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El hidrógeno verde producido a partir de fuentes renovables y limpias ha surgido como una alternativa sostenible a los combustibles fósiles. Actualmente, el hidrógeno se produce a partir del reformado de metano con vapor (48%), de los gases residuales de refinería o plantas químicas (30%), de la gasificación del carbón (18%) y de la electrólisis del agua (3,9%). Sin embargo, con la excepción de la electrólisis del agua cuando la electricidad necesaria es producida por fuentes renovables, estos métodos no se consideran limpios debido a la emisión de gases de efecto invernadero. En julio de 2020, la Comisión Europea adoptó la Estrategia para la Integración del Sistema Energético y la Estrategia del Hidrógeno, con la intención de acelerar la transición hacia un sistema energético más integrado y limpio. En nuestros proyectos anteriores LIGNOVAL y VALORA, desarrollamos diferentes rutas para la valorización de diferentes moléculas plataformas derivadas de la hidrólisis de materiales lignocelulósicos (glucosa, xilosa, ácido levulínico, ácido fórmico, HMF). En esta propuesta, queremos profundizar en el concepto de biorrefinería explorado en esos proyectos, estudiando la conversión de biomasa en hidrógeno mediante una combinación de procesos catalíticos, fotocatalíticos y biológicos, aprovechando todas las fracciones contenidas en el material lignocelulósico. Los participantes en el equipo de investigación en conjunto aportan experiencia en el procesamiento de biomasa lignocelulósica, síntesis y caracterización de materiales, reacciones catalíticas y fotocatalíticas, procesos biológicos y análisis de muestras complejas. El primer objetivo de este proyecto es evaluar el reformado catalítico con vapor para producir hidrógeno a partir del bio-crude producido por el procesamiento hidrotermal asistido por microondas (MAHP) de holocelulosa "libre de lignina", de acuerdo con nuestro concepto de biorrefinería. Para esta tarea, se sintetizarán, caracterizarán y probarán catalizadores de Ni producidos a partir de materiales de hidróxidos dobles laminares (LDH) que contienen Al, La y Fe. También se explorará la adición de CeO2 y ZrO2 como promotores, así como la combinación de Ni con un segundo metal activo. También se evaluarán los procedimientos de regeneración. El segundo objetivo es la obtención de biohidrógeno mediante bacterias, a partir de glucosa, xilosa y otros compuestos orgánicos, presente en los hidrolizados de biomasa lignocelulósica. Se probarán diferentes microorganismos para la fermentación. Para optimizar el proceso de fermentación, se explorará la inmovilización de bacterias sobre diferentes soportes sólidos. El tercer objetivo es evaluar la fotocatálisis como una técnica adecuada para producir hidrógeno a partir de la solución de carbohidratos obtenida tras el tratamiento con MAHP de la fracción de holocelulosa. En esta tarea, se probarán dos grupos de catalizadores: materiales derivados de LDH que contienen Zn y/o Ti, y catalizadores basados en TiO2, donde se incorporará Pd o Pt por fotodeposición. También se explorará la fotocatálisis para la valorización de la fracción de lignina en monómeros aromáticos. Green hydrogen obtained from renewable and clean sources has emerged as a sustainable alternative to fossil fuels. Hydrogen is currently produced from steam methane reforming (48%), from refinery/chemical off-gases (30%), from coal gasification (18%), and electrolysis of water (3.9%). However, with the exception of the electrolysis of water when electricity needed is produced by renewable sources, these methods are not considered clean due the emission of greenhouse gases. In July 2020, the European Commission adopted the Strategy for Energy System Integration and the Hydrogen Strategy, intending to accelerate the transition towards a more integrated and cleaner energy system. In our previous projects LIGNOVAL and VALORA, we developed different routes for the valorisation of different platform chemicals derived from the hydrolysis of lignocellulosic materials (glucose, xylose, levulinic acid, formic acid, HMF). In this proposal, we would like to good deeper into the concept of biorefinery explored those projects by exploring the conversion of biomass to hydrogen by a combination of catalytic, photocatalytic and biological processes, taking profit of all the fractions contained in a lignocellullosic material. The participants in the research team provide expertise in lignocellulosic biomass processing, synthesis and characterization of materials, catalytic and photocatalytic reactions, biological processes and complex sample analytics. Summary: |
