Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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Ciência

Reciclagem de poluentes para a produção de combustíveis alternativos

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Pesquisa analisa a desativação de catalisadores de níquel na reforma a seco do metano


O gás hidrogênio ($\rm H_2$) é uma das melhoras alternativas aos combustíveis fósseis já que sua combustão tem como produto final apenas vapor de água. Uma forma promissora de se produzir hidrogênio é a partir do chamado biogás: metano ($\rm CH_4$) e gás carbônico ($\rm CO_2$) originado na fermentação de matéria orgânica em ambientes anaeróbicos, como aterros sanitários.

Um dos processos possíveis para essa transformação é a reforma a seco do metano (DRM, na sigla em inglês), em que se faz com que o $\rm CO_2$ e o $\rm CH_4$ contidos no biogás reajam (na presença de um catalisador) produzindo uma mistura de $\rm H_2$ e monóxido de carbono ($\rm CO$) conhecida como gás de síntese.

Uma pequena fração do biogás já é usada para a produção de energia elétrica através de sua combustão, mas a maior parte é liberada na atmosfera onde contribuem significativamente para o aquecimento global. Assim, através da DRM, é possível se obter, a partir de dois gases do efeito estufa, tanto uma fonte alternativa de energia na forma do hidrogênio quanto importantes precursores para a produção de substâncias mais complexas na indústria química.

Entretanto, para que esta tecnologia seja viável economicamente, ainda é necessário o desenvolvimento de um catalisador ativo e resistente ao depósito de carbono nas condições de operação usadas na reforma do biogás. Por isso, Raimundo C. Rabelo-Neto, do Instituto Nacional de Tecnologia, e colaboradores utilizaram as instalações do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) para estudar o desempenho de catalisadores de níquel suportados em diferentes óxidos durante o processo de reforma a seco do metano.

Os catalisadores foram produzidos a partir de um óxido precursor do tipo perovskita $\rm LaNiO_3$, tanto puro quanto suportado em alumina ($\rm Al_2 O_3$) e em um óxido a base de cério e sílica ($\rm CeO_2-SiO_2$). Através de análises que incluíram difração de raios X in situ realizadas na linha de luz XPD, os pesquisadores monitoraram as mudanças estruturais e de superfície dos catalisadores durante as reações.

O grupo observou que a maior quantidade de carbono se formou no catalisador de $\rm LaNiO_3$ não suportado, enquanto apenas um terço dessa quantidade se depositou sobre o catalisador suportado em $\rm Al_2 O_3$. Por fim, praticamente não houve formação de carbono sobre o catalisador suportado em $\rm CeO_2-SiO_2$. Os pesquisadores atribuíram este efeito à maior capacidade do suporte a base de ceria em armazenar e liberar oxigênio. A maior mobilidade do oxigênio nesse composto favorece o mecanismo de remoção do carbono, o que aumenta a estabilidade do catalisador.

 

Figura 1: Esquema do processo DRM com o catalisadore de níquel suportado em $\rm CeO_2-SiO_2$