Purificación de H2 con aplicación en pilas combustibles PEM a través de las reacciones WGS y COPROX

FERNANDO MARIÑO

Posadas, Misiones, Argentina

Congreso; Segundo Congreso Nacional sobre Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía (HYFUSEN 2007); 2007

A nivel mundial, existen diversas razones para encontrar una solución sustentable al problema del transporte terrestre. Las normas anti-contaminación cada vez más severas, una previsible disminución de las reservas de petróleo, la sensibilización social en aumento con respecto a los problemas medio-ambientales son sólo algunas de esas razones. El vehículo eléctrico es una de las respuestas que se vislumbran y, en este sentido, la investigación en el campo de las pilas combustibles de membrana polimérica (PEMFC) requiere hoy en día de grandes esfuerzos. En efecto, la pila de combustible de membrana polimérica es la más apropiada para aplicaciones vehiculares debido a su bajo peso, baja temperatura de operación, alta densidad de potencia, ausencia de materiales corrosivos, etc. El hidrógeno puro es el combustible ideal para dicha pila; sin embargo, no existe aún una tecnología de almacenamiento de H2 capaz de otorgarle a los vehículos una autonomía aceptable. La producción de hidrógeno a bordo de los vehículos surge así como una alternativa razonable. Sin embargo, la corriente de H2 a ser empleada como alimentación en esta pila de combustible exige que el contenido de CO sea menor o igual a 20 ppm para evitar que el electrodo de Pt de la pila sea envenenado irreversiblemente por el CO. Por consiguiente, la generación de H2 con la pureza exigida a partir de hidrocarburos o alcoholes requiere de tres etapas: una etapa de producción de H2 (por reformado de la materia prima con vapor) y dos etapas de purificación de la corriente de H2 a través de la reacción de conversión de CO (WGSR) en primera instancia y la oxidación preferencial de CO (COPROX) como purificación final. El Laboratorio de Procesos Catalíticos (LPC - UBA) se encuentra desarrollando y estudiando sistemas catalíticos a base de metales tales como el Cu o el Ni sobre soportes reductibles y activos para el almacenamiento y el transporte del oxígeno, tales como el óxido de cerio. Estos catalizadores sintetizados en nuestro laboratorio han demostrado ser comparables y en algunos casos más eficientes que los catalizadores comerciales existentes de Cu/Zn/Al (en el caso de la reacción WGS) o los costosos catalizadores a base de Pt (en el caso de la reacción COPROX). El objetivo final de este trabajo es la selección del mejor o los mejores catalizadores a ser utilizados en las dos etapas involucradas en la purificación de la corriente de hidrógeno.  Para los catalizadores elegidos para ambas reacciones las tareas proyectadas también comprenden: (i)                   La caracterización de los catalizadores a través de diferentes técnicas (BET, DRX, XPS, TPR, IR, OSC, etc.). Se intentará correlacionar las propiedades de dichas muestras con su actividad catalítica y optimizar la preparación de los catalizadores con respecto a la carga y la dispersión metálica, los tratamientos térmicos, etc. (ii)                 La comparación de los mejores catalizadores obtenidos con catalizadores comerciales tradicionalmente utilizados en cada una de las reacciones. (iii)                La determinación de la cinética química de las reacciones involucradas. Esto tendrá el doble propósito de discernir los mecanismos involucrados en dichas reacciones y de obtener los parámetros cinéticos y de transferencia necesarios para el dimensionamiento de los reactores.