A fermentação anaeróbia da matéria orgânica produz uma mistura de gases chamada biogás. Este biogás contém CH₄ e CO₂ como componentes majoritários. Estes dois compostos são gases de efeito estufa e sua utilização é muito importante do ponto de vista ambiental e econômico. O presente trabalho teve por objetivo produzir gás de síntese (H₂/CO), uma matéria prima de alto valor industrial, a partir da reforma oxidativa do biogás com adição de oxigênio (1,5CH₄+1,0CO₂+0,25O₂) sobre catalisadores de NiO-MgO-ZrO₂ e NiO-Y₂O₃-ZrO₂. Os catalisadores foram preparados usando o método de polimerização numa única etapa e foi estudada a variação do teor de MgO e de Y₂O₃ contido nas amostras. Estes materiais foram caracterizados por DRX, RTP, Adsorção-dessorção de N₂, XPS, XAS-XANES, MEV e EDX e foram avaliados na reação de reforma oxidativa de um biogás modelo (composição molar:1,5 CH₄/1CO₂) em presença de oxigênio, a 750°C e 1atm, visando à obtenção de gás de síntese. Os teores de MgO utilizados no sistema NiO/MgO/ZrO₂ foram de 0%, 4%, 20%, 40% e 100% em relação ao ZrO₂ (os mesmos teores foram utilizados para Y₂O₃ no sistema NiO/Y₂O₃/ZrO₂) e o teor mássico de Ni foi 20%. As análises de DRX, TPR, XPS confirmaram a formação das soluções sólidas NiO-MgO e MgO-ZrO₂ nos catalisadores NiO-MgO-ZrO₂, e das soluções sólidas NiO-Y₂O₃ e Y₂O₃-ZrO₂ nos catalisadores NiO-Y₂O₃-ZrO₂. Estas soluções sólidas juntas, nos correspondentes catalisadores, melhoraram o desempenho catalítico, levando a altos valores de conversão e baixas taxas de deposição de coque. O teor de MgO ótimo foi de 20%mol no sistema NiO/MgO/ZrO₂, e de 20% e 40% mol de Y₂O₃ no sistema NiO/Y₂O₃/ZrO₂. Nos catalisadores NiO-MgO-ZrO₂, a solução sólida NiO-MgO favoreceu principalmente a reação de reforma seca do metano (CH₄+CO₂), enquanto que nos catalisadores NiO-Y₂O₃-ZrO₂ a solução sólida Y₂O₃-ZrO₂ favoreceu principalmente à oxidação parcial do metano (CH₄+1/2O₂). Os catalisadores Ni20MZ e Ni20YZ apresentaram resultados promissores para a reforma oxidativa de biogás em presença de oxigênio sendo estes catalisadores melhores do que uma amostra comercial de Ni/Al₂O₃ (20%Ni) testada nas mesmas condições de reação. A razão H₂/CO nos produtos das reações sobre os melhores catalisadores foi muito próxima de 1,0; o que permite seu uso direto em diversas reações, como reação de Fischer-Tropsch, síntese direta de dimetil-éter (processo STD) e síntese de formaldeído.

The anaerobic fermentation of the organic material produces a mixture of gases called biogas. This biogas contains CH₄ and CO₂ as major components. These two compounds are greenhouse gases and their use are very important from the environmental and economic point of view. The present study aimed to produce synthesis gas (H₂/CO), a high-value raw material for the chemical industry, from the oxidative reforming of biogas using oxygen (1.5CH₄ +1.0CO₂+0.25O₂) over NiO-MgO-ZrO₂ and NiO-Y₂O₃-ZrO₂ catalysts. These catalysts were prepared by the one-step polymerization method. The variation content of MgO and Y₂O₃ in each catalyst was studied. These materials were characterized by XRD, TPR, adsorption-desorption of N₂, XPS, XAS, SEM and EDX; they were evaluated in the oxidative reforming reaction of a model biogas (molar composition: 1.5 CH₄/1CO₂) in the presence of oxygen at 750 °C and 1atm, aiming to produce synthesis gas.
The content of MgO in the NiO/MgO/ZrO₂ system was varied ranging from 0-100% (0%, 4%, 20%, 40% and 100%mol in relation to ZrO₂) , the same contents were used for the Y₂O₃ in the NiO/Y₂O₃/ZrO₂ system. All catalysts had 20% wt of Ni. The XRD, TPR and XPS confirmed the formation of NiO-MgO and the MgO-ZrO₂ solid solutions in the NiO-MgO-ZrO₂ catalysts; and NiO-Y₂O₃ and Y₂O₃-ZrO₂ solid solutions in the NiO-Y₂O₃-ZrO₂ catalysts. These solid solutions together, in the corresponding catalysts, inproved the catalytic performance, leading to high conversion rates and low carbon deposition rates. The optimum MgO content was 20mol% for the NiO/MgO/ZrO₂ system and 20% and 40mol% of Y₂O₃ for the NiO/Y₂O₃/ZrO₂ system. In the NiO-MgO-ZrO₂ catalysts, the NiO-MgO solid solution promoted primarily the dry reforming reaction of methane (CH₄ + CO₂), while in the NiO-Y₂O₃-ZrO₂ catalysts, the Y₂O₃-ZrO₂ solid solution primarily favored the partial oxidation of methane (CH₄ + 1/2O₂). The Ni20MZ and Ni20YZ catalysts showed promising results for the oxidative reforming of biogas in the presence of oxygen; these catalysts being better than a commercial catalysts (Ni/Al₂O₃; 20%wt Ni) tested under the same reaction conditions. The H₂/CO ratio in the reaction products over the best catalysts was very close to 1.0, which allows its direct use in various processes such as Fischer-Tropsch process, Syngas-to-dimethyl-ether process (STD) and in the synthesis of formaldehyde.