Hydrogen production by biomass pyrolysis applied to the textile industry

Abstract

El rápido ritmo de producción de la industria de la moda se ha convertido en una causa importante de contaminación ambiental. En contraparte, la producción ecológica de hidrógeno se ha presentado como una solución prometedora, en donde el pirólisis de biomasa a partir de residuos textiles es un enfoque sostenible para abordar este doble reto. Sin embargo, hay varios aspectos aun a analizar desde el punto de vista científico, como son las emisiones de óxidos de carbono (principales causantes del calentamiento global) generados en este tipo de procesos térmicos. Este estudio explora el potencial del circonato de sodio (Na2ZrO3) como material bifuncional, catalizador y sorbente, para la producción de hidrógeno a partir de procesos pirolíticos de biomasa. Se analizó la descomposición térmica y pirólisis de biomasa y los gases que se producen, usando glucosa y la celulosa como modelos ideales dinámicos, así como también se analizaron algodón virgen, algodón blanqueado y poliéster como fibras para simular residuos textiles. Inicialmente el Na2ZrO3 fue sintetizado mediante una reacción de descomposición de acetatos y caracterizado estructural y microestructuralmente. Posteriormente, se realizaron varios experimentos dentro del contexto de pirólisis de biomasa, incluyendo análisis termogravimétrico y el uso de un reactor catalítico de flujo acoplado a un cromatógrafo de gases y a un espectrofotómetro infrarrojo (FTIR con celda de gases). Inicialmente, se analizó la relación Na2ZrO3: Biomasa, en donde las biomasa y modelos usados fueron glucosa y celulosa, los resultados demostraron que una proporción molar de 1:7 era óptima, produciendo el mayor porcentaje de producción de H2 por pirólisis. Las producciones de H2 obtenidas fueron de 107.5 mL/ g glucosa y 142.0 mL/g celulosa, además de observarse una reducción en las emisiones de CO2 y CH4, lo anterior en comparación con el proceso pirolítico de las mismas biomasas en ausencia del cerámico (47,4 mL/g glucosa y 131 mL/g celulosa). Cabe destacar que la temperatura de pirólisis necesaria para la producción de H2 se redujo aproximadamente 200 °C al adicionar el cerámico. Posteriormente, al analizar las fibras textiles, el poliéster fue la biomasa con un rendimiento máximo de producción de H2 de 306,6 mL/g poliéster, seguido del algodón blanqueado (69,7 mL/g algodón blanqueado). El Na2ZrO3 también demostró su potencial como material bifuncional para la producción de hidrógeno mediante sorción de óxidos de carbono en la pirólisis de las diferentes biomasas. Esta investigación demuestra el potencial del Na2ZrO3 como material bifuncional para la producción sostenible de hidrógeno actuando como catalizador y captor de óxidos de carbono en la pirólisis de biomasa de residuos textiles. Estos hallazgos establecen una base sólida para futuras investigaciones.