GUÍA/INVENTARIO SECTORIAL DEL HIDRÓGENO Y LAS PILAS DE COMBUSTIBLE EN ESPAÑA. ¿Quién hace qué?

UNIVERSITAT DE

BARCELONA

El grupo de Materiales Catalíticos del Departamento de Química Inorgánica de la Universitat de Barcelona fundamenta sus actividades de investigación en el diseño y la preparación de materiales con propiedades catalíticas. Se realiza la caracterización físico-química de los mismos y su ensayo en diversas reacciones de interés. Para abordar la primera etapa aunamos los conocimientos propios de la química molecular y del estado sólido. Disponemos en este sentido de los medios materiales necesarios, equipos de alto vacío y atmósfera inerte, para llevar a cabo preparaciones utilizando compuestos precursores sensibles al aire. Así como los correspondientes a la preparación por métodos clásicos como el de coprecipitación y posibilidad de realizar tratamientos a alta temperatura. Para la caracterización de los catalizadores obtenidos aplicamos un amplio abanico de técnicas disponibles tanto en nuestros propios laboratorios como en los servicios científico-técnicos generales de la Universitat de Barcelona. En este sentido disponemos de un equipo espectrofotómetro infrarrojo acoplado a un analizador quadrupolar de masas para el seguimiento del comportamiento de los materiales in situ bajo condiciones de reacción a presión y temperatura variables. Tenemos acceso a equipos  como los de difracción de rayos-X, microscopia electrónica de barrido y transmisión, espectroscopías Raman y fotoelectrónica de rayos-X, etc., además de las técnicas de caracterización rutinarias (B.E.T., análisis químico, etc. ). Disponemos asimismo de diferentes equipos de reacción capaces de operar en continuo, en rangos amplios de presión y temperatura y con uso de reactivos gaseosos y/o líquidos.

No dudamos en realizar colaboraciones con grupos expertos en diferentes áreas, tanto nacionales  por ejemplo con el grupo del Prof. José Luis G. Fierro, ICP- CSIC, como internacionales, por ejemplo con el grupo del Prof. Jean-Alain Dalmon, IRC-CNRS.

El grupo de Materiales Catalíticos es finalmente, un grupo consolidado de investigación reconocido por la Generalitat de Catalunya que ha venido recibiendo financiación económica para sus actividades de investigación de forma regular tanto por la Generalitat de Catalunya como dentro del Plan Nacional de I+D+I. Nuestro grupo está especialmente interesado en la colaboración con el sector empresarial, para el que ha realizado diversos proyectos de investigación.

En los últimos años venimos reforzando nuestra investigación en relación con el desarrollo de materiales para abrir nuevas vías en la producción alternativa de hidrógeno y en su potencial aplicación para pilas de combustible. En particular, investigaciones relacionadas con el desarrollo de nuevos catalizadores capaces de llevar a cabo el reformado catalítico de etanol con vapor. Por otra parte, nuestros recursos humanos actuales avalan nuestras futuras actividades, tres profesores estables, un investigador del programa nacional Ramón y Cajal, cuatro estudiantes de doctorado y un técnico de laboratorio.

Nuestras actividades más recientes en esta línea se han centrado en el estudio del proceso de reformado catalítico de etanol a partir de disoluciones acuosas conteniendo alrededor del 20% en volumen de etanol. Estas mezclas se pueden obtener fácilmente a partir de residuos agrícolas o agroindustriales sin costes energéticos adicionales al eliminar procesos ulteriores de destilación. Este recurso puede ser considerado un bioetanol de bajo coste, que hace que un proceso como el propuesto resulte globalmente neutro respecto a las emisiones de CO₂  a la atmósfera.

El desarrollo de sistemas basados en estos conceptos podría constituir fuentes de producción de energía a pequeña escala y de tipo estacionario.

Hay que tener en cuenta sin embargo, que la pureza del hidrógeno a suministrar en una pila de combustible tiene que ser, con la tecnología actual, muy elevada. En particular el contenido de CO debe limitarse a nivel de ppm. El poder realizar este proceso de forma efectiva, a la temperatura más baja posible y con la mayor selectividad hacia  los productos esperados (CO₂ e H₂), requiere el desarrollo de nuevos materiales catalíticos no descritos hasta el momento de iniciar nuestras investigaciones.

Los antecedentes bibliográficos indicaban que los pocos estudios existentes referían el uso de catalizadores de cobre y cobalto soportados, sin embargo estos pocos trabajos llegaban a resultados poco relevantes con producción importante de subproductos. Se indicaba también un papel importante del soporte (óxidos) pero que no se analizaba posteriormente.

Nuestras primeras investigaciones se encaminaron al estudio sistemático del comportamiento catalítico de una serie de óxidos en la propia reacción de reformado. A partir de ese punto se inició el desarrollo de nuevos catalizadores de cobalto soportado que resultaron especialmente activos a temperaturas relativamente bajas, como de 300 ºC, y particularmente selectivos, con formación de subproductos basados prácticamente en metano, con valores inferiores al 3%. La caracterización exhaustiva de estos materiales y una buena comprensión de los caminos de reacción por los que aparentemente transcurre este proceso nos ha llevado a establecer buenas correlaciones estructura-propiedades de los catalizadores. Este punto es idóneo para un desarrollo optimizado de nuevos materiales con potencial aplicabilidad en este área.