Ξηρή αναμόρφωση βιοαέριου με τη χρήση περοβσκιτών

Abstract

Στη σημερινή εποχή, παρά τα αλματώδη βήματα που πραγματοποίησε ο άνθρωπος στην επιστήμη και στην τεχνολογία εξακολουθεί και σήμερα να ταλανίζεται από σοβαρές απειλές όπως την κλιματική αλλαγή και την εξάντληση των μη ανανεώσιμων ενεργειακών αποθεμάτων. Εκείνο όμως, που προσλαμβάνει ήδη ανησυχητικές διαστάσεις είναι η ταχεία πληθυσμιακή ανάπτυξη τα οποία αποτελεί ένα ξεκάθαρο παράδειγμα της ανάγκης ανάπτυξης και χρήσης βιώσιμων και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ). Από τις πιο σημαντικές ΑΠΕ θεωρείται η βιομάζα καθώς αντίθετα με τα ορυκτά καύσιμα δεν συνεισφέρει επιβαρυντικά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου καθώς το ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα είναι μηδενικό. Από την βιομάζα όμως μπορεί να παραχθεί το βιοαέριο το οποίο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για παραγωγή ενέργειας. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται μελέτη πάνω στην αντίδραση της ξηρής αναμόρφωσης του βιοαερίου (BDR), δηλαδή την μετατροπή του βιοαερίου που αποτελείται κυρίως από τα δύο πιο επιβλαβή αέρια του θερμοκήπιού το μεθάνιο (CH4) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) σε συνθετικό αέριο (syngas), το οποίο με την σειρά του μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή χρήσιμων χημικών στην Fischer-Tropsch διεργασία ή ως πηγή υδρογόνου σε κυψέλες καυσίμου. Για την παρούσα διπλωματική παρασκευάστηκαν καταλύτες με τη χρήση νικελίου (Ni) ως ενεργή μεταλλική φάση, καθώς αυτή εμφανίζει πολύ καλή καταλυτική δραστικότητα. Η σύνθεση των καταλυτών πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της μεθόδου citrate sol-gel, όπου παρασκευάστηκαν οι καταλύτες με δομή περοβσκίτη τύπου LaNiO3. Οι καταλύτες δοκιμάστηκαν στην αντίδραση της ξηρής αναμόρφωσης του βιοαερίου. Οι δοκιμές της καταλυτικής σταθερότητας πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία 750oC, σε WHSV 200.000 mL g-1 h-1 για 7 ώρες ενώ οι δοκιμές καταλυτικής δραστικότητας σε θερμοκρασίες από 600-750℃. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η σειρά δραστικότητας είναι LaNiO3 > La0.8Pr0.2NiO3 > La0.8Sm0.2NiO3 > La0.8Ce0.2NiO3. Όσον αφορά τα πειράματα καταλυτικής σταθερότητας, σε διάστημα 7 ωρών ο εμφανώς καλύτερος καταλύτης με την χαμηλότερη μείωση μετατροπής (XCO2) ήταν ο La0.8Sm0.2NiO3 με μείωση μόλις 4%. Τα πειραματικά αποτελέσματα σχετικά με την καταλυτική σταθερότητα ήταν σε σειρά αύξουσας σταθερότητας La0.8Sm0.2NiO3 > LaNiO3 > La0.8Pr0.2NiO3 > La0.8Ce0.2NiO3. Τέλος, όσον αφορά τον λόγο H2/CO, βρέθηκε να είναι χαμηλότερος από τη μονάδα κατά τη διάρκεια της αντίδρασης σε όλες τις περιπτώσεις.