Responsable: RAUL PEREZ HERNANDEZ

Objetivos:

El objetivo general de este proyecto es desarrollar catalizadores unidimensionales a base de nanopartículas metálicas de Au, Ag, Cu y Ni en forma de nanorods ó nanopartículas sintetizadas por métodos químicos y serán soportadas en matrices de ZnO y CeO2. De la misma forma se utilizará el soporte catalítico con una forma definida (previamente sintetizados) para soportar la fase activa. Estos materiales serán empleados para la obtención de hidrógeno (H2) mediante la reacción de reformado de metanol en atmósfera oxidante.

Antecedentes:

Foto: Nanorods de ZnO, nanopartículas de Cu-Ni tipo core-shell soportadas en ZrO₂, Producción de H₂ en el reformado de metanol en catalizadores de Cu/Ni/ZrO₂ y cálculo de la banda de energía total del sistema.

El surgimiento de un sistema energético global sustentable es un proceso gradual a largo plazo que requerirá profundas transformaciones tecnológicas y sociales. Dado que la generación de energía se ha basado fundamentalmente en combustibles fósiles, principalmente petróleo y carbón, los cuales suministran hoy en día más del 70 % del consumo energético mundial y como consecuencia de esto, la contaminación del medio ambiente ha crecido de manera exponencial hasta nuestros días. Algunos estudios mencionan que existe petróleo para los próximos 50-70 años. Por tal razón, las perspectivas y estrategias a seguir para la solución de todos los problemas ocasionados por nuestra dependencia en el petróleo, están encaminados hacia un sistema energético basado completamente en el hidrógeno (H2) considerado como el combustible del futuro ó "ECONOMÍA DEL HIDRÓGENO”. El H2 proveerá a la humanidad un recurso energético eficaz y mucho más limpio que asegure su continuo y futuro desarrollo. Dentro de las tecnologías emergentes para encontrar una solución a estos problemas, están las denominadas celdas de combustibles (Fuel Cell). Una celda de combustible es silenciosa, eficiente y limpia donde el principal combustible para la generación de energía es el H₂ (1). Las celdas de combustibles transforman la energía química almacenada en el enlace H-H de la molécula de H₂ en energía eléctrica y vapor de agua (este último cuando se combina el H₂ con O₂). El hidrógeno empleado como combustible alterno (2,3) presenta grandes ventajas ambientales a diferencia de la gasolina empleada en los motores de combustión interna y es que la única emisión durante el proceso es vapor de agua. Por otro lado, la idea de generar H₂ in-situ en el automóvil parece una respuesta idónea al problema de disponer H₂ en forma líquida o gas, debido a que no existe tecnología disponible en la actualidad para almacenarlo en forma pura. De ahí la necesidad de utilizar combustibles líquidos que contengan hidrógeno. El proceso más aceptado para la extracción del H₂ es el reformado del alcohol (metanol ó etanol) con vapor de agua en presencia de catalizadores apropiados. Para la generación de H₂, en este proyecto se trabajaran con catalizadores a base de partículas metálicas preformadas como Ag, Au ó partículas de Cu y Ni (4-14). También se utilizaran soportes con forma y dimensiones definidas a base de ZnO, CeO₂, ZrO₂, TiO₂. Estos nuevos materiales catalíticos serán caracterizados por técnicas como adsorción-desorción de N₂, SEM, TEM, DRX y TPR. Las propiedades catalíticas de actividad y selectividad se evaluarán en la reacción de reformado de metanol en atmósfera oxidante.

Bibliografía:

1.     Fierro, J.L.G., L. Gómez y M.A. Peña “Hidrógeno: un vector energético no contaminante para automoción” Instituto de catálisis y petroquímica, CSIC, Cantoblanco, Madrid, España. p. 157-162

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8.     Raúl Pérez-Hernández, J. Jesús Velázquez Salazar and Miguel Jose-Yacaman. Low-Temperature Synthesis and Growth Mechanism of ZnO Nanorods on Crystalline Si Substrate. Journal of Nano Research Vol. 14 (2011) pp 69-82

9.     R. Pérez-Hernández, A. Gutiérrez-Martínez and C. Gutiérrez-Wing. Hydrogen Production by Steam Reforming of Methanol over New Ag-Au(1-D)-CeO2 Catalyst. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 127 © 2010 Materials 9 Research Society

10.  R. Pérez-Hernández, A. Gutiérrez-Martínez, J. Palacios, M. Vega-Hernández, V. Rodríguez-Lugo. Hydrogen production by oxidative steam reforming of methanol over Ni/CeO2eZrO2 catalysts. Journal of Hydrogen Energy 36 (2011) 6601-6608

11.  R. Pérez-Hernández, A. D. Avendaño, E. Rubio, V. Rodríguez-Lugo.  Hydrogen Production by Methanol Steam Reforming Over Pd/ZrO2–TiO2 Catalysts. Top Catal (2011) 54:572–578

12.  R. Pérez-Hernández, C. Gutiérrez-Wing, A. Gutiérrez-Martínez, F. Leonard Deepak, D. Mendoza Anaya, G. Mondragón-Galicia. Ag(1D) nanorods as precursor of nanoparticles on CeO2 support for H2 production: Steam reforming and oxidative steam reforming of methanol. Catal. Today in Press-2013.

13.  P. López, G. Mondragón-Galicia, M.E. Espinosa-Pesqueira, D. Mendoza-Anaya, Ma. E. Fernández a, A. Gómez-Cortés, J. Bonifacio, G. Martínez-Barrera, Raúl Pérez-Hernández. Hydrogen production from oxidative steam reforming of methanol: Effect of the Cu and Ni impregnation on ZrO2 and their molecular simulation studies. International Journal of Hydrogen Energy 37 (2012) 9018-9027

14. Raúl Pérez-Hernández, Demetrio Mendoza-Anaya, Albina Gutiérrez Martínez and Antonio Gómez-Cortés Capítulo 6: Catalytic Steam Reforming of Methanol to Produce Hydrogen on Supported Metal Catalysts. Pp 149-256 http://dx.doi.org/10.5772/49965. Libro: HYDROGEN ENERGY – CHALLENGES AND PERSPECTIVES. http://dx.doi.org/10.5772/2824. Edited by Dragica Miniæ. Published by InTech-2012

Beneficios:

El estudio de nuevos catalizadores unidimensionales considerando la importancia de sus características asociadas al tamaño y forma de estos materiales, permitirá establecer los beneficios o limitaciones para aplicarlos como catalizadores para la obtención de H₂ respecto de los catalizadores obtenidos de forma tradicional. Debido a que este tipo de estructuras preformadas (en forma de nano-partículas, nano-rodillos ó nano-tubos) no están siendo utilizadas como catalizadores. Por lo que en este proyecto se plantea utilizar este tipo de estructuras unidimensionales y estudiar el efecto de estas nuevas estructuras en las propiedades catalíticas de los nuevos sistemas para la generación de combustible (H₂) alterno al petróleo.

Logros Obtenidos:

1. Publicaciones

1.1. P. López, G. Mondragón-Galicia, M.E. Espinosa-Pesqueira, D. Mendoza-Anaya, Ma. E. Fernández a, A. Gómez-Cortés, J. Bonifacio, G. Martínez-Barrera, Raúl Pérez-Hernández. Hydrogen production from oxidative steam reforming of methanol: Effect of the Cu and Ni impregnation on ZrO2 and their molecular simulation studies. International Journal of Hydrogen Energy 37 (2012) 9018-9027

2. Capitulo en Libro

2.1. Raúl Pérez-Hernández, Demetrio Mendoza-Anaya, Albina Gutiérrez Martínez and Antonio Gómez-Cortés  Capítulo 6: Catalytic Steam Reforming of Methanol to Produce Hydrogen on Supported Metal Catalysts. Pp 149-256 http://dx.doi.org/10.5772/49965. Libro: HYDROGEN ENERGY – CHALLENGES AND PERSPECTIVES. http://dx.doi.org/10.5772/2824. Edited by Dragica Miniæ. Published by InTech-2012

Aplicaciones:

Sector Energía: En la disposición de un combustible alterno al petroleo.

En el Medio Ambiente: En la reducción de contaminantes en la atmosfera