Resumen
Desde la Revolución Industrial, el cambio climático ha sido significativamente influenciado por actividades humanas, especialmente debido al uso continuo de combustibles fósiles. Tras un incremento récord de las emisiones de CO2 en los últimos años, surge El Pacto Verde Europeo que pretende alcanzar la neutralidad climática para 2050. Para lograrlo, es indispensable el desarrollo de tecnologías que apoyen los esfuerzos en la mitigación del cambio climático. Entre estas tecnologías destacan las Power to Gas, que permiten almacenar energía eléctrica en forma de gas, como metano. El proceso comienza con la producción de hidrógeno mediante la electrólisis, que luego se utiliza para producir metano a través de la reacción de Sabatier. Esta reacción es exotérmica y está favorecida a bajas temperaturas y altas presiones, transformando el dióxido de carbono e hidrógeno en metano y agua. En los últimos años, se han estudiado y desarrollado multitud de catalizadores, sin embargo, estos operan a altas temperaturas. Por ello, el objetivo de este trabajo es el desarrollo de catalizadores eficientes a bajas temperaturas, concretamente por debajo de 200 ºC.
En esta Tesis Doctoral se presenta un catalizador obtenido mediante síntesis hidrotermal, compuesto por un óxido de rutenio dopado con carbono, que estabiliza bajos estados de oxidación de Ru y forma una fase de oxicarbonato de rutenio. Este catalizador muestra una alta actividad y selectividad para la conversión de CO2 en metano a temperaturas más bajas que los catalizadores convencionales, con una excelente estabilidad a largo plazo. La estructura del catalizador y la naturaleza de las especies de rutenio se han caracterizado combinando herramientas avanzadas de imagen y espectroscopia a escala macroscópica y atómica.
Los estudios han demostrado que el oxicarbonato de rutenio es crucial para la metanación de CO2 a baja temperatura. Sin embargo, la estabilidad de los átomos de carbono intersticial es un factor clave. Por medio de esta Tesis Doctoral se investiga el mecanismo de estabilización de la fase activa en condiciones de reacción combinando herramientas espectroscópicas operando avanzadas con estudios catalíticos. Además, se proporciona información sobre el mecanismo de reacción y un análisis detallado de la composición del catalizador, identificando un equilibrio adecuado entre las fases de oxicarbonato de rutenio y rutenio metal para garantizar un rendimiento catalítico óptimo.
