Conferencia Semiplenaria "CATÁLISIS DE LAS REACCIONES DE OXIDACIÓN DE METANO EN CELDAS SOFCS DE UNA Y DOS CÁMARAS"

SUSANA A. LARRONDO

Buenos Aires, Argentina

Workshop; Workshop Nacional sobre Celdas de Combustible de Óxido Sólido; 2008

CINSO-CONICET-CITEFA

La investigación básica y el desarrollo tecnológico en celdas de combustible son intensos en la actualidad, debido a la necesidad de hacer un uso más eficiente de los combustibles fósiles para la producción de energía eléctrica. Entre los diferentes tipos de celdas desarrolladas hasta el presente, la de electrolito óxido sólido (SOFC) tiene un futuro promisorio tanto en aplicaciones estacionarias como móviles [1]. Las SOFCs tienen una construcción modular sin partes móviles ni componentes líquidos, alta eficiencia, flexibilidad respecto del combustible que pueden utilizar y la posibilidad de trabajar con reformado externo o interno o mediante oxidación directa del combustible. Las SOFCs comerciales operan a alta temperatura (>800 °C), lo que acelera el deterioro de los electrodos y obliga al uso de materiales de construcción e interconexión muy costosos. Existe un fuerte interés en reducir la temperatura de operación, lo que conduce a una reducción significativa de la cinética de los electrodos y en particular de la reacción del ánodo. Por tal motivo se ha vuelto imperativo el desarrollo de materiales de ánodo con alta actividad catalítica, capaces de oxidar los hidrocarburos en forma directa sin necesidad de realizar el reformado externo o interno del hidrocarburo [2]. Además, en años recientes, se ha introducido un nuevo concepto en SOFCs, la celda de una sola cámara. Las principales ventajas de este diseño son la simplicidad, el menor volumen y los menores costos. Como contrapartida requiere de materiales muy selectivos. En particular, el material del ánodo debe ser un catalizador activo para la reacción de oxidación parcial del hidrocarburo. En el caso del metano esta ecuación puede ser representada por CH4 + ½O2 ----> 2H2 + COEn este trabajo se presentan los resultados del comportamiento catalítico de óxidos mixtos de cerio-circonio sintetizados por el método de gelificación-combustión, en la reacción de oxidación directa de metano. Los óxidos mostraron ser activos con comportamiento estable en el período de trabajo de 8 horas. El sólido Ce0.9Zr0.1O2 resultó ser el más activo en la oxidación directa de metano, observándose CO2 y H2O como únicos productos de reacción [3]. Además, se presentan resultados del desempeño catalítico de los óxidos de composición nominal Ce0.9Zr0.1O2 impregnados con solución de níquel (contenidos de 9 y 50% m/m,) en la reacción de oxidación parcial de metano. Los catalizadores mostraron ser activos, de comportamiento estable, sin formación de compuestos carbonosos, siendo el Ni0 el componente activo para la reacción de oxidación parcial. A temperaturas superiores a los 550 °C se lograron niveles de conversión de metano del 90%, detectándose H2 y CO como principales productos de reacción. Se confirmó el mecanismo de reacción indirecto propuesto en la bibliografía del tema para catalizadores conteniendo níquel. Los catalizadores pre-reducidos mostraron conversiones de metano del 80% a temperaturas de 550 °C [4].[1] A. Boudghene Stambouli A y E. Traversa, “Solid oxide fuel cells(SOFCs); a review of anenvironmentally clean and efficient source of energy”, Renewable Sustainable Energy Rev 6 (2002) 433.[2] J.W. Fergus, “Oxide anode materials for solid oxide fuel cells”, Solid State Ionics 177 (2006) 1529.[3] S.Larrondo et al., “Preparation and characterization of Ce/Zr mixed oxides and their use ascatalysts for the direct oxidation of dry CH4”, Catal Today 107-108 (2005)53.[4] S. Larrondo et al., “Methane partial oxidation using Ni/Ce0.9Zr0.1O2 catalyst”, Int. J. of Hydrogen Energy 33 (2008) 3607.