Estrategias para la producción limpia de energía acoplando captura y utilización de CO2

Abstract

La situación energética mundial plantea la necesidad de desarrollar tecnologías alternativas para afrontar dos grandes desafíos: la sustitución de combustibles fósiles por fuentes alternativas y la disminución de emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero. En este contexto, el hidrógeno se presenta como un vector energético de gran potencial debido a que al ser utilizado en celdas de combustible de baja temperatura no produce emisiones contaminantes. Actualmente la mayor producción de H2 es a partir de la reacción de reformado de metano. Una opción interesante para la producción de hidrógeno y disminuir las emisiones de CO2 es llevar a cabo las reacciones de reformado empleando un proceso integrado. En este proyecto se propone el estudio de la captura de CO2 acoplada a las reacciones de reformado de metano y de etanol con vapor y la reacción de desplazamiento del gas de agua. En las reacciones de reformado se requerirán adsorbentes de alta temperatura (500-600°C), mientras que en la reacción de desplazamiento de gas de agua será necesario desarrollar adsorbentes que trabajen a temperaturas intermedias entre 300-400 °C. Buscando incrementar la producción de H2 y la captura de CO2 se analizarán diferentes configuraciones en el reactor acoplado: Mezcla catalizador- adsorbente y catalizador-adsorbente en serie. Otra alternativa cuando se requiere producir hidrógeno con el alto grado de pureza necesario en las celdas de combustibles de baja temperatura, es el empleo de reactores de membrana donde las etapas de producción y purificación se producen en un único dispositivo. En este caso es necesario utilizar membranas con alta selectividad a H2 para lograr la pureza requerida. En la mayoría de los reactores estudiados el lecho catalítico se encuentra empacado alrededor de la membrana selectiva, presentando ciertas limitaciones debido a efectos difusivos. Teniendo en cuenta esto, en este proyecto se abordará el desarrollo de materiales para ser aplicados a diferentes configuraciones de reactores membrana, incluyendo la aplicación de membranas catalíticas donde la película selectiva y el catalizador se integren en el mismo sustrato.

The world energy situation raises the need to develop alternative technologies to face two major challenges: the substitution of fossil fuels by alternative sources and the reduction of CO2 and other greenhouse gas emissions. In this context, hydrogen appears as an energy vector of great potential because, when used in low temperature fuel cells, it does not produce polluting emissions. Currently the highest H2 production is reach from the methane reforming reaction. An interesting option for hydrogen production and reducing CO2 emissions is to carry out the reforming reactions using an integrated process. This project proposes the study of CO2 capture coupled to methane and ethanol reforming reactions with steam and the water gas shift reaction. High-temperature adsorbents (500-600 °C) will be required in reforming reactions, while in the gas-water shift reaction it will be necessary to develop adsorbents that work at intermediate temperatures, between 300-400 °C. Seeking to increase the H2 production and CO2 capture, different configurations will be analyzed: Mixed catalyst-adsorbent bed and beds of catalyst and adsorbent in series. Another alternative when it is required to produce hydrogen with the high degree of purity required in low temperature fuel cells, is the use of membrane reactors where the production and purification stages are carried out in a single device. In this case, it is necessary to use membranes with high hydrogen selectivity. In most of the reactors studied, the catalytic bed is packed around the selective membrane, presenting certain limitations due to diffusive effects. With this in mind, this project will address the development of materials to be applied to different configurations of membrane reactors, including the application of catalytic membranes where the selective film and the catalyst are integrated into the same substrate.