Catálisis heterogénea para la obtención de biocombustibles a partir CO2 dentro del concepto de economía circular

Abstract

La seguridad energética, el desarrollo sostenible y la prevención del calentamiento global son objetivos conflictivos en una economía basada en combustibles fósiles como la actual. Como solución a la creciente demanda energética y a las condiciones climáticas perjudiciales debidas a los combustibles fósiles, se están explorando varias alternativas dentro de las energías renovables. Una alternativa válida son los biocombustibles y productos derivados de la biomasa y biodigestión, como por ejemplo el DME y el metanol, los cuales destacan por su versatilidad y adaptabilidad a las infraestructuras y tecnologías energéticas existentes. Estos pueden obtenerse a partir de la hidrogenación del CO2 derivado de la biomasa, para poder así sustituir una economía sustentada con los combustibles fósiles, por una economía circular basada en las energías renovable. El objeto de estudio de este trabajo es la búsqueda de catalizadores que optimicen la reacción de hidrogenación del dióxido de carbono, para obtener mayor cantidad de DME y metanol. En primer lugar, se hace un estudio bibliográfico sobre los catalizadores estudiados para esta reacción. En base a esto se sintetizan y caracterizan los siguientes catalizadores: Cu/Pumita, CuZn/Pumita (2:1), CuZn/Pumita (1:2), CuFe/Pumita (2:1), CuFe/Pumita (1:2). La caracterización se lleva a cabo por difracción de rayos X (XRD), y espectroscopía infrarroja (IR). Finalmente, se lleva a cabo la reacción de hidrogenación del CO2 a 265ºC de temperatura y 6,5 bar de presión, con cada uno de los catalizadores sintetizados. En líneas generales, los mejores resultados se obtienen con aquellos catalizadores cuya proporción de cobre-metal es 2:1. Los datos más relevantes obtenidos son: la mayor conversión a CO2 (11,49 %) con el CuZn/Pumita (1:2), y una selectividad de metanol bastante elevada para las condiciones experimentales empleadas, con el catalizador CuFe/Pumita (2:1), con un valor de 69,66%. También cabe destacar la obtención de DME con el catalizador de CuFe/Pumita (1:2).

The energy security, a sustainable development and the prevention of global warming are conflicting objectives in a fuel-based economy like the current one. As a solution to the increasing energy demand, and to the harmful climatic conditions developed because of fossil fuels, several alternatives within renewable energies are being explored. A feasible option would be, biofuels and products derived from biomass and biogas, such as DME and methanol, which stand out for their versatility and adaptability to the existing energetic infrastructure and technology. They can be obtained by hydrogenating the CO2 derived from biomass, to transform a fuel-based economy, in a circular economy based on renewable energies. The aim of this research is to find catalysts that optimize the hydrogenation reaction of CO2, to obtain a higher amount of DME and methanol. Firstly, an extensive bibliographical study is conducted about the catalysts presently studied for this reaction. Based on this, the following catalysts are synthesized and characterized: Pumice/Cu, CuZn/Pumice (2:1), CuZn/Pumice (1:2), CuFe/Pumice (2:1), CuFe/Pumice (1:2). Characterization is carried out using X-ray diffraction (XRD) and Infrared Spectroscopy (IR) techniques. Finally, the hydrogenation reaction of CO2 is carried out, at 265 °C of temperature and 6.5 bar of pressure, with each of the synthesized catalysts. Generally, the best results are obtained with catalysts whose copper-metal ratio is 2:1. The most relevant data obtained is: the highest conversion to CO2 (11.49%) with CuZn/Pumice (1: 2), and a quite high methanol selectivity for the experimental conditions used, with the catalyst CuFe/Pumice (2:1) with a value of 69.66%. It is also worth highlighting the best selectivity of DME obtained (2.53%), with the catalyst CuFe/Pumice (1:2).