{"id":131502,"date":"2012-03-21T08:25:22","date_gmt":"2012-03-21T07:25:22","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=131502"},"modified":"2012-03-21T08:25:22","modified_gmt":"2012-03-21T07:25:22","slug":"produccion-de-hidrogeno-mediante-ciclos-termoquimicos-cofe2o4al2o3","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2012\/03\/21\/131502","title":{"rendered":"Producci\u00f3n de hidr\u00f3geno mediante ciclos termoqu\u00edmicos: CoFe2O4\/Al2O3"},"content":{"rendered":"

[Autores: Carolina Herrad\u00f3n y Ra\u00fal Molina-Grupo de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental. Universidad Rey Juan Carlos]<\/strong><\/p>\n

\u00a0En la actualidad, la mayor parte de la energ\u00eda que se produce en el mundo proviene de combustibles f\u00f3siles (petr\u00f3leo, gas natural y carb\u00f3n) por lo que existe una fuerte dependencia de \u00e9stos como fuentes de energ\u00eda. Sin embargo, los problemas de contaminaci\u00f3n ambiental asociados a su combusti\u00f3n y el progresivo agotamiento de las reservas mundiales, as\u00ed como su localizaci\u00f3n en zonas geogr\u00e1ficas de elevada inestabilidad pol\u00edtica y social, han provocado que la atenci\u00f3n de los investigadores se desv\u00ede hacia la b\u00fasqueda de otros recursos energ\u00e9ticos alternativos.<\/p>\n

\u00a0En esta l\u00ednea, el hidr\u00f3geno se presenta como una opci\u00f3n muy prometedora al resultar un vector energ\u00e9tico alternativo y potencialmente sustituto de los combustibles f\u00f3siles, en las pr\u00f3ximas d\u00e9cadas, ya que no tiene impacto sobre el medio ambiente, sobre todo si se obtiene por un m\u00e9todo limpio (renovable y sostenible), como por ejemplo a partir de agua y energ\u00eda solar [1].<\/p>\n

\u00a0La disociaci\u00f3n de la mol\u00e9cula de agua a trav\u00e9s de energ\u00eda solar t\u00e9rmica para producir hidr\u00f3geno es una tecnolog\u00eda particularmente prometedora ya que las m\u00e1ximas eficiencias te\u00f3ricas del sistema se encuentran entre el 65 y el 80 %. Sin embargo, se trata de una reacci\u00f3n muy endot\u00e9rmica que se encuentra favorecida a temperaturas superiores a 4500 K, lo cual dificulta el proceso por la incapacidad de los materiales de soportar dichas temperaturas y porque, en estas condiciones, el H2<\/sub> y O2<\/sub> pueden recombinarse o dar lugar a mezclas explosivas si no se separan e forma adecuada.<\/p>\n

Una alternativa a la term\u00f3lisis directa del agua es la disociaci\u00f3n de dicha mol\u00e9cula por medio de ciclos termoqu\u00edmicos. Ferritas de tipo Mx<\/sub>Fe3-x<\/sub>O4<\/sub> (donde M es generalmente Co, Ni, Mn, Zn o Fe) han mostrado la capacidad de disociar la mol\u00e9cula de agua para generar hidr\u00f3geno empleando la energ\u00eda solar t\u00e9rmica seg\u00fan las reacciones redox que se muestran a continuaci\u00f3n.<\/p>\n

\u00a0Mx<\/sub>Fe3-x<\/sub>O4<\/sub> + Energ\u00eda solar t\u00e9rmica \u2192 x MO + (3-x) FeO + 0,5 O2<\/sub>\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 (1)<\/p>\n

x MO + (3-x) FeO + 0,5 O2<\/sub> \u2192 Mx<\/sub>Fe3-x<\/sub>O4<\/sub> + H2<\/sub>\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 (2)<\/p>\n

\u00a0La ferrita es t\u00e9rmicamente reducida en una primera etapa a elevada temperatura (1400-1600 \u00b0C) en la que se libera ox\u00edgeno. En la segunda etapa, a menor temperatura (900-1100 \u00b0C), la ferrita reducida reacciona con vapor de agua para generar H2<\/sub> y re-oxidar la ferrita a su estado de partida. De esta forma, las entradas netas del sistema ser\u00edan H2<\/sub>O y energ\u00eda solar t\u00e9rmica, mientras que los \u00fanicos productos que saldr\u00edan del sistema ser\u00edan H2<\/sub> y O2<\/sub>. Este proceso es ventajoso respecto a la disociaci\u00f3n directa del agua porque opera a menores temperaturas y adem\u00e1s H2<\/sub> y O2<\/sub> se generan en etapas separadas por lo que desaparece la necesidad de separar los productos gaseosos a elevada temperatura.<\/p>\n

\u00a0Estos ciclos han sido estudiados empleando el material en polvo. Sin embargo se ha observado que el material en polvo no es apropiado para cerrar el ciclo debido a la sinterizaci\u00f3n que tiene lugar cuando se trabaja a tan elevada temperatura, la cual da lugar a una p\u00e9rdida de \u00e1rea superficial. Como consecuencia, se han empleado t\u00e9cnicas de s\u00edntesis en las que las ferritas son depositadas sobre sustratos como ZrO2<\/sub> [2-4], YSZ [3,4] y SiC [5,6], con la idea de que el \u00e1rea superficial se mantenga constante a lo largo del ciclo a elevada temperatura.<\/p>\n

\u00a0En 2010, Weimer y col. [7], probaron el funcionamiento de una ferrita de cobalto depositada sobre Al2<\/sub>O3<\/sub> en un nuevo ciclo termoqu\u00edmico de dos etapas para la disociaci\u00f3n de la mol\u00e9cula de agua (reacciones 3 y 4):<\/p>\n

\u00a0CoFe2<\/sub>O4<\/sub> + 3 Al2<\/sub>O3<\/sub> + Energ\u00eda t\u00e9rmica \u2192 CoAl2<\/sub>O4<\/sub> + 2 FeAl2<\/sub>O4<\/sub> + 0,5 O2<\/sub>\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 (3)<\/p>\n

CoAl2<\/sub>O4<\/sub> + 2 FeAl2<\/sub>O4<\/sub> + H2<\/sub>O\u2192 CoFe2<\/sub>O4<\/sub> +\u00a0 3 Al2<\/sub>O3<\/sub> + H2<\/sub>\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 (4)<\/p>\n

\u00a0En este trabajo, se pudo ver que la ferrita de cobalto depositada sobre Al2<\/sub>O3<\/sub> presenta una baja descomposici\u00f3n a temperaturas entre 200300 \u00b0C, en comparaci\u00f3n con la ferrita en polvo obtenida por co-precipitaci\u00f3n, lo cual es consecuencia de la formaci\u00f3n de la especie FeAl2<\/sub>O4<\/sub>. Adem\u00e1s se gener\u00f3 hidr\u00f3geno a partir de temperaturas de operaci\u00f3n de 1200 \u00b0C, mientras que a estas temperaturas no se obtuvo nada de hidr\u00f3geno cuando el material empleado era ferrita en polvo. De hecho, empleando CoFe2<\/sub>O4<\/sub> en polvo no se gener\u00f3 hidr\u00f3geno hasta 1400 \u00b0C. Adem\u00e1s el material\u00a0 CoFe2<\/sub>O4<\/sub>\/ Al2<\/sub>O3<\/sub> se pudo ciclar realizando la reducci\u00f3n a 1200 \u00b0C y la oxidaci\u00f3n a 1000 \u00b0C sin cambios significativos en la conversi\u00f3n de hidr\u00f3geno [7] lo que supone una clara ventaja frente a los de ciclos termoqu\u00edmicos de ferrita tradicionales.<\/p>\n

\u00a0[1]\u00a0\u00a0 Perkins, C.; Weimer, A.W.; \u201cLikely near-term solar-thermal water splitting technologies\u201d. International Journal of Hydrogen Energy 2004; 29: 1587.<\/p>\n

[2]\u00a0\u00a0 Miller J.E., Allendorf M.D., Diver R.B., Evans L.R., Siegel N.P., Stuecker J.N.; \u201cMetal oxide composites and structures for ultra- high temperature solar thermochemical cycles\u201d. Journal of Materials Science 2008; 4714.<\/p>\n

[3]\u00a0\u00a0 Gokon N., Murayama H., Nagasaki A., Kodama T.; \u201cThermochemical two-step water splitting cycles by monoclinic ZrO2<\/sub>-supported NiFe2<\/sub>O4<\/sub> and Fe3<\/sub>O4<\/sub> powders and ceramic foam devices\u201d. Solar Energy 2009; 83: 527.<\/p>\n

[4]\u00a0\u00a0 Kodama T., Nakamuro Y., Mizuno T.; \u201cA two-step thermochemical water splitting by iron-oxide on stabilized zirconia\u201d. Journal of Solar Energy Engineering 2006; 128: 3.<\/p>\n

[5]\u00a0\u00a0 Alvani C., La Barbera A., Ennas G., Padella F., Varsano F.; \u201cHydrogen production by using manganese ferrite: evidences and benefits of a multi-step reaction mechanism\u201d. International Journal of Hydrogen Energy 2006; 31: 2217.<\/p>\n

[6]\u00a0\u00a0 Roeb M., Sattler C., Kluser R., Monnerie N., de Oliveira L., Konstandopoulos A.G., et al.; \u201cSolar hydrogen production by a two-step cycle based on mixed iron oxides\u201d. Journal of Solar Energy Engineering-Transactions of the Asme 2006; 128: 125.<\/p>\n

[7]\u00a0\u00a0 Scheffe, J.R., Li, J., Weimer, A.W.; \u201cA spinel ferrite\/hercynite water-splitting redox cycle\u201d. International Journal of Hydrogen Energy 2010; 35: 3333.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

[Autores: Carolina Herrad\u00f3n y Ra\u00fal Molina-Grupo de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental. Universidad Rey Juan Carlos] \u00a0En la actualidad, la mayor parte de la energ\u00eda que se produce en el mundo proviene de combustibles f\u00f3siles (petr\u00f3leo, gas natural y carb\u00f3n) por lo que existe una fuerte dependencia de \u00e9stos como fuentes de energ\u00eda. Sin embargo, los problemas de contaminaci\u00f3n ambiental asociados a su combusti\u00f3n y el progresivo agotamiento de las reservas mundiales, as\u00ed como su localizaci\u00f3n en zonas geogr\u00e1ficas de elevada inestabilidad pol\u00edtica y social, han provocado que la atenci\u00f3n de los investigadores se desv\u00ede hacia la b\u00fasqueda de otros recursos\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[545,547,549,546],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"aioseo_head":"\n\t\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t