PLENARIA 1

Carbones nanoporosos para almacenamiento de gas natural
Francisco Rodríguez-Reinoso
Laboratorio de Materiales Avanzados
Departamento de Química Inorgánica. Universidad de Alicante. España
www.ua.es/grupo/lma;  reinoso@ua.es

El carbón nanoporoso puede considerarse como el adsorbente ideal para el almacenamiento de gases (metano, hidrógeno, dióxido de carbono, etc.) por sus microporos (<2nm) en forma de rendija, que permiten una densidad de empaquetamiento de las moléculas de gas muy superior a la de poros cilíndricos de dimensiones similares. Sin embargo, el principal problema de estos adsorbentes es su baja densidad como consecuencia de su elevada porosidad interna; para poder alcanzar una adecuada densidad volumétrica de energía es necesario conformar el material. Como el conformado requiere normalmente el uso de un ligante, una importante parte de la porosidad puede quedar bloqueada al acceso del gas. Por esta razón es muy importante desarrollar métodos experimentales que permitan el conformado sin la necesidad de un ligante y esta es la solución aplicada en nuestro grupo de investigación.
Cuando un material lignocelulósico se utiliza como precursor de una carbón poroso (principalmente carbón activado) el conformado del material se puede realizar utilizando las propias breas  producidas a lo largo de la impregnación de una activación química (con
ZnCl₂ or H₃PO₄). Estos agentes químicos se utilizan para asegurar que la pirólisis del precursor se produce de forma controlada, dando un material (durante el ataque químico) con cierta flexibilidad y con un mayor rendimiento, en comparación con el carbón preparado sin impregnación. Si el precursor impregnado es conformado bajo presión en el momento y a la temperatura adecuados, es posible obtener piezas de la forma deseada y con relativamente alta densidad. Después del tratamiento térmico de estas piezas se obtiene una elevada porosidad, la mayor parte de la cual es de dimensiones inferiores a 2 nm.
Otra aproximación seguida en nuestro grupo es utilizar como precursor una brea de mesofase (por ejemplo, obtenida a partir de un residuo de petróleo mediante pirólisis controlada bajo presión), que se caracteriza por su facilidad de autosinterización. Cuando este material se mezcla con KOH y se conforma bajo presión y se somete a un tratamiento térmico entre 600 y 800ºC, el carbón resultante es esencialmente microporoso (< 2nm) y tiene un área superficial extraordinariamente elevada (puede alcanzar los 4000 m²/g). Esta pieza puede incluso activarse posteriormente mediante reacción controlada con CO₂, con lo que se puede aumentar la cantidad de gas adsorbido.
Los dos tipos de piezas de carbón nanoporoso se han utilizado para la adsorción/almacenamiento de metano a temperatura ambiente y hasta 3.5 MPa, la presión recomendad para uso en vehículos de motor. Algunos de nuestros carbones han sido capaces de almacenar hasta 160 V/V de metano cuando la densidad del sólido es alrededor de 0.6 g/cm³. Todavía necesitamos mejorar la densidad para poder alcanzar el objetivo recomendado por le DOE de Estados Unidos (180 V/V).
Finalmente, la adsorción de metano se ha llevado también a cabo sobre los mismos carbones húmedos con el objeto de estudiar la posible formación de los hidratos de metano dentro de los poros estrechos del carbón. En este caso la adsorción se ha realizado a 3ºC y hasta una presión de 10 MPa. Es de destacar que se produce un considerable aumento de la cantidad adsorbida cuando se sobrepasa la presión de 6 MPa, alcanzándose valores superiores a 250 V/V cuando la presión alcanza los 10 MPa.