Concepción Heydorn, PatriciaTebar-Soler, Carmen2025-06-132025-06-132025-05-062025-06-09https://riunet.upv.es/handle/10251/221524Tesis por compendio[ES] 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.[CA] Des de la Revolució Industrial, el canvi climàtic ha sigut significativament influenciat per activitats humanes, especialment a causa de l'ús continu de combustibles fòssils. Després d'un increment rècord de les emissions de CO2 en els últims anys, sorgix El Pacte Verd Europeu que pretén aconseguir la neutralitat climàtica per a 2050. Per a aconseguir-ho, és indispensable el desenvolupament de tecnologies que donen suport als esforços en la mitigació del canvi climàtic. Entre aquestes tecnologies destaquen les Power to Gas, que permeten emmagatzemar energia elèctrica en forma de gas, com a metà. El procés comença amb la producció d'hidrogen mitjançant l'electròlisi, que després s'utilitza per a produir metà a través de la reacció de Sabatier. Aquesta reacció és exotèrmica i està afavorida a baixes temperatures i altes pressions, transformant el diòxid de carboni i hidrogen en metà i aigua. En els últims anys, s'han estudiat i desenvolupat multitud de catalitzadors, no obstant això, aquests operen a altes temperatures. Per això, l'objectiu d'aquest treball és el desenvolupament de catalitzadors eficients a baixes temperatures, concretament per davall de 200 °C. En aquesta Tesi Doctoral es presenta un catalitzador obtingut mitjançant síntesi hidrotermal, compost per un òxid de ruteni dopat amb carboni, que estabilitza baixos estats d'oxidació de Ru i forma una fase d'oxicarbonat de ruteni. Aquest catalitzador mostra una alta activitat i selectivitat per a la conversió de CO2 en metà a temperatures més baixes que els catalitzadors convencionals, amb una excel·lent estabilitat a llarg termini. L'estructura del catalitzador i la naturalesa de les espècies de ruteni s'han caracteritzat combinant ferramentes avançades d'imatge i espectroscòpia a escala macroscòpica i atòmica. Els estudis han demostrat que l'oxicarbonat de ruteni és crucial per a la metanació de CO2 a baixa temperatura. No obstant això, l'estabilitat dels àtoms de carboni intersticial és un factor clau. Per mitjà d'aquesta Tesi Doctoral s'investiga el mecanisme d'estabilització de la fase activa en condicions de reacció combinant ferramentes espectroscòpiques operant avançades amb estudis catalítics. A més, es proporciona informació sobre el mecanisme de reacció i una anàlisi detallada de la composició del catalitzador, identificant un equilibri adequat entre les fases d'oxicarbonat de ruteni i ruteni metall per a garantir un rendiment catalític òptim.[EN] Since the Industrial Revolution, human activities have significantly influenced climate change, mainly due to the continued use of fossil fuels. Following a record increase in CO2 emissions in recent years, the European Green Deal aims to achieve climate neutrality by 2050. To achieve this, it is essential to develop technologies that support efforts to mitigate climate change. One such technology is Power to Gas, which allows electricity to be stored as gas, such as methane. The process begins with hydrogen production through electrolysis, which is then used to produce methane through the Sabatier reaction. This exothermic reaction is favoured at low temperatures and high pressures, transforming carbon dioxide and hydrogen into methane and water. In recent years, many catalysts have been studied and developed. However, they operate at high temperatures. Therefore, this work aims to develop efficient catalysts at low temperatures, specifically below 200 ºC. In this PhD Thesis, a catalyst obtained by hydrothermal synthesis is presented, composed of a ruthenium oxide doped with carbon, which stabilises low oxidation states of Ru and forms a ruthenium oxycarbonate phase. This catalyst shows high activity and selectivity for converting CO2 to methane at lower temperatures than conventional catalysts, with excellent long-term stability. The structure of the catalyst and the nature of the ruthenium species have been characterised by combining advanced imaging tools and macroscopic and atomic-scale spectroscopy. Studies have shown that ruthenium oxycarbonate is crucial for CO2 methanation at low temperatures. However, the stability of the interstitial carbon atoms is an essential factor. This PhD thesis investigates the mechanism of stabilisation of the active phase under reaction conditions by combining advanced operating spectroscopic tools with catalytic studies. In addition, information on the reaction mechanism and a detailed analysis of the catalyst composition is provided, identifying a suitable balance between the ruthenium oxycarbonate and ruthenium metal phases to ensure optimal catalytic performance.376Reserva de todos los derechosCatálisis heterogéneaMetanaciónDióxido de carbonoHidrógenoCarbonoDopadoReactor de lecho fijoEspectroscopiaCambio climáticoSincrotrónElectrólisisÓxido de RutenioOxicarbonato de RutenioMetanación de CO2Tesis doctoral10.4995/Thesis/10251/221524Abierto07.- Asegurar el acceso a energías asequibles, fiables, sostenibles y modernas para todos13.- Tomar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos