MATERIAL DE CARBÓN DOPADO PARA LA TRANSFORMACIÓN ELECTROCATALÍTICA DE CO2 EN HIDROCARBUROS, USO DEL MATERIAL Y PROCEDIMIENTO DE TRANSFORMACIÓN UTILIZANDO EL MATERIAL.

MATERIAL DE CARBÓN DOPADO PARA LA TRANSFORMACIÓN ELECTRO CATALÍTICA DE COz EN HIDROCARBUROS, USOS DEL MATERIAL Y PROCEDIMIENTO DE TRANSFORMACIÓN UTILIZANDO EL MATERIAL 5 CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se encuadra en el campo técnico de las tecnologías de captación de COz atmosférico, particularmente, en el sector de los sistemas de reducción electro catalítica del COz a hidrocarburos en los que se utilizan electrodos. 10 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El aumento de las emisiones atmosféricas de COz es uno de los problemas medioambientales más importantes a los que se está enfrentando el desarrollo sostenible de nuestro planeta, siendo este aumento uno de los principales responsables del cambio climático global. En particular, son aquellas emisiones provenientes del uso 15 energético de los combustibles fósiles, las que generan un mayor impacto en dicho aumento, ya que, constituyen un incremento neto y continuo en el ciclo natural de carbono troposférico. Existen varias estrategias para tratar de abordar este problema, siendo la reducción electro-catalítica del COz a hidrocarburos, utilizando energías renovables, uno de los grandes desafíos para la investigación (AT. Bell, B.e. Gates, D. 2 O Ray, Basic Research Needs: Catalysis for Energy, U.S. Department of Energy Pub, Washington, OC, 2007) . En esta reacción, los electrodos estudiados han sido principalmente láminas metálicas, materiales con un área superficial muy pequeña 10 que unido a la baja eficiencia Faradáica del proceso, hace necesario el desarrollo de nuevos electro-catalizadores que den un nuevo impulso a esta atractiva vía de 25 disminución de los niveles atmosféricos de COz. La reducción electroquímica directa del COz en disolución acuosa ha sido estudiada principalmente sobre electrodos metálicos en forma de láminas, tanto a presión atmosférica como a presiones superiores. Hasta ahora, los electrodos de cobre han sido los más estudiados, mostrándose bastante exclusivos en la activación del COz aunque la 3 O eficiencia Faradáica es todavía pequeña: es decir, el resultado de la disociación de HzO a Hz. Se han llevado a cabo varios estudios con objeto de elucidar el mecanismo de electro-reducción de COz a hidrocarburos, los cuales, parecen apuntar hacia un mecanismo de Fischer-Tropsch de propagación de cadena (H. Shibata, J.A. Moulijn, G. Mul, Enabling electrocatalytic Fischer-Tropsch synthesis from carbon dioxide over 35 copper-based electrodes, Catal. Lett. 123:186-192, 2008) . Los productos obtenidos en la reducción electroquímica directa del COz varían en general entre hidrocarburos de uno a seis átomos de carbono, habiéndose obtenido también productos oxigenados como alcoholes o ácidos carboxílicos, con longitudes de cadena del mismo orden anteriormente comentado. 5 La presión a la cual se lleva a cabo el proceso es un factor muy importante, ya que, a mayor presión la concentración de COz disuelto en agua también es mayor, y la cantidad de productos obtenidos por unidad de tiempo aumenta. No obstante, los procesos llevados a cabo a presiones superiores a la atmosférica son más caros y técnicamente más complejos. 10 Algunos materiales de carbón se han aplicado con éxito en procesos electroquímicos de almacenamiento de energía, donde la textura porosa, superficie específica y química superficial de estos materiales juega un papel importante en tales procesos. Por extensión, la aplicación de los materiales carbón en procesos de reducción electro catalítica de COz es una opción plausible, la cual ha sido ensayada con catalizadores de 15 platino soportados sobre nanotubos de carbón o utilizando catalizadores de Pt soportados sobre telas de carbón o negros de carbón eG. Centi, S. Perathoner, G. Wine, M. Gangeri, Electrocatalytic conversion of COz to long carbon-chain hydrocarbons, Green Chemistr y 9:671-678, 2007) obteniéndose una amplia distribución de productos de hasta nueve átomos de carbono. Sin embargo, en todos estos casos el platino, metal 2 O muy costoso, ha sido depositado sobre el soporte carbonoso mediante impregnación, no habiéndose descrito en qué extensión se produce la lixiviación del metal durante el proceso electro-catalítico. A la vista de lo anterior, había una necesidad de idear un sistema electro-catalítico que permitiera evitar los inconvenientes de los sistemas anteriormente descritos para 25 reducir las emisiones atmosféricas de COz mediante su transformación en hidrocarburos. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene por objeto superar los inconvenientes del estado de la técnica 3 O más arriba detallados, mediante un material de carbón dopado para la transformación electro-catalítica de COz en hidrocarburos, usos del material en la transformación electro-catalítica de COz en hidrocarburos, y procedimiento de transformación electro catalítica de COz en hidrocarburos utilizando el material. El material para la transformación electro-catalítica de COz en hidrocarburos que 35 comprende un soporte carbonoso y un catalizador metálico soportado en el soporte carbonoso, se caracteriza porque el soporte carbonoso es un gel de carbón dopado con el catalizador metálico, que comprende una matriz carbonosa a la que está anclado el catalizador metálico; y porque el catalizador metálico es níquel. Una de las grandes ventajas que presentan estos materiales respecto al resto de materiales de carbón es que, debido a su procedimiento de preparación, se pueden 5 obtener directamente como láminas, es decir, la forma óptima y adecuada para su uso como electrodo en un sistema de dos fases. Las láminas de geles de carbón pueden molturarse para obtener un polvo, con el cual se pueden fabricar capas de difusión de gases, que funcionarían también como catalizadores para la electro-reducción del COz en sistemas catalíticos en tres fases: la gas-sólido-líquido. Todos estos geles se caracterizan por tener una elevada área superficial y porosidad, lo que facilita una alta dispersión de los cationes níquel a través del gel, así como la adsorción de reactivos mejorando la eficiencia electro-catalítica frente a las láminas metálicas. Finalmente, y también debido al proceso de preparación de los geles, la mayor parte de los cationes de níquel van a estar anclados a la 15 estructura del gel, lo que minimiza la lixiviación de los mismos, ya este respecto, estos materiales son ventajosos frente que aquellos electro-catalizadors preparados mediante impregnación de la correspondiente fase metálica. Los materiales conforme a la presente invención que comprenden geles de carbón, como por ejemplo aerogeles y xerogeles de carbón, dopados con níquel se pueden usar 20 como electro-catalizadores para la transformación de COz en hidrocarburos, a presión atmosférica y por vía electro-catalítica en dos fases: sólida (electrodos) y líquida (electrolito) . Los geles de carbón utilizados se pueden obtener de forma en sí convencional mezclando, por ejemplo, las proporciones adecuadas de un compuesto de níquel, 25 resorcinol, formaldehido yagua. Esta mezcla homogénea se introduce en moldes de vidrio y se somete a un proceso de curación. Posteriormente, el sólido obtenido (gel orgánico dopado con níquel) se seca térmicamente en atmósfera de aire para obtener un xerogel, o con C02 supercrítico para obtener un aerogel, y finalmente, se trata en atmósfera inerte a alta temperatura en un proceso de carbonización, obteniéndose así 3 O un gel de carbón dopado con níquel. Cuando los geles orgánicos dopados con níquel se secan con COz supercrítico, en vez de térmicamente, el proceso resulta en aerogeles y favorece la presencia de un mayor volumen de meso poros y macroporos en los mismos. Asimismo, los geles orgánicos dopados con níquel pueden ser activados mediante procesos de activación química con hidróxidos alcalinos o ácido fosfórico 35 incrementándose el volumen de poros y jo el área superficial de los mismos, o a procesos de activación física con COz, vapor de agua, aire u oxígeno diluido,

incrementando el volumen de poros y/o el área superficial de los...

5 10 1. Material para la transformación electro-catalítica de CO, en hidrocarburos que comprende un soporte carbonoso y un catalizador metálico anclado en el soporte carbonoso, en la que el soporte carbonoso es un gel de carbón dopado con el catalizador metálico, que comprende una matriz carbonosa a la que está anclado el catalizador metálico, caracterizado porque el catalizador metálico es níquel y el gel de carbón dopado es un gel de carbón activado por un proceso de activación física con oxigeno diluido. 2. Material, según la reivindicación 1, caracterizado porque el gel de carbón dopado es un aerogel carbonizado. 15 3. Material, según la reivindicación 1, caracterizado porque el gel de carbón dopado es un xerogel carbonizado. 4. Material, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque es una lámina que comprende el gel de carbón dopado carbonizado. 2 O 5. Material, según la reivindicación 4 caracterizado porque está comprendido por al menos una capa de difusión de gases preparada a partir de un polvo obtenido por molturación de una lámina obtenida del gel de carbón dopado carbonizado. 25 6. Electrodo para la transformación electro-catalítica de CO, a hidrocarburos, caracterizado porque comprende el material definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5. 30 7. Electrodo, según la reivindicación 6, caracterizado porque es un cátodo al menos parcialmente formado por dicho material. 8. Electrodo, según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende un cátodo al menos parcialmente recubierto de dicho material. 35 9. Catalizador para la transformación electro-catalítica de CO, a hidrocarburos, caracterizado porque comprende el material definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5. 5 10. Uso del material definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en la transformación electro-catalítica de CO, en hidrocarburos, caracterizado porque el material se usa como al menos parte de un electrodo para dicha transformación. 11. Uso, según la reivindicación 10, caracterizado porque el material se usa como cátodo al menos parcialmente formado por dicho material. 10 12. Uso, según la reivindicación 10, caracterizado porque el material se recubrir al menos parcialmente un cátodo de otro material. usa para 15 13. Uso del material definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en la transformación electro-catalítica de CO, en hidrocarburos, caracterizado porque el material se usa como catalizador para dicha transformación. 14. Procedimiento para la transformación electro-catalítica de CO, en hidrocarburos, caracterizado porque comprende poner en contacto el CO, con un electrodo que comprende el material definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5. 2 O 15. Procedimiento, según la reivindicación 14, caracterizado porque el electrodo es un cátodo al menos parcialmente formado por dicho material. 25 16. Procedimiento, según la reivindicación 14, caracterizado porque la transformación electro-catalítica de CO, en hidrocarburos se realiza en un sistema catalítico que comprende una fase sólida y una líquida. 30 17. Procedimiento para la transformación electro-catalítica de CO, en hidrocarburos, caracterizado porque comprende poner en contacto el CO, con un electro-catalizador que comprende el material definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5. 18. Procedimiento, según la reivindicación 15, caracterizado porque la transformación electro-catalítica de CO, en hidrocarburos se realiza en un sistema catalítico gas-sólidolíquido.