Producción de hidrógeno por hidrólisis de materiales base magnesio reciclados

RODRÍGUEZ, MARÍA; CASTRO, FACUNDO J.; BOBET, J.-L.; URRETAVIZCAYA, GUILLERMINA

Mar del Plata

Congreso; 20° Congreso Internacional de Materiales SAM-CONAMET 2022; 2022

INTEMA/ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MATERIALES

El hidrógeno es una alternativa interesante para reemplazar el sistema energético actual basado en el uso de combustibles fósiles. Para ello es necesario producirlo, almacenarlo y poder aprovechar su energía de manera eficiente y segura. Actualmente, el 95% del hidrógeno que se usa se obtiene mediante reformado o pirólisis de hidrocarburos y solo el 5% es obtenido mediante electrólisis del agua. Además de estos procesos de producción existen métodos alternativos basados en energías renovables como la producción a partir de biomasa o la fotólisis, aunque por el momento la eficiencia de estos métodos es aún baja. Otra opción para producir hidrógeno es mediante la reacción de hidrólisis. Para el caso de un metal M de los grupos 1, 2 o 13 de la tabla periódica la reacción es:M (s) + nH2O (l) → M(OH)n (s) + n/2 H2 (g)donde n representa el estado de oxidación de M. En el caso en el que el metal elegido sea Mg esta reacción es particularmente interesante, ya que se produce una elevada cantidad de hidrógeno (8.2 % p/p sin tener en cuenta la masa de agua), la reacción ocurre espontáneamente en condiciones de temperatura y presión ambientes, el hidrógeno obtenido es puro, y el Mg(OH)2 obtenido como producto es una sustancia inocua desde el punto de vista ambiental. Esta forma de producir hidrógeno es aún más conveniente si el Mg que se emplea se obtiene reciclando desechos industriales de aleaciones base Mg. Con esta opción se reduce el costo del hidrógeno producido y a la vez se elimina un residuo peligroso. Sin embargo, hay algunas dificultades asociadas a este método de producción de hidrógeno. La principal es la formación de una capa de Mg(OH)2 en la superficie del material que lo pasiva y detiene la reacción. Para resolver este inconveniente se han explorado varias alternativas, como la molienda mecánica del material, el uso de soluciones ácidas, el uso de soluciones salinas, y la incorporación de aditivos. En este trabajo presentamos los resultados de una combinación de estas estrategias para producir hidrógeno partiendo de virutas de descarte industriales de aleaciones base magnesio. Como materiales de partida empleamos materiales provenientes de la fabricación de ánodos de sacrificio y del maquinado de cajas de velocidad. Las virutas fueron acondicionadas mediante un proceso de limpieza previa y de molienda mecánica posterior en un molino planetario bajo atmósfera de aire. Durante este proceso se utilizaron diferentes aditivos con el objetivo de reducir el tamaño del material y de maximizar la cantidad de hidrógeno generado y la cinética de la reacción. En esta presentación discutiremos las características generales de los materiales obtenidos y sus propiedades de generación de hidrógeno mediante la reacción de hidrólisis. En particular se analizará el efecto en la producción de hidrógeno del tiempo de molienda, del tamaño del material obtenido, del uso de agentes de control de proceso durante la molienda (grafito) y de la incorporación de sustancias que aceleran la reacción mediante la formación de pares galvánicos (Fe). Los principales resultados obtenidos son: 1) que la reactividad del material aumenta con el tiempo de molienda y con la disminución del tamaño del material (ambos efectos están relacionados, ya que la reacción está controlada por un proceso de contracción geométrica), 2) que sin el uso de aditivos ni agentes de control de proceso se obtienen rendimientos en la producción de hidrógeno entre el 70% y el 90% luego de 30 minutos de reacción [4], 3) que el agregado de grafito durante las últimas etapas de la molienda permite reducir significativamente el tamaño del material procesado, 4) que la incorporación de 1.5 % p/p de Fe acelera notablemente la reacción, y 5) que con estas modificaciones se mantienen los rendimientos logrados sin aditivos, pero se reduce el tiempo de reacción a menos de 5 minutos, para los dos tipos de virutas estudiados.