Desenvolvimento de catalisadores de ródio e cobalto para a reforma a vapor do etanol

Abstract

O desenvolvimento de tecnologias baseadas no uso de biocombustíveis tem despertado a atenção da comunidade científica, devido à dependência atual dos combustíveis fósseis, que resulta no crescente aumento da poluição atmosférica. Este aumento da poluição está relacionado a problemas de saúde pública e alterações climáticas. Neste contexto, a utilização de células a combustível movidas a hidrogênio é um meio de produzir energia de forma limpa, uma vez que o produto residual do funcionamento da célula é a água. O hidrogênio para ser usado neste equipamento pode obtido a partir da reação de hidrocarbonetos ou álcoois com vapor d’água, no processo de reforma a vapor. Com isso, o presente trabalho está baseado no desenvolvimento de catalisadores destinados à produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do etanol. Enquanto o processo envolvendo hidrocarbonetos contribui para o aumento da poluição atmosférica, já que grandes quantidades de dióxido de carbono são produzidas, a utilização do etanol contribui para a resolução de problemas ambientais, pois ele pode ser produzido a partir da cana-de-açúcar e outros vegetais e o dióxido de carbono produzido é consumido durante o crescimento da biomassa. Neste trabalho, foram sintetizados catalisadores monometálicos e bimetálicos de ródio (0,5%) e cobalto (1%) suportados em óxido de alumínio, óxido de magnésio e em um material misto contendo alumínio e magnésio obtido da decomposição térmica de uma hidrotalcita. As amostras foram caracterizadas por análise química, termogravimetria, análise térmica diferencial, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios X, medida de área superficial específica, redução à temperatura programada e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier de monóxido de carbono quimissorvido. Os catalisadores foram testados na reação de reforma a vapor do etanol a 500, 600 e 700 °C. A utilização da hidrotalcita como precursor gerou catalisadores com elevada área superficial específica, mas com baixa resistência à sinterização e à mudança de fase. Observou-se que os catalisadores contendo ródio foram ativos e seletivos a hidrogênio, enquanto os monometálicos de cobalto não apresentaram atividade, o que foi atribuído à baixa percentagem de cobalto nos sólidos e à formação de espécies com elevada temperatura de redução, como a solução sólida CoO-MgO e a fase espinélio CoAl2O4. Os resultados mostraram que com o aumento da temperatura de reação são obtidas conversões mais elevadas do etanol e a formação de subprodutos como o eteno, o acetaldeído e o éter etílico é inibida. Além disso, as propriedades ácido-base dos suportes mostraram influência na seletividade dos catalisadores aos produtos gasosos, durante a reforma a vapor do etanol. Os catalisadores contendo magnésio apresentaram baixa seletividade a eteno, enquanto aqueles baseados em óxido de alumínio apresentaram elevadas seletividades à este alceno