Estado del arte sobre el desarrollo de catalizadores para metanación

Abstract

RESUMEN : El desarrollo de catalizadores ha sido un campo crucial en la investigación científica y tecnológica debido a su papel fundamental en una amplia gama de procesos industriales, ambientales y energéticos. Entre los materiales catalíticos más estudiados se encuentran aquellos basados en níquel (Ni) debido a su alta actividad, disponibilidad y costo relativamente bajo en comparación con metales preciosos como el platino o el paladio. En particular, los catalizadores de níquel-cobalto (Ni-Co) y níquel-cerio (Ni-Ce) han captado una atención considerable debido a sus propiedades únicas y su rendimiento superior en diversas reacciones catalíticas. Los catalizadores Ni-Co son de especial interés debido a la sinergia entre níquel y cobalto, que resulta en una mejora significativa de la actividad catalítica y la estabilidad. Esta combinación ha demostrado ser eficaz en reacciones como la reforma de metano con dióxido de carbono (reforma seca del metano), una reacción crucial para la producción de gas de síntesis (syngas), la reacción de metanación de CO2 y la mitigación de gases de efecto invernadero. La mejora en la actividad catalítica de los sistemas Ni-Co se atribuye a varios factores, incluyendo la modificación de la estructura electrónica del níquel por la incorporación de cobalto, lo que facilita la disociación de moléculas de reactivos y la adsorción de especies intermedias. Además, la presencia de cobalto puede mejorar la resistencia a la sinterización y a la deposición de carbono, dos desafíos comunes en los catalizadores de níquel puro. Los métodos de síntesis y preparación de catalizadores Ni-Co, como la coprecipitación, impregnación y síntesis solvotérmica, juegan un papel crucial en la optimización de sus propiedades catalíticas. Por otro lado, los catalizadores Ni-Ce destacan por la inclusión de cerio, un elemento conocido por sus propiedades redox y su capacidad para almacenar y liberar oxígeno. Esta característica es particularmente beneficiosa en reacciones como la metanación de CO2 y la oxidación de hidrocarburos, donde el cerio puede ayudar a mantener la actividad del níquel y a prevenir la desactivación del catalizador. La capacidad del cerio para alternar entre los estados de oxidación +3 y +4 facilita la eliminación de depósitos de carbono y mejora la estabilidad térmica del catalizador. La interacción entre níquel y cerio también puede conducir a la formación de especies activas en la superficie del catalizador, aumentando la densidad de sitios activos y mejorando la selectividad hacia los productos deseados. Además, la sinergia entre Ni y Ce puede ser ajustada mediante la modificación de la composición y la estructura del catalizador, así como a través del empleo de soportes adecuados como alúmina o sílice. Este documento revisa el estado del arte en el desarrollo de catalizadores Ni-Co y Ni-Ce, abordando aspectos clave como las metodologías de síntesis, caracterización estructural y morfológica, y su desempeño en la metanación de CO2 con el objetivo de proporcionar una visión comprensiva de los avances recientes y las oportunidades emergentes en el diseño de catalizadores basados en níquel.