Resumen:
Gran parte de la demanda mundial de energía se satisface hoy en día utilizando combustibles
fósiles, que son una fuente de energía en declive, además de que causan problemas
ambientales. Es urgente revisar alternativas, como la gasificación de biomasa para producir
hidrógeno, la cual enfrenta los problemas de disponer de un reactor optimizado a mayor
escala y de catalizadores adecuados que permitan hacer más eficiente el proceso.
En este trabajo se estudiaron ocho catalizadores fluidizables de Ni promovidos con lantano
(La) y cerio (Ce) soportados en γ-Al2O3 sintetizados por un método sencillo de co impregnación por reducción directa a 480 °C (atmósfera libre de oxígeno). La promoción de los catalizadores se efectuó variando La y Ce entre 0.5 y 1.0 % en peso, así como el pH de la solución de impregnación (pH 1 y 4). Los catalizadores se caracterizaron utilizando BET, XRD, AA, TPR, TPD, quimisorción de H2, TEM-EDX y FTIR.
El desempeño de los catalizadores se probó en un reactor fluidizado CREC Riser Simulator,
utilizando: a) glucosa, b) 600 °C, c) relación vapor / biomasa (S/B) de 1, d) catalizador /
biomasa (C/B) relación de 3.2 y e) 20 s de tiempo de reacción. El lantano reportó fracciones
molares de hidrógeno mayores que las obtenidas con cerio y la diferencia es significativa con
respecto a los catalizadores de 5%Ni/-Al2O3 (no promovidos). Se demuestra que cargas
bajas de 0.5 % de lantano, en particular el catalizador 5Ni0.5La1, reportan una gran reducción
de la deposición de coque y tienen un buen funcionamiento en términos de la gasificación de
glucosa. Para todas las cargas de cerio y lantano, el efecto del pH es significativo, donde el
pH 1 favorece la producción de hidrógeno.
Los datos obtenidos se analizaron mediante ANOVA para evaluar el efecto del tipo y carga
del promotor y el pH de la solución de impregnación de los catalizadores de 5% en peso de
Ni y 0.5 a 1% en peso de La o Ce en γ-Al2O3, preparados con un pH de 1 y 4 de solución de
impregnación, obteniéndose fracciones molares de hidrógeno de 0.53 a 0.56, las cuales son
cercanas a los valores reportados de equilibrio termodinámico (González Castañeda, Sánchez
Enríquez, Cruz Reyes, Hernández, & Serrano Rosales, 2019). Con el análisis estadístico se
demuestra que las fracciones molares CO, CH4, y H2 son influenciadas por el pH de la
solución y las cargas del promotor y para las fracciones molares de CO2 solo por el tipo de
promotor.
Comparando con nuestro trabajo previo (González Castañeda, D. G., et al.2019), donde se
usó 2% de Ce - 5% en peso de Ni / γ- Al2O3, la mayor producción de hidrógeno fue obtenida
con catalizadores con cargas menores de promotores, particularmente 5Ni0.5La1, que
permitió una reducción de 39% de coque depositado sobre el soporte. Este rendimiento
prometedor se atribuyó a la disminución de la acidez media del catalizador reportada por
NH3-TPD, áreas específicas grandes (∼140 m2/g) y a la buena dispersión de metal de 9%
asociada con pequeños cristales de níquel de 9 a 10 nm y probablemente a la presencia de
compuestos LaONO3·xLa2O3 reportada por otros autores durante su descomposición térmica.