Síntesis y Estudio Cinético de Catalizadores Basados en Ba-Ru/CeO2 para la Producción de NH3 Renovable a Escala de Laboratorio

Abstract

La síntesis de amoniaco (NH3) es estratégica tanto para la seguridad alimentaria, como para la transición energética, y el proceso Haber-Bosch es hasta el momento su máximo exponente. Sin embargo, se hace necesario suavizar sus condiciones de operación para actualizarlo en el seno del nuevo marco socioeconómico, que requiere disminución de escala, descentralización y compatibilidad con la tecnología de “hidrógeno verde o renovable” y la desfosilización/descarbonización. En este trabajo se abordó la síntesis de catalizadores de tercera generación basados en rutenio (Ru) soportado en ceria (CeO2), junto con la impregnación con un posible promotor electrónico, el bario (Ba): Ba(2 - 15% p/p)-Ru/CeO2. Con el fin de lograr una operación bajo condiciones suaves y compatibles con hidrógeno renovable, se evaluó la velocidad de reacción (R) y la energía de activación aparente (E.) frente a un catalizador de referencia Ba(0% p/p)-Ru/CeO2 y otros de la bibliografía. Los ensayos se realizaron en un reactor de lecho fijo trabajando en régimen diferencial, con velocidad espacial = 36.000 mL·g-1·h-1, 340 - 400 °C, 1 bara, y N2:H2 = 1:3. El caso base con Ba(0%)Ru/CeO2 a 400 ºC resultó en R = 1,85 ± 0,01 mmol_NH3·g-1·h-1 y Ea = 47,52 ± 6,48 kJ·mol-1. La promoción con Ba mostró un óptimo correspondiente al Ba(5%)Ru/CeO2 a 400 ºC, alcanzando R = 2,78 ± 0,48 mmol_NH3·g-1·h-1 y Ea = 37,01 ± 11,73 kJ·mol-1. Cargas más altas de Ba acarrearon una disminución de R y un incremento de E.. Este estudio incluyó una discusión inicial del efecto promotor que puede tener el Ba sobre el catalizador de Ru soportado en CeO2 y, aunque los resultados deben ser corroborados en futuros trabajos, los catalizadores del tipo Ba-Ru/CeO2 tienen potencial para emerger como alternativa progresiva, promocionada por un alcalinotérreo (Ba) con presencia geológica (barita) en Andalucía, España y Europa.