Evaluación del material de función dual Ru, Na2O/Al2O3 en la captura y valorización de CO2 en un reactor dual
Authors: Manrique Torres Juan Manuel , Arrieta Pérez Rodinson R. , Farrauto Robert J. , Cobo Martha 
Published: October 2024

Las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero (GEI) se pueden disminuir usando tecnologías limpias y desarrollando políticas públicas. Algunas tecnologías son la captura, almacenamiento (CCS) o uso de carbono (CCU). Las CCU valorizan el dióxido de carbono (CO2) capturado para sintetizar derivados útiles industrialmente, como metano y metanol. El metano es un derivado de alto interés que puede suplir la demanda energética de sectores de la economía difíciles de electrificar y, con una infraestructura existente en la región, se facilita su transporte y distribución. Este gas se puede producir a partir de CO2 e hidrógeno (H2) mediante una reacción altamente exotérmica, por lo que los reactores para llevarla a cabo tienen que asegurar la eliminación de calor. Adicionalmente, la corriente de entrada con CO2 no lo contiene de forma pura para desarrollar la reacción, por lo que requiere su purificación previa. El uso de materiales de función dual (DFM), los cuales constan de una fase que captura de CO2 y una catalítica para la metanación, soluciona las limitaciones expuestas, dado que permite que la reacción se de en dos pasos de manera isotérmica (320 °C), primero capturando el CO2 de la fuente de emisión y luego produciendo metano mediante la adición de H2. Este trabajo estudió la captura de CO2 y su metanación usando un DFM: 5%Ru, 6.1%“Na2O”/Al2O3 en un reactor dual a escala laboratorio. Inicialmente, se realizaron curvas de rompimiento de CO2 usando un gas de entrada (40 mL/min) con concentraciones entre 5 y 20% mol/mol de CO2 en nitrógeno (N2) a presión atmosférica y 320 °C. Se encontró que el tiempo de saturación es inferior a 4 min para las concentraciones y condiciones trabajadas. Los datos experimentales fueron ajustados usando los modelos de adsorción dinámica de Thomas, Adams-Bohart y Yoon-Nelson. Por otra parte, en el estudio de la metanación, se obtuvieron cinéticas de reacción variando las concentraciones de los reactivos a la entrada del sistema. Se hicieron pruebas con concentraciones fijas de CO2 de 4,5 y 12 % mol/mol en N2, variando la concentración de H2 entre 3,5 y 21,28 %. Adicionalmente se hizo una prueba manteniendo la concentración de H2 a 25 % mol/mol variando la concentración de CO2 de 5,31 a 15,52 % mol/mol. La ley de velocidad de metanación evidenció dependencia sólo de la concentración de H2. La dependencia con la concentración de CO2 fue nula. Se identificó que la reacción sigue un comportamiento similar al mecanismo Eley-Rideal, en el que uno de los reactivos se adsorbe en la superficie del DFM (CO2), mientras el otro reactivo (H2) reacciona en fase gaseosa en el sitio catalítico (Ru). El trabajo desarrollado provee las bases técnicas para un posterior escalamiento del proceso desde un Nivel de Alistamiento Tecnológico (TRL) 4 (componentes validados con pruebas a escala laboratorio) a TRL 7 (demostración de sistema en el entorno operativo real), para contribuir a satisfacer la demanda de gas natural en Colombia y cumplir las metas de carbononeutralidad.