Cerdanyola del Vallès, 21 de diciembre de 2018. El hidrógeno es una forma limpia y sostenible de producir de energía. A pesar de que es uno de los elementos más comunes en el universo, su producción no es fácil y afronta dificultades medioambientales y económicas. La generación de hidrógeno a partir de los combustibles fósiles actuales emite enormes cantidades de dióxido de carbono, los gases de efecto invernadero. Además, algunos sistemas para obtener hidrógeno son todavía muy caros y difíciles de extender a escala industrial.
La reacción de reformado con vapor de etanol (ESR) es un proceso seguro y controlado para generar hidrógeno "a bordo", es decir, en el momento y lugar que se necesite, sin necesidad de almacenarlo. Sin embargo, esta reacción química es compleja y puede acabar desactivando el catalizador a causa de la deposición de carbono. Estudios preliminares ex situ han señalado el papel del cobalto metálico (Co) como punto de nucleación para el crecimiento de carbono, pero aún existe controversia al respecto.
Ahora, investigadores del Sincrotrón ALBA, el Instituto de Tecnologías Energéticas de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y la Escuela de Ciencia y Tecnología de la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM, Argentina) han analizado con luz de sincrotrón el comportamiento de tres tipos de catalizadores basados en cobalto en condiciones in operando: Co-espinela, Co-talco y Co-hidrotalcita.
Los estudios previos de reactividad catalítica realizados por el grupo del Prof. J. Llorca (UPC), uno de los autores de esta investigación, mostraron que la tasa de deposición de carbono para los catalizadores de Co-espinela y Co-talco fue mucho mayor que para el de Co-hidrotalcita. Además, este último mostró una actividad elevada y prolongada para la generación de H2 durante más de 300 horas. Ahora, han demostrado que el catalizador de Co-hidrotalcita no presenta trazas metálicas de cobalto bajo las condiciones de reacción de ESR, y esto es lo que garantiza un funcionamiento estable del catalizador a largo plazo, ya que la deposición de carbono no es significativa. Estos resultados son clave para entender por qué se produce la desactivación de otros catalizadores basados en cobalto, ya que confirman que el Co metálico es el principal responsable del crecimiento de carbono, como lo sugieren estudios previos ex situ.
"Para el catalizador de Co-hidrotalcita no observamos la formación de cobalto metálico en condiciones de reacción, mientras que para los otros dos tipos de catalizadores de cobalto estudiados, Co-espinela y Co-talco, hemos observado que el cobalto se ha reducido total o parcialmente a su estado metálico in situ bajo las condiciones ESR. Esto confirma que el Co metálico es el responsable de la nucleación y deposición del carbono que termina por desactivar la mayoría de los catalizadores a base de cobalto durante la reacción de ESR", dice Carlos Escudero, investigador del Sincrotrón ALBA.
Para llevar a cabo este estudio, los investigadores han utilizado dos líneas de luz del Sincrotrón ALBA. Han realizado análisis de absorción de rayos X in situ en CLÆSS para analizar el estado químico del cobalto y obtener más información relacionada con el volumen y también han utilizado la rama de fotoemisión a presión cercana al ambiente de la línea de luz CIRCE, mucho más sensible a la superficie, para analizar las mismas muestras. Ambos experimentos se realizaron in situ, simulando lo máximo posible las condiciones reales de la reacción ESR.
"Esta investigación allana el camino para producir catalizadores más efectivos para la producción de hidrógeno. Encontrar mejores catalizadores definitivamente aumentará la generación de hidrógeno y, por lo tanto, reducirá la contaminación ambiental", dice Carlos Escudero.
