Las proyecciones del consumo mundial de energía esperan que el carbón siga siendo una de las principales fuentes de energía del mundo en las próximas décadas, y una parte cada vez mayor de este se utilizará en CTL, la conversión del carbón en combustibles líquidos. Investigadores del Instituto Nacional de Limpieza -y-Low-Carbon Energy en Beijing y la Universidad Tecnológica de Eindhoven han desarrollado catalizadores a base de hierro que reducen sustancialmente los costos operativos y abren la puerta a la captura de grandes cantidades de CO 2 que son generados por CTL. Sus resultados se publican en la revista Avances científicos .
Para comprender la importancia de este logro, se requiere cierto conocimiento del proceso CTL. La primera etapa es la conversión de carbón a gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono CO e hidrógeno H2. Utilizando el llamado Fischer-Tropsch proceso, estos componentes se convierten en combustibles líquidos. Pero antes de que se pueda hacer eso, la composición del gas de síntesis tiene que cambiarse para asegurarse de que los productos correctos salgan al final: combustibles líquidos. Por lo tanto, parte del CO essacado del gas de síntesis rechazado al convertirlo en CO 2 , en un proceso llamado 'cambio de agua-gas'.
En esta cadena, los investigadores abordaron un problema clave en el reactor Fischer-Tropsch. Como en la mayoría del procesamiento químico, se requieren catalizadores para permitir las reacciones. Los catalizadores CTL se basan principalmente en hierro. Desafortunadamente, convierten aproximadamente el 30 por ciento del CO enCO no deseado 2 , un subproducto que en esta etapa es difícil de capturar y, por lo tanto, a menudo se libera en grandes volúmenes, consumiendo mucha energía sin beneficio.
Los investigadores de Beijing y Eindhoven descubrieron que el CO 2 la liberación es causada por el hecho de que los catalizadores a base de hierro no son puros, sino que consisten en varios componentes. Fueron capaces de producir una forma pura de un carburo de hierro específico, llamado carburo de hierro épsilon, que tiene un CO muy bajo 2 selectividad. En otras palabras, casi no genera CO 2 en absoluto. La existencia ya era conocida, pero hasta ahora no había sido lo suficientemente estable para el duro proceso de Fischer-Tropsch. El equipo de investigación chino-holandés ahora ha demostrado que esta inestabilidad es causada por impurezas en el catalizador. La fase-El carburo de hierro épsilon puro que desarrollaron es, por el contrario, estable y sigue siendo funcional, incluso en condiciones de procesamiento industrial típicas de 23 bar y 250oC.
El nuevo catalizador elimina casi todo el CO 2 generación en el reactor Fischer-Tropsch. Esto puede reducir la energía necesaria y los costos operativos en aproximadamente 25 millones de euros por año para una planta CTL típica. El CO 2 que se lanzó anteriormente en esta etapa ahora se puede eliminar en la etapa de cambio de agua-gas anterior. Esa es una buena noticia, porque es mucho más fácil de capturar en esta etapa. La tecnología para hacer que esto suceda se llama CCUS captura de carbono, utilización y almacenamiento. Ha sido desarrollado por otras partes y ya se está aplicando en varias plantas piloto.
La conversión del carbón en combustibles líquidos es especialmente relevante en los países ricos en carbón que tienen que importar petróleo para su suministro de combustibles líquidos, como China y los Estados Unidos. "Somos conscientes de que nuestra nueva tecnología facilita el uso del carbón-combustibles fósiles derivados. Sin embargo, es muy probable que los países ricos en carbón sigan explotando sus reservas de carbón en las próximas décadas. Queremos ayudarlos a hacerlo de la manera más sostenible ", dice el profesor investigador principal Emiel Hensen de la Universidad de Eindhoven.de tecnología.
Es probable que los resultados de la investigación reduzcan los esfuerzos para desarrollar catalizadores CTL basados en cobalto. Los catalizadores basados en cobalto no tienen CO 2 problema, pero son caros y se están convirtiendo rápidamente en un recurso escaso debido al uso de cobalto en las baterías, que representan la mitad del consumo total de cobalto.
Hensen espera que los catalizadores recientemente desarrollados también desempeñen un papel de importación en la futura industria de energía y productos químicos básicos. La materia prima no será carbón o gas, sino desechos y biomasa. Syngas continuará siendo el elemento central, como lo estambién el producto intermedio en la conversión de estas nuevas materias primas.
Síntesis de estable y baja en CO 2 catalizadores selectivos de carburo de hierro épsilon Fischer-Tropsch Peng Wang 1,2, Wei Chen2, Fu-Kuo Chiang1, A. Iulian Dugulan3, Yuanjun Song4, Robert Pestman2, Kui Zhang1, Jinsong Yao1, Bo Feng1, Ping Miao1, Wayne Xu1, Emiel JM Hensen2 1Instituto Nacional de Energía Limpia y Baja en Carbono, Beijing 2Laboratorio de Química de Materiales Inorgánicos, Universidad de Tecnología de Eindhoven 3 Aspectos fundamentales del Grupo de Materiales y Energía, Universidad Tecnológica de Delft 4Beijing Key Laboratory for Magneto-Photoelectrical Composite and Interface Science, Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing DOI: 10.1126 / sciadv.aau2947
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Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Eindhoven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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