Una mejora en los catalizadores mejoran la producción de combustibles limpios
Los catalizadores desempeñan un papel crucial en la intensificación de procesos, ya que aceleran y dirigen las reacciones químicas hacia los productos deseados. Una estrategia emergente es la integración de dos catalizadores dentro de un solo reactor, de modo que se obtienen reacciones consecutivas «en tándem». El proyecto 3DMULTICAT (3D microscopy-guided assembly of novel hierarchical, multi-pore, multi-function catalysts for clean fuel production), financiado por la Unión Europea, desarrolló catalizadores sólidos innovadores para la obtención de combustibles líquidos en un solo paso a partir de gases de síntesis. Esta mezcla de gases comprende monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2), que se pueden obtener a partir gas natural o biomasa como materias primas. Los socios del proyecto pretendían desarrollar una nueva generación de catalizadores, con estructuras porosas diseñadas para controlar el tráfico de moléculas dentro de los poros. Ofrecen varias funciones catalíticas, que realizan varias reacciones en cascada. El proceso se basa en la integración de dos reacciones catalíticas en un solo reactor: la síntesis de hidrocarburos de Fischer-Tropsch (FT) y el hidroprocesamiento (isomerización y fraccionamiento) in situ de los productos primarios en un catalizador de hidrofraccionamiento. Mediante estudios fundamentales sobre la catálisis utilizando modelos de reactivos, los investigadores observaron que, en condiciones estándar de hidrofraccionamiento, la presencia de gases de síntesis envenenaba el catalizador de hidrofraccionamiento ya que absorbía fuertemente el CO, lo cual afectaba apreciablemente la ruta de reacción de los distintos hidrocarburos FT en el catalizador de hidrofraccionamiento. Animados por este resultado, los investigadores buscaron diseños de catalizadores sólidos FT con la ayuda de métodos de cuantificación estructural tridimensional en la escala nanométrica y micrométrica. Los resultados mostraron que, en las condiciones de reacción relevantes, los fenómenos de transporte de masa en los poros puede afectar al patrón de productos de FT primarios. La investigación sobre catalizadores FT a base de cobalto dio lugar al desarrollo de catalizadores sólidos con porosidades complejas y organizadas jerárquicamente y especies metálicas catalizadoras distribuidas uniformemente. Se observó que estos catalizadores eran eficientes para controlar el tráfico molecular y ajustar la naturaleza del FT primario en los procesos catalíticos en tándem. Los resultados de 3DMULTICAT ayudarán a mejorar el diseño de materiales porosos complejos en el campo de la catálisis y contribuirán a explotar los recursos naturales de forma sostenible. Estos avances contribuyen a la protección del medio ambiente y la mitigación del cambio climático.
Palabras clave
Catalizadores sólidos, intensificación de procesos, 3DMULTICAT, gas de síntesis, Fischer-Tropsch, hidrofraccionamiento
