Control de las emisiones gaseosas de los motores de gas natural sobre espinelas de cobalto: efecto de la protección superficial con óxido de cerio de sistemas cobalto/alúmina

Abstract

[ES] Actualmente, la elevada emisión de gases contaminantes atmosféricos provoca efectos negativos en el medio ambiente a causa del uso continuo de combustibles derivados del petróleo en la industria automovilística. Por ello, existe una necesidad de búsqueda de combustibles alternativos que faciliten el tránsito hacia la implantación de motores más sostenibles. Una de las alternativas impulsadas es el desarrollo de vehículos propulsados por motores de gas natural, considerado como combustible alternativo para el motor encendido por chispa. No obstante, este tipo de motores tiene como desventaja la necesidad de control de las emisiones de metano residual, compuesto de reconocido impacto negativo sobre el efecto invernadero. La oxidación catalítica constituye una estrategia adecuada para convertir el CH4 en CO2 y H2O. Los catalizadores más utilizados a escala comercial son los basados en metales nobles soportados, principalmente con paladio como fase activa. Sin embargo, aunque resulten muy activos, están influenciados por su elevado coste y por su inestabilidad en presencia de agua en la corriente de reacción. Por estos motivos, el diseño de catalizadores alternativos más económicos con un rendimiento adecuado se ha convertido en un reto de interés para la comunidad científica. Como formulación más prometedora se ha optado por el empleo de la selección de óxidos de cobalto con estructura de espinela, como es el caso del Co3O4, soportados sobre Al2O3, que presenta un buen comportamiento para la combustión del metano. Uno de los principales inconvenientes de estos sistemas catalíticos es que el óxido de cobalto puede reaccionar con la alúmina durante la síntesis del catalizador dando lugar a la formación de aluminato de cobalto (CoAl2O4), fase indeseada que inhibe las propiedades catalíticas de estos materiales. La propuesta estudiada en este trabajo para reducir la formación de aluminato de cobalto es el uso de cerio para proteger la superficie de la alúmina antes de la deposición del cobalto. En consecuencia, el principal objetivo establecido en este proyecto es el diseño y evaluación de los catalizadores de Co3O4 soportados sobre Al2O3 de prestaciones mejoradas mediante la introducción de una capa de CeO2 que evite la interacción entre el óxido de cobalto y la alúmina y, por consiguiente, la formación de aluminato de cobalto inactivo. Más específicamente, este trabajo se han preparado y estudiado siete catalizadores con la misma carga de cobalto (30%); cinco de ellos con distintas cargas de cerio sobre la alúmina (comprendidas entre 5-30% de Ce) y dos soportados sobre alúmina y ceria puras. Por último, la determinación de la eficacia de las muestras en la oxidación completa de metano se ha realizado teniendo en cuenta unas condiciones de operación similares a las producidas en el escape de motores de gas natural, en términos de concentración de metano, presencia de oxígeno en exceso y velocidad espacial.