Durabilidad de materiales usados en ciclos termoquímicos para producción de hidrógeno y combustibles solares

Abstract

[spa] La producción de hidrógeno y combustibles solares mediante el uso de procesos termoquímicos solarizados ha registrado recientemente un fuerte desarrollo basado en el uso de óxidos metálicos sometidos a ciclos de reducción y oxidación no estequiométricos. El compuesto que más comúnmente se ha usado para este propósito es el óxido de cerio (IV) o ceria (CeO2). En el presente trabajo se presenta una metodología que recoge el uso de una serie de técnicas y equipos de caracterización, así como de síntesis y preparación del material de ceria, que resultan de gran interés para determinar su durabilidad dependiendo de distintas opciones de conformado, particularmente polvo frente a pellets. El comportamiento químico de los pellets se estudió mediante ensayos de reducción programada de temperatura. Durante estas pruebas, la temperatura de la muestra aumentó de 300 a 1173 K. La reducibilidad del material se evaluó mediante el monitoreo del consumo de H2 en función de la temperatura. Finalmente, se realizaron ciclos redox en un horno vertical con 80 g de CeO2, para la producción de H2 a partir de vapor de agua. Los ensayos mostraron la aparición de dos tipos bien diferenciados de partículas de coloraciones rosa y azul resultado de los distintos niveles de sinterización alcanzados. El estudio recoge las principales propiedades físicas tras su caracterización, así como su grado de reactividad y de producción de vacantes de oxígeno.

[eng] The production of hydrogen and solar fuels through the use of solarized thermochemical processes has recently registered a strong development based on the use of metal oxides subjected to non-stoichiometric reduction and oxidation cycles. The compound that has most commonly been used for this purpose is cerium (IV) oxide or ceria (CeO2). This paper presents a methodology that includes the use of a series of techniques and equipment for characterization, as well as synthesis and preparation of ceria material, which are of great interest to determine its durability depending on different shaping options, in particular powder versus pellets. The chemical behavior of the pellets was studied by means of Thermal Programmable Reduction tests. During these tests, the temperature of the sample increased from 300 to 1173 K. The reducibility of the material was assessed by monitoring H2 consumption as a function of temperature. Finally, redox cycles were carried out in a vertical furnace with 80 g of CeO2, for the production of H2 from water vapor. The tests showed the appearance of two well-differentiated types of pink and blue coloration particles resulting from the different levels of sintering achieved. The study includes the main physical properties after their characterization, as well as their degree of reactivity and production of oxygen vacancies.