol. Isopropylic alcohol turned out to be the most adequate. The sodium hydroxide molarity that provides the highest hydrogen flow rates has been determined experimentally, in this isopropylic alcohol medium. It has been compared and analyzed the hydrogen gas flow obtained for pure granulated, 99,7 % aluminum (<1mm) and for different aluminium residues, obtained from different industrial processes. The relationship between the flow of sodium hydroxide solution dosed into the reactor and the hydrogen gas flow produced has been estimated, assuming that there is always enough aluminium active surface for a complete reaction. With all this information, there hasanalyzed the purity of the hydrogen and of the aluminium hydroxide, Al(OH)3, after the leaked one and extraction from the generated residue, NaAl(OH)4.