Hidrógeno Renovable a partir de Combustibles no Volátiles

[Jose Luis G. Fierro]

La volatilización reactiva de microgotas de precursores renovables -aceite de soja y disoluciones acuosas de glucosa- se presenta como un método simple y fácilmente adaptable para producir hidrógeno y olefinas de bajo peso molecular tanto a pequeña como a gran escala

En una contribución reciente a la revista Science, científicos de la Universidad de Minnesota (USA) han demostrado que puede obtenerse hidrógeno con elevado rendimiento utilizando precursores renovables tales como aceite de soja, biodiesel y disoluciones acuosas de glucosa. La idea consiste en evaporar instantáneamente microgotas de estos precursores líquidos, en presencia de bajas concentraciones de oxígeno, sobre la superficie de un catalizador de rodio-óxido de cerio, manteniendo la mezcla de reacción en el interior del reactor durante menos de 50 milisegundos. La ventaja que ofrece esta alternativa es que las reacciones de pirolisis combinadas con las de oxidación parcial de los precursores (soja, biodiesel y glucosa) y sus fragmentos cuando impactan con la superficie catalítica no forman residuos carbonosos. Por esta razón, el proceso se realiza de forma sostenida. La energía térmica liberada durante la reacción es muy elevada, del orden de 1 MW por metro cuadrado, que mantiene la superficie del catalizador a temperatura superior a 800º C. El nivel de conversión de estos precursores supera 99% y la selectividad a hidrógeno resulta próxima a 70%. En estas condiciones, los fragmentos de las moléculas reactantes producidos en las primeras etapas de la reacción se oxidan rápidamente con el oxígeno presente en la corriente gaseosa generando calor suficiente para mantener la temperatura elevada y evitar el depósito de residuos de carbono.

El proceso completo, que ocurre en una escala temporal de microsegundos, resulta complicado y por el momento no se tiene un conocimiento detallado del mismo. Se supone que las microgotas de los precursores líquidos cuando impactan, con velocidades lineales aproximadamente de 1 m/s, sobre la superficie del catalizador se rompen en otras más pequeñas y se volatilizan rápidamente. Se asume que la reacción ocurre en la capa gaseosa entre la microgota y la superficie caliente del catalizador de manera que se genera continuamente calor y productos gaseosos hasta que la propia microgota, o las microgotas más pequeñas que genera el impacto de la primera, se volatiliza completamente. La secuencia de las reacciones en la interfase gaseosa (reacciones homogéneas) y en la superficie del catalizador (reacciones heterogéneas) no se conoce en detalle. Se considera que la etapa inicial es la vaporización y la pirolisis de los componentes de la microgota fria. Inmediatamente después las moléculas y/o los fragmentos rebotados experimentan reacciones de oxidación en la película gaseosa próxima a la superficie del catalizador para generar hidrógeno, óxidos de carbono (CO y CO₂) y cantidades inferiores de etileno y propileno.

El concepto puede aplicarse a otros combustibles más pesados, tales como fracciones residuales de la destilación del petróleo, grasas sólidas y aceite de soja sin refinar. La presencia de algunas impurezas, tales como potasio, fósforo, nitrógeno y otras moléculas orgánicas de menor peso molecular presentes en estos precursores no parece que afecte de forma significativa el comportamiento catalítico debido a que todos los compuestos presentes en la alimentación líquida se volatilizan completamente a temperaturas de operación superiores a 800º C.