Cerdanyola del Vallès, 21 de desembre de 2018. L'hidrogen és una forma neta i sostenible de produir d'energia. Tot i que és un dels elements més comuns a l'univers, la seva producció no és gens fàcil i es troba amb dificultats mediambientals i econòmiques. La generació d'hidrogen a partir dels combustibles fòssils actuals emet enormes quantitats de diòxid de carboni, els coneguts gasos d'efecte hivernacle. A més, alguns sistemes per obtenir hidrogen són encara molt cars i difícils d'estendre a escala industrial.
La reacció de reformat amb vapor d'etanol (ESR) és un procés segur i controlat per generar hidrogen "a bord", és a dir, en el moment i lloc que es necessiti, sense haver d'emmagatzemar-lo. Tot i això, aquesta reacció química és complexa i pot acabar desactivant el catalitzador a causa de la deposició de carboni. Estudis preliminars ex situ han assenyalat el paper del cobalt metàl·lic (Co) com a punt de nucleació per al creixement de carboni, però encara existeix controvèrsia sobre aquest tema.
Ara, investigadors del Sincrotró ALBA, l'Institut de Tecnologies Energètiques de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) i l'Escola de Ciència i Tecnologia de la Universitat Nacional de San Martín (UNSAM, Argentina) han analitzat amb llum de sincrotró el comportament de tres tipus de catalitzadors basats en cobalt en condicions in operando: Co-espinel·la, Co-talc i Co-hidrotalcita.
Els estudis previs de reactivitat catalítica realitzats pel grup del Prof. J. Llorca (UPC), un dels autors d'aquesta investigació, van mostrar que la taxa de deposició de carboni per als catalitzadors de Co-espinel·la i Co-talc va ser molt més gran que per al de Co-hidrotalcita. A més, aquest últim va mostrar una activitat elevada i contínua per a la generació d'H2 durant més de 300 hores. Ara, han demostrat que el catalitzador de Co-hidrotalcita no presenta traces metàl·liques de cobalt sota les condicions de reacció de ESR, i això és el que garanteix un funcionament estable del catalitzador a llarg termini, ja que la deposició de carboni no és significativa. Aquests resultats són clau per entendre per què es produeix la desactivació d'altres catalitzadors basats en cobalt, ja que confirmen que el Co metàl·lic és el principal responsable del creixement de carboni, com ho suggereixen estudis previs ex situ.
"Per al catalitzador de Co-hidrotalcita no observem la formació de cobalt metàl·lic en condicions de reacció, mentre que per als altres dos tipus de catalitzadors de cobalt estudiats, Co-espinel·la i Co-talc, hem observat que el cobalt s'ha reduït total o parcialment al seu estat metàl·lic in situ sota les condicions ESR. Això confirma que el Co metàl·lic és el responsable de la nucleació i deposició del carboni que acaba per desactivar la majoria dels catalitzadors a base de cobalt durant la reacció de ESR", diu Carlos Escudero, investigador de l'Sincrotró ALBA.
Per dur a terme aquest estudi, els investigadors han utilitzat dues línies de llum del Sincrotró ALBA. Han realitzat anàlisi d'absorció de raigs X in situ a CLÆSS per analitzar l'estat químic de l'cobalt i obtenir més informació relacionada amb el volum i també han utilitzat la branca de fotoemissió a pressió propera a l'ambient de la línia de llum CIRCE, molt més sensible a la superfície, per analitzar les mateixes mostres. Tots dos experiments es van realitzar in situ, simulant el màxim possible les condicions reals de la reacció ESR.
"Aquesta investigació aplana el camí per produir catalitzadors més efectius per a la producció d'hidrogen. Trobar millors catalitzadors definitivament augmentarà la generació d'hidrogen i, per tant, reduirà la contaminació ambiental", conclou Carlos Escudero.
