Nanocomposites termocatalíticos para generación de combustibles limpios con energía solar de concentración

El presente trabajo propone, como alternativa a los combustibles fósiles convencionales, de reservas finitas y cuya combustión genera problemas de contaminación, la producción de gas de síntesis generado a partir de fuentes renovables
Se han diseñado nuevos materiales para producir hidrógeno y gas de síntesis mediante catálisis termoquímica, empleando como materias primas agua y CO2. Estos materiales serán capaces de funcionar en reactores solares donde la energía solar concentrada será la responsable de aportar el calor de reacción necesario para que se lleven a cabo las reacciones de disociación y reducción.
Los materiales son nanocompuestos de óxido de cerio y oxicarburo de silicio nanoestructurado, y han de ser capaces de desarrollar reacciones redox a alta temperatura para producir H2 y CO en dos etapas. La fase oxicarburo, empleada como matriz del nanocomposite, es microporosa y presenta alta permeabilidad al H2, facilitando la separación de gases, también contienen una fase de carbono libre, proporcionando un entorno más adecuado para promover las reacciones de reducción del óxido de cerio. De esta manera, se pretende incrementar la extensión de las reacciones de producción de CO).
El proceso de obtención de gas de síntesis consiste en un ciclo termoquímico reversible, donde la primera etapa ocurre a mayor temperatura y es una reacción endotérmica consistente en la reducción del óxido de cerio y la consecuente generación de vacantes aniónicas que promueven la movilidad de los electrones. Fruto de esta reacción de reducción, se genera O2, que debe eliminarse del medio de reacción En una segunda etapa, exotérmica, tienen lugar los procesos redox de la hidrólisis del agua y descomposición del CO2 acompañados de la oxidación del cerio, de manera que se va a producir H2 y CO y el correspondiente óxido regenerado. La separación de los gases es sencilla, en primer lugar porque el O2 se produce en una etapa diferente, a temperaturas próximas a 1300 0C, mientras que los demás gases se generan por debajo de 1000 0C; además, el soporte ha sido especialmente diseñado para que su porosidad permita la selección y separación de gases. El empleo de energía solar concentrada para la producción del combustible, hace de éste, un proceso limpio y sencillo donde el soporte no se agota.
En la síntesis de los materiales se han utilizado sales de cerio en diferentes concentraciones y materiales poliméricos con estructura SiO3CH3,3 como precursores del óxido de cerio, CeO2, y de los vidrios de oxicarburo de silicio, respectivamente. Los polímeros híbridos precerámicos han sido tratados a 1100 0C en atmosfera inerte de nitrógeno para la obtención de los materiales finales.
La caracterización estructural de los materiales confirma la formación del óxido de cerio y de una red vítrea de oxicarburo de silicio. Mediante análisis termogravimétrico han podido identificarse las reacciones que se desarrollan en los materiales precerámicos hasta la formación del vidrio, y el estudio de éstos ha demostrado también la presencia de una fase de carbono libre. El análisis textural indica que los vidrios presentan isotermas de adsorción-desorción tipo IV, con estructura heterogénea micro-mesoporosa y baja superficie específica.