Hydrogen production from bioethanol using cobalt hydrotalcites
- Autores: Raúl Uziel Espinal Bustos
- Directores de la Tesis: Jordi Llorca Piqué (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2013
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Elies Molins Grau (presid.), Francesc Medina Cabello (secret.), Antonio Chica Lara (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
El hidrógeno se perfila como un vector energético que puede ayudarnos a gestionar la energía de una manera más eficiente. El hidrógeno se puede almacenar y usar para producir electricidad en las pilas de combustible, en las que se combina con el oxígeno del aire y genera únicamente agua como subproducto. De las distintas maneras que existen para producir hidrógeno, la reacción catalítica entre el etanol y el agua (reformado) constituye una de las mejores opciones, ya que el etanol se produce fácilmente a partir de la biomasa (bioetanol) y es un substrato líquido y fácilmente manipulable. En esta tesis doctoral se ha estudiado el comportamiento de una familia de catalizadores de cobalto para llevar a cabo la producción de hidrógeno a partir de etanol y agua; concretamente, catalizadores basados en hidrotalcitas de cobalto. Existen otros catalizadores para llevar a cabo este mismo proceso, pero muchos de ellos tienen un coste elevado porque contienen metales nobles y otros se desactivan con facilidad por deposición de carbón en su superficie (los basados en níquel y cobalto). En esta tesis se demuestra que mediante un método preciso de preparación a partir de hidrotalcitas de cobalto se consiguen catalizadores de bajo coste y muy estables bajo condiciones reales de operación. El capítulo 1 es una introducción a los aspectos más destacables de la tesis doctoral, en el que se plantean los objetivos que se quieren abordar y se incluyen el estado del arte y los fundamentos en los que se basa el trabajo experimental realizado. Además de la naturaleza de los catalizadores y de las reacciones que se van a estudiar, en la introducción también se explica qué son y por qué se utilizan en esta tesis monolitos de cordierita como soportes físicos de los catalizadores y reactores catalíticos de membrana. Y es que esta tesis doctoral persigue, por un lado, la adquisición de nuevo conocimiento científico y, por otro lado, la aplicación de este conocimiento en el desarrollo de dispositivos útiles en aplicaciones reales. En los capítulos siguientes, la tesis doctoral constituye un compendio de artículos publicados en revistas internacionales de prestigio (3 artículos publicados y 1 artículo en proceso de revisión). En el capítulo 2 se describe la preparación de una familia de hidrotalcitas de cobalto con distinto contenido de cobalto, magnesio y aluminio y su comportamiento catalítico en la reacción de reformado de etanol con vapor para la producción de hidrógeno. A partir de una caracterización pormenorizada mediante distintas técnicas instrumentales, entre las que se incluyen la microscopía electrónica de barrido, microscopía electrónica de transmisión, difracción de rayos X, medidas de magnetismo a temperatura variable, espectroscopia infrarroja, análisis termogravimétricos, y experimentos in-situ con espectroscopía fotoelectrónica de rayos X, se identifican las especies químicas presentes y su estructura en los catalizadores antes, durante, y después de la reacción, poniéndose de manifiesto que la mejor formulación (la que ofrece un rendimiento a hidrógeno más elevado y sobre la que apenas se depositan residuos carbonosos) corresponde a una hidrotalcita con una relación Co:Mg:Al de 1:2:1. Asimismo se concluye que el catalizador preparado a partir de esta hidrotalcita se transforma a una mezcla de espinela de cobalto interaccionando fuertemente con MgO a escala nanométrica bajo las condiciones de reacción. Sin embargo, al realizar la reacción exclusivamente con la espinela de cobalto (preparada por separado a tal efecto) se obtiene una producción de hidrógeno menor, lo que demuestra que la hidrotalcita de cobalto usada como precursor del catalizador ejerce un control decisivo en la estructura del mismo. En el capítulo 3 se estudia la influencia del dopaje de la hidrotalcita Co:Mg:Al=1:2:1 con Pt y Rh. . Para ello se han preparado dos familias de catalizadores con distinto contenido de Pt y Rh.
