Síntesis de Fischer-Tropsch catalizada mediante ε-carburo de hierro:producción de hidrocarburos sin CO2. Crédito:Robin J.P. Broos y Emiel J. M. Hensen
Las proyecciones del consumo de energía mundial predicen que el carbón seguirá siendo una de las principales fuentes de energía del mundo en las próximas décadas. y una parte cada vez mayor se utilizará en CTL, la conversión de carbón en combustibles líquidos. Investigadores del Instituto Nacional de Energía Limpia y Baja en Carbono 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 de la ciencia .
Para comprender la importancia de este logro, Se requiere cierto conocimiento del proceso CTL. La primera etapa es la conversión de carbón en gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H 2 ). Usando el llamado proceso de Fischer-Tropsch, estos componentes se convierten en combustibles líquidos. Pero antes de que eso se pueda hacer, la composición del gas de síntesis debe cambiarse para garantizar que el proceso dé como resultado combustibles líquidos. Entonces, parte del CO se elimina del gas de síntesis convirtiéndolo en CO 2 en un proceso llamado cambio agua-gas.
Los investigadores abordaron un problema clave en los reactores Fischer-Tropsch. Como en la mayoría de los procesos químicos, Se requieren catalizadores para permitir las reacciones. Los catalizadores CTL se basan principalmente en hierro. Desafortunadamente, convierten alrededor del 30 por ciento del CO en CO 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 ocurre porque los catalizadores a base de hierro no son puros, pero constan de varios componentes. Pudieron 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 ha demostrado ahora que esta inestabilidad es causada por impurezas en el catalizador. El carburo de hierro épsilon de fase pura que desarrollaron es, por el contrario, estable y sigue siendo funcional, incluso en condiciones típicas de procesamiento industrial de 23 bar y 250 grados C.
Los investigadores, el profesor Emiel Hensen y Wei Chen de la Universidad Tecnológica de Eindhoven. Crédito:Universidad Tecnológica de Eindhoven / Bart van Overbeeke
El nuevo catalizador elimina casi todo el CO 2 generación en el reactor Fischer-Tropsch. Esto puede reducir la energía necesaria y los costes operativos en aproximadamente 25 millones de euros al año para una planta CTL típica. El co 2 que se liberó anteriormente en esta etapa, ahora se puede eliminar en la etapa anterior de cambio agua-gas. Esas son buenas noticias, porque es mucho más fácil de capturar en esta etapa. La tecnología para 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 de 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 EE. UU. "Somos conscientes de que nuestra nueva tecnología facilita el uso de combustibles fósiles derivados del carbón. Sin embargo, Es muy probable que los países ricos en carbón sigan explotando sus reservas de carbón en las próximas décadas. Queremos ayudarlos a hacer esto de la manera más sostenible. ", dice el profesor investigador principal Emiel Hensen de la Universidad Tecnológica de Eindhoven.
Es probable que los resultados de la investigación reduzcan los esfuerzos para desarrollar catalizadores CTL basados en cobalto. Los catalizadores a base de cobalto no tienen el CO 2 problema, pero son costosos 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 importante en la futura industria de energía y productos químicos básicos. La materia prima no será carbón ni gas, pero residuos y biomasa. Syngas seguirá siendo el elemento central, ya que también es el producto intermedio en la conversión de estas nuevas materias primas.
