Hidrogeno ekoizpena bio-oilaren erreformatze katalitikoaren bidez

Aingeru Remiro, Lide Oar-Arteta, Ana G. Gayubo

Energia eskaeraren igoerak petrolio gordinaren gehiegizko ustiapena ekarri du, garatuta dauden herrialdeetako ongizatea mantentzeko, eta ongizate hori lortzeko Asian eta Hegoamerikan garatzen ari diren herrialdetan.

Petrolioaren ustiatze ugaria duela mende bat hasi bazen ere, paradigma aldaketaren aurrean gaude, bi arrazoi nagusik bultzatuta:

i) Agortzearekin lotutako petrolio gordinaren apurkako garestitzea

ii) Erregai fosilen ageriko ondorio kaltegarriak klima-aldaketan.

Bi alderdi hauek baldintzatzen dute hurrengo hamarkadetan burutu beharreko energia-trantzisioa, betiere bideragarritasun ekonomikoari lotuta eta ingurumen-inpaktutik eratorritako gizarte presioak baldintzatuta. Agertoki honetan hidrogenoaren erabilera bestelako energia-eramaile iraunkor gisa azaleratzen da, ura edo biomasa moduko lehengai berriztagarrietatik lortzen denean.

Hidrogenoa lortzeko prozesuen artean, biomasak arreta berezia bereganatu du haren erabilgarritasunagatik eta berriztagarritasunagatik. Biomasatik H2-a lortzeko zeharkako bideek gero eta jakinmin handiagoa eragin dute, esate baterako, biomasatik eratorritako oxigenatuen bidezko lurrun erreformatzea. Horien artean, bio-oilak, biomasaren pirolisi azkarraren produktu likidoak, interes handia dauka, beste bideek baino bideragarritasun ekonomiko handiagoa izan baitezake. Izan ere, bio-oilak ekoizpen deslokalizatua izan dezake biomasaren ekoizpen fokoetan (basoetatik gertu egon daiteke) eta ondoren unitate zentralizatuetara garraia daiteke eskala handian balioztatzeko.

Dena dela, bio-oilaren erreformatzean kontuan hartu beharra dago lignina pirolitikoak sortzen dituen arazoak. Hain zuzen ere, bio-oila lurruntzeko berotzen denean, konposatu batzuek berpolimerizatzen dute eta solido bihurtzen dira. Horrela, elikatze zein operatibitate arazoak sortzen dituzte, erreformatzearen katalizatzailearen desaktibazioa areagotzeaz batera. Arazo horiei irtenbidea emateko hainbat estrategia proposatu da, aurretratamendu edo diluziorik gabeko bio-oilaren (hots, bio-oil osoaren) balioztatzea lortze aldera. Hala eta guztiz ere, konponbide zuzena eta eskalagarria lortzeke dagoen erronka da. Horretaz gain, katalizatzaile aktibo, selektibo eta iraunkorren garapena funtsezkoa da prozesu honen bideragarritasuna lortzeko. Lan honetan, bibliografian dauden bio-oilaren erreformatzearen estrategia nagusiak aurkezten dira, ikerketa taldearen emaitza originalak nabarmenduz.

Lehenengo aro batean, bio-oilaren tratamenduaren aurrerapenak frakzio urtsuaren eskutik etorri dira, konposatu polimerizagarrien kopurua bio-oil osoan baino askoz txikiagoa delako eta, horrela, oztopo gutxiago sortzen dituelako bio-oil osoaren erreformatzean baino.

Bestetik, katalizatzaileen alderaketa eta bio-oilaren erreaktibitateari buruzko ikerketa lan gehienak egin dira bio-oila osatzen duten konposatu ereduekin. Haien artean azido azetikoa da ikertuena, Ni katalizatzaileak erabiliz (La eta Co sustatzaile moduan erabiliz). Katalizatzaile mota horrekin beste hainbat konposatu ereduren erreformatzea ikertu da, hala nola, azetona eta fenolarena, azetolarena, toluenoarena eta zukrosarena (tar-a simulatuz), beteak beste.

Egileek aipatutako arazoak (operatibitate eta desaktibazioa) nabarmenki moteltzea lortu dute, bi etapako erreakzio-sistema erabiliz. Lehenengo etapa termikoan bio-oila berotzen da 500 ºC-ra, non ligninina pirolitikoaren bereizketa lortzen den. Bigarren etapa katalitikoan, ohantze fluidizatua erabiltzen da. Frogatu da sistema honi esker asko moteltzen dela kokez gaineztatutako partikulek eragindako katalizatzailearen desaktibazioa eta ohantzearen blokeoa. Hain zuzen ere, bi etapako sisteman (termikoa + katalitikoa) eta ohantze fluidizatuan Ni/La2O3-αAl2O3 katalizatzailea erabiliz, % 95eko H2 etekina lortu da, bai frakzio urtsuarekin zein bio-oil osoarekin. Hala ere, katalizatzaileak egonkortasun handiagoa erakutsi du frakzio urtsua erabilita, 20 orduan aktibitate jaitsiera txikia jasanez.

Aipatu behar da ere egileek ikertzen jarraitu dutela operazio baldintzen optimizazioan eta prozesuaren areagotzearen gainean, eta emaitza aipagarriak lortu dituztela. Hain zuzen ere, bio-oilaren erreformatzean egindako CO2-aren in situ harrapaketak agerian jarri du ahalmen handiko alternatiba dela purutasun handiko produktu korrontea lortzeko, % 99 H2 selektibitatea lortuz 600 ºC-an eta CO selektibitate oso txikiekin (< 0.1 %). Horrelako emaitzek, CO kontzentrazio txikiak lortuta, hidrogenoaren erabilera erregai piletan errazten dute.

Artikuluaren fitxa

• Aldizkaria: Ekaia
• Zenbakia: Ekaia 32
• Artikuluaren izena: Hidrogeno ekoizpena bio-oilaren erreformatze katalitikoaren bidez
• Laburpena: H₂-aren eskariaren igoerak, petrokimikako lehengai eta erregai garbi gisa erabiltzeko, petrolioaz bestelako lehengaiak jatorri duten prozesuen garapena bultzatu du. Prozesu horien artean, biomasak arreta berezia bereganatu du haren erabilgarritasunagatik eta berriztagarritasunagatik. Biomasatik H₂-a lortzeko zeharkako bideek gero eta jakin-min handiagoa eragin dute, esate baterako, biomasatik eratorritako oxigenatuen bidezko lurrun erreformatzeak. Horien artean, bio-oilak interes handia dauka, beste bideek baino bideragarritasun ekonomiko handiagoa izan baitezake. Izan ere, bio-oilak ekoizpen deslokalizatua izan dezake biomasaren ekoizpen-fokoetan eta ondoren, unitate zentralizatuetara garraia daiteke balioztatzeko. Dena dela, prozesu honetan kontuan hartu beharra dago lignina pirolitikoak sortzen dituen arazoak, zehatzago, erreakzio ekipoan eta katalizatzailean depositatzen den hondakin solidoa bio-oila lurruntzen denean. Arazo hori gainditzeko, beharrezkoa da teknologia eskalagarria. Horretaz gain, katalizatzaile aktibo, selektibo eta iraunkorren garapena funtsezkoa da prozesu honen bideragarritasuna lortzeko. Lan honetan, bibliografian dauden bio-oilaren erreformatzearen estrategia nagusiak aurkezten dira, ikerketa taldearen emaitza originalak nabarmenduz.
• Egileak: Aingeru Remiro, Lide Oar-Arteta, Ana G. Gayubo
• Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
• ISSN: 0214-9001
• Orrialdeak: 35-50
• DOI: 10.1387/ekaia.17272

Egileez: Aingeru Remiro eta Ana G. Gayubo UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko Ingeniaritza Kimikoa Sailekoak dira eta Lide Oar-Arteta Catalysis Engineering/ChemE/TUDelftekoa.

Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.