Red Local del Hidrógeno

 

Motivación y Antecedentes

 

A pesar de la actual crisis económica, se prevé que el consumo de petróleo y sus derivados crezca hasta un 60% en el año 2025. El primer embargo petrolífero del año 1970 originó un gran interés en la búsqueda de combustibles alternativos, este interés sufre altibajos debido a las fluctuaciones del precio del crudo. Pero la incertidumbre política en Oriente Medio, así como los procesos especulativos y fundamentalmente, las nuevas regulaciones medioambientales han dado lugar a que hoy en día haya un interés prioritario en diversificar las fuentes de energías, y que estas sean lo más limpias posibles, especialmente en el sector del transporte.

 

El hidrógeno es un vector energético que puede obtenerse a partir de diversas fuentes alternativas y eso le convierte en un combustible universal. Hoy en día se está realizando un gran esfuerzo en desarrollar tecnologías para la producción, almacenaje y uso del hidrógeno, con el objeto de que el coste se aproxime a 2-3 €/kg (equivalente a 3,8 litros de gasolina). Pero no sólo se trata de obtener hidrógeno, sino también que la corriente tenga un alto grado de pureza (niveles de CO<10 ppm y bajo nivel de azufre) para su utilización en celdas combustibles sin que se produzca el deterioro de los electrodos. El reformado de metano es la principal vía para la producción comercial de hidrógeno, junto con otros procesos como el reformado de alcoholes o la pirólisis de hidrocarburos. Las técnicas más usadas son el reformado en fase vapor (SR), la oxidación parcial (POX) y reformado autotérmico (ATR). El primer proceso produce H2, CO2 y CO; no requiere O2 y opera a temperaturas más altas que en POX y ATR dando lugar a razones H2/CO elevadas. No obstante los tres procesos producen cantidades apreciables de CO; lo que implica el uso de uno o más reactores para mejorar la producción de hidrógeno a través de la reacción de desplazamiento por agua (WGS). Otras vías de interés son la producción de hidrógeno por gasificación de biomasa, la obtención de una manera sostenible de biohidrógeno como el hidrógeno fotolítico a partir de agua usando algas verdes o cianobacterias o el denominado hidrógeno fermentativo producido en la digestión anaerobia de materia orgánica. Existen otros métodos alternativos como la vía electrolítica, el reformado de soluciones acuosas de glucosa en agua o el reformado de moléculas con alto contenido en hidrogeno como el amoníaco.

 

Los procesos anteriormente citados requieren de la participación de investigadores de muy diversos campos. En el caso de la Universidad de Málaga destaca la existencia de dos grupos de investigación (FQM 0155 y RNM 111) con experiencia en la obtención de hidrógeno por reformado de propano o etanol en fase de vapor usando catalizadores de aleaciones de Ni-Co soportados en circonas estabilizadas con óxido de itrio, o con catalizadores bimetálicos Pd-Cu soportados sobre γ-alúmina.
O con experiencia en el reformado oxidativo en fase de vapor de metanol (OSRM) usando catalizadores nanoporosos y en la posterior purificación de las corrientes de hidrógeno mediante la oxidación preferencial del CO (PROX). También destaca la probada experiencia en biocombustibles que son fuente para la obtención de biohidrógeno. Esta experiencia está avalada por numerosos trabajos publicados en revistas de alto impacto [ver documentación de grupo] y financiados por dos proyectos nacionales, que próximamente cristalizarán en la presentación de una patente. Asimismo el tercer grupo (FQM-258) presenta una dilatada experiencia en el estudio de membranas en procesos de separación y purificación  que representan unas de las posibilidades de más futuro en la tecnología de purificación de hidrógeno.

 

Esta Red Temática Local abarcará aspectos muy aplicados donde se cree necesaria la colaboración mutua que se extiende a la colaboración internacional que presentan los grupos participantes con las Universidades de Génova, Venecia, Nápoles y el Politécnico de Milán (Italia), la Universidad Federal de Ceará (Brasil) y las de Montpellier y Caen (Francia) y el Institut für Chemische Verfaherstechnik, Clausthal (Alemania). La red cuenta como base no sólo la experiencia de los grupos participantes, sino los proyectos de investigación financiados por el Plan Nacional de I+D, proyectos de Excelencia de la Junta de Andalucía, así como proyectos europeos.  La Red Temática Local no sólo pretende aunar esfuerzos e interaccionar con empresas interesadas, así como participar en los foros más relevantes, sino también impartir cursos de especialización dirigidos a alumnos de postgrado y a profesionales del sector.

 

Objetivos

 

 Esta Red Temática Local tiene varios objetivos que se resumen a continuación:

 

1.- Establecer un foro que permita aportar información relevante a los grupos participantes, habilitando contactos con otras redes u organismos que se dedican al fomento de las tecnologías que implican al hidrógeno, tal como es el caso de la Sociedad Española del Hidrógeno.

 

2.- Dar a conocer el esfuerzo científico tecnológico que realizan los grupos participantes de la Universidad de Málaga en todo lo relacionado con el hidrógeno, de tal manera que se asegure el éxito de la peticiones de proyectos tantos a nivel autonómico, nacional como europeo.

 

3.- Fomento de las colaboraciones con grupos internacionales de prestigio que aseguren una investigación de excelencia.

 

4.- Establecimiento de contactos con empresas interesadas para la transferencia de tecnología derivadas de las investigaciones en curso.

 

5.- Apoyo a la formación de estudiantes de postgrado mediante la realización de cursos de especialización ad hoc.

 

En resumen, se trata de potenciar y mostrar al mundo científico-tecnológico y empresarial de los avances que se desarrollan en el campo del hidrógeno en la UMA. Facilitando y optimizando al acceso a fondos para investigar y desarrollar mediante la difusión de todas las actividades que se realizan en la UMA.

 

Relevancia y necesidad de su creación

 

Dado el prometedor presente y futuro de las tecnologías que requieren del hidrógeno como vector energético. La relevancia de esta Red Temática Local para los grupos participantes está en la promoción de las investigaciones en curso, ampliando las posibilidades de estos grupos de investigación a nivel internacional, ya que hasta la fecha los grupos solicitantes han dado prueba de su alto nivel científico-tecnológico. Dicha promoción pude dar lugar a un mayor rendimiento no sólo científico, sino también docente.

 

La Red Temática Local será un instrumento de contacto con empresas interesadas, ya que esta Red permitirá la presencia de los investigadores de la UMA en los foros más destacados en el campo del hidrógeno. Existen redes a nivel autonómico y nacional dedicadas a las tecnologías del hidrógeno y la creación de la Red Temática Local permitiría a la UMA la incorporación a dichas redes, que son de gran interés como espacios de contacto con empresas interesadas. La Red Temática Local es la plataforma más sencilla y económica para difundir las potencialidades de los grupos de la UMA solicitantes, que en proyectos relacionados con la temática en cuestión ya han obtenido más 500.000 €, así como de las peticiones que hay en curso.

 

 

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Trabajos recientes o en curso relacionados con el Hidrógeno

 

 
 

 

MÁSTER en Química Avanzada.
Preparación y Caracterización de Materiales

CONFERENCIA

Aromatización de metano sobre zeolitas impregnadas con Mo


Dra. Selene Hernández Morejudo

Universidad de Oslo



MIÉRCOLES 13 DE NOVIEMBRE A LAS 17:30 H.

AULA Q4

FACULTAD DE CIENCIAS



 

 

 

 

MOF/GO composites: Exploring the concept of new separation media

Teresa J. Bandosz, Department of Chemistry, The City College of New York

 

Metal Organic Frameworks  (MOF) and graphite oxide (GO) are materials, which have recently gained a considerable attention of scientists. While the former exhibit well-defined crystallographic structure and developed porosity, the latter are the precursors of graphene and, owing to the easiness of their surface modification, they are used in various composite structures. Even though MOFs are highly porous, the dispersion forces governing adsorption are rather weak when adsorption of small molecules is a target. This directed our attention to building the MOF/GO composites where MOF components would provide porosity and unsaturated metal sites and GO would increase the dispersive forces owing to the dense array of carbon atoms. The composites addressed in this presentation consist of GO, either as received or modified with amines and zinc- and copper-based MOF. They were used as adsorbents of toxic gases such as NH3, H2S, and NO2. CO2 capture at high pressure was also tested on these materials. The results showed the superior performance of the composites over the parent MOF in terms of the amount adsorbed, the heat of adsorption, and adsorption selectivity. The enhanced performance is linked to the formation of new porosity at the interface between MOF and GO and to an increased level of surface heterogeneity.  The functional groups of GO, either oxygen or nitrogen containing, are involved in the chemical bonds with MOF units.  This increases the porosity in very small pores, similar in size to target molecules, and provides new reactive centers. While the structure of the composites collapses as a result of reactive adsorption of toxic gases, the CO2 adsorption performance shows very good cyclibility, easiness of regeneration, and high selectivity over CH4 and N2 .A very important asset of these adsorbents is their good performance as separation media for both, acidic and basic toxic gases.



 

 

 

 

 

 

 

 

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Enrique Rodríguez Castellón ha sido elegido Vocal de la Asociación Española de Pilas de Combustible (APPICE)

En la Junta General de APPICE celebrada en Madrid el 22 de enero de 2013, el Prof. Enrique Rodríguez Castellón, miembro de la Red Local del Hidrógeno, ha sido elegido Vocal de la Junta de Gobierno.

 

 

 

 


 

Red Local del Hidrógeno
Vicerrectorado de Investigación

CONFERENCIA

NUEVAS ALEACIONES METÁLICAS AMORFAS DE
BASE (NiNb)99 (PtXY)1 COMO MATERIAL
ELECTRODICO EN PILAS DE COMBUSTIBLE TIPO,
PEMFC, DMFC Y DEFC.



Prof. Dr. Ángel Rodríguez Pierna

Departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente

Universidad del País Vasco




MARTES, 5 DE ENERO A LAS 12:00 H

AULA M2

FACULTAD DE CIENCIAS



 

 

 

 

Oxidación preferencial de CO (CO-PROX) catalizada con CuO soportado en

CeO2.nanocristalino

 

Ana Arango-Díaz1, Elisa Moretti2, Aldo Talon2, Maurizio Lenarda2, Pedro Núñez3, Jaasiel Marrero-Jerez3, José Jiménez-Jiménez1, Antonio Jiménez-López1, Enrique Rodríguez-Castellón1,*

 

 

1 Departamento de Química Inorgánica, Cristalografía y Mineralogía (Unidad Asociada al ICP-CSIC), Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga, Campus de Teatinos, 29071 Málaga, Spain


2 Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi, Università Ca' Foscari di Venezia, Via Torino 155/b 30172 Mestre-Venezia, Italy.


3 Departamento de Química Inorgánica, Universidad de La Laguna, La Laguna, Tenerife, Spain.

 



RESUMEN: En este trabajo se presentan una serie de catalizadores CuO-CeO2 con distinto contenido en peso de Cu y su comportamiento en la reacción de oxidación preferencial de CO en una corriente de alimentación rica en H2. La CeO2 nanocristalina se ha sintetizado por liofilización obteniéndose un tamaño de cristalito de 9,5 nm. El CuO se ha incorporado a la superficie de la ceria por impregnación húmeda con disoluciones de acetato de Cu(II) y posterior calcinación a 400ºC. Los materiales se han caracterizado utilizando diversas técnicas: DRX, Raman, adsorción-desorción de N2 a -196ºC, TEM, H2-TPR y XPS. Todos los catalizadores han resultado ser muy activos y selectivos en la reacción CO-PROX a baja temperatura, incluso en presencia de H2O y CO2.

ABSTRACT: A series of CuO-CeO2 catalysts with different Cu loadings was prepared and tested for preferential CO oxidation in a H2-rich stream (CO-PROX). Nanocrystalline CeO2 with a regular size of 9.5 nm was prepared by a freeze-drying method, and a water solution of Cu(II) acetate was added to ceria by incipient wetness impregnation and then calcined at 400 ºC. The resulting materials were characterized by XRD, Raman spectroscopy, Adsorption-desorption of N2 at -196 ºC, TEM, H2-TPR and XPS. All the prepared catalysts resulted highly active and selective in the CO-PROX reaction at low temperature, also in presence of CO2 and H2O.

 

 

 

 

EFECTO DE LA MODIFICACIÓN CON DTA+Cl- DE MEMBRANAS NAFION EN PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS Y ELÉCTRICOS

 

Mª del Valle Martínez de Yuso1, Ana Arango2, Mª Teresa Cuberes3, Virginia Romero1, Luisa Neves4, Isabel Coelhoso4, Joao G. Crespo4, Enrique Rodríguez Castellón2, Juana Benavente1

 

 

1 Dpto. Física Aplicada I, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga, 29071 Málaga, España


2 Dpto. Química Inorgánica, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga, 29071 Málaga, España


3 Instituto de Nanotecnología y Materiales Moleculares, UCLM, Almadén, España


4 REQUIMTE/CQFB, FCT, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal          

 



RESUMEN: Se analiza el efecto de la modificación de la membrana Nafion por incorporación del catión DTA+ en relación a: i) el recubrimiento de la superficie, para lo que se han utilizado distintas técnicas (AFM, XPS y medidas del ángulo de contacto), que permiten determinar cambios en la rugosidad, naturaleza química y carácter hidrofóbico; ii) comportamiento térmico de las muestras mediante curvas de TG-DSC; iii) valores de parámetros eléctrico (resistencia eléctrica y capacidad) de muestras secas a dos tiempos de contacto membrana-Nafion/DTACl distintos (1 h y 19 h),  los cuales se han determinado a partir de los diagramas de impedancias y utilizando circuitos equivalentes como modelos. También se consideran posibles efectos superficiales como resultado de  medidas con disolución de DTACl o en condiciones ácidas (HCl), en este caso analizadas por XPS.

ABSTRACT: Nafion membrane modification due to the incorporation of the Ionic Liquid (IL) cation DTA+ is considered by analyzing: i) the surface coverage, which was determined by different techniques (AFM, XPS and contact angle measurements) which permit us to obtain changes in the membrane surface roughness, chemical nature and hydrophobic character; ii) thermal behaviour of the studied samples determined by TG-DSC curves; iii) electrical parameters of dry samples (electrical resistance and capacitance) after two different Nafion-membrane/DTACl different (1 h and 19 h), which were determined  from the analysis of the impedance curves by using equivalent circuits as models. Possible surface/interface effects due to measurements carried out with DTACl-aqueous solution or under acidic conditions (HCl solutions), being these latter analyzed by XPS.

 

 

 

Influence of synthesis parameters on the performance of CeO2-CuO and CeO2-ZrO2-CuO systems in the catalytic oxidation of CO in excess of hydrogen

Applied Catalysis B: Environmental, In Press, Accepted Manuscript, Available online 22 October 2012

Elisa Moretti, Maurizio Lenarda, Piero Riello, Loretta Storaro, Aldo Talon, Romana Frattini, Alvaro Reyes-Carmona, Antonio Jiménez-López, Enrique Rodríguez-Castellón

Ce-Cu and Ce-Zr-Cu oxide systems with a flower-like morphology were prepared by slow co-precipitation in the absence of any structure directing agent. For the sake of comparison, Ce-Cu and Ce-Zr-Cu oxide samples were also prepared by a classic co-precipitation method. All the samples were calcined in air flow at 650 C. The materials were characterized by SEM and TEM microscopy, quantitative X-Ray diffraction, N2 physisorption, H2-TPR, O2-TPD and XPS. The catalytic activity of the prepared samples was evaluated in the preferential oxidation of CO in excess of H2 (CO-PROX), in the 40-190°C temperature range.

 

 

 

 

Alkali-promoted V2O5 catalysts for the partial oxidation of H2S to sulphur

Catalysis Today, 192, (2012) 28-35

M.D. Soriano, J.M. López Nieto, F. Ivars, P. Concepción, E. Rodríguez-Castellón.

 

 

Present paper describes the influence of the incorporation of alkali metal cations (AM=Li, Na, K, Cs; and an AM/V ratio of 0.04) and Na-content (Na/V ratio of 0.02–0.30) in alkali metal promoted V2O5catalyst on both the catalyst structure and the catalytic performance in H2S partial oxidation reactions. The catalytic activity depends on the alkali metal and the amount of alkali metal added, although Na-containing catalysts seem to be the more active ones. However, selectivity to sulphur higher than 98% is achieved in the main of catalysts when working at reaction temperature lower than 220°C. According to the characterization results of used catalysts, V4O9 is selectively formed during the catalytic tests on catalysts presenting V2O5 crystallites. In catalysts with Na/V ratios higher than 0.04, V4O9 and Na0.33V2O5 are observed, the presence of Na0.33V2O5 increasing when increasing the Na/V ratio. Accordingly, V4O9 and Na0.33V2O5 can be proposed as the active and selective crystalline phase in Na-containing catalysts. The role of the presence of V4+-O–V5+ pairs in partial oxidation of H2S is also discussed.

 

 

 

 

Pr-doped ceria nanoparticles as intermediate temperature ionic conductors

International Journal of Hydrogen Energy, 36 (2011) 10981-10990

Idoia Ruiz de Larramendi, Nagore Ortiz-Vitoriano, Begoña Acebedo, Dorleta Jimenez de Aberasturi, Izaskun Gil de Muro, Ana Arango, Enrique Rodríguez Castellón, Jose Ignacio Ruiz de Larramendi, Teofilo Rojo

 

One of the most important challenges for further development of solid oxide fuel cells is to develop new electrolytes which operate at intermediate temperatures. In this sense, the Ce0.8Pr0.2O2 material has been synthesized for the first time using polyol-mediated synthesis route, obtaining well crystallized nanoparticles with a particle size of 2–3 nm. In order to study the thermomechanical properties of the sample, dilatometric measurements have been carried out. The Ce0.8Pr0.2O2 nanostructured sample exhibits a thermal expansion coefficient of 22.1×10-6K-1, making this material one of the first electrolytes compatible with cobaltites and double perovskites, the most promising cathodes for these devices. The electrochemical behavior of these nanoparticles has been studied and the influence of the particle size on the material properties has been also analyzed. The nanostructured electrolyte presents bulk conductivity much higher than microstructured samples, giving rise to an improvement of the electrolyte performance. Experimental results indicate that Ce0.8Pr0.2O2 nanoparticles exhibit a lot of advantages for their employment as electrolyte material in terms of smaller particle size and better electrochemical performance.

 

 

 

 

CuO/CeO2 supported on Zr doped SBA-15 as catalysts for preferential CO oxidation (CO-PROX)

Journal of Power Sources, 196, (2011) 4382-4387

Álvaro Reyes-Carmona, Ana Arango-Díaz, Elisa Moretti, Aldo Talon, Loretta Storaro, Maurizio Lenarda, Antonio Jiménez-López, Enrique Rodríguez Castellón

 

The application of the catalytic system CuO/CeO2supported on Zr doped SBA-15 mesoporous silica to the preferential oxidation of CO on hydrogen streams (CO-PROX) suitable to be used to feed PEM fuel cells, has been studied. A loading of 20% (wt.) Ce and 6% (wt.) Cu was found optimal for the CO-PROX reaction. The influence of the presence of CO2 and H2O in the gas feed was also studied in order to simulate the real operation conditions of a PEMFC feed stream generated by alcohol steam reforming. The catalysts were characterized by XRD, adsorption–desorption of N2 at -196 °C, TEM, –H2-TPR and XPS. The system reducibility was found modified by the incorporation of zirconium in the support, with improvement of both the conversion and selectivity of the catalytic system, compared to the same material without Zr.

 

 

 

más trabajos

Grupos de investigación participantes (UMA)

Nuevos Materiales
Inorgánicos.

 

Investigador responsable:
Dr. D. Antonio Jiménez López
web: www.uma.es/nmi

Tecnología de
Procesos Catalíticos.

 

Investigador responsable:
Dr. D. Luis J. Alemany Arrebola
web: en curso - enlace alternativo

Caracterización Eléctrica
y de Transporte en Membranas e Interfases.

 

Investigador responsable:
Dr. Dª Juana Benavente Herrera
web: www.uma.es/cemi

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