ENGINEERINGNET.BE - Om de chemische bindingen in CO2-moleculen te splitsen, is warmte nodig. Een manier om deze warmte te verkrijgen is uit plasma's, die CO2 efficiënt kunnen splitsen.
Onenigheid tussen de resultaten uit het verleden en recente pogingen om ze te repliceren waren een belangrijke motivatie voor het onderzoek van Alex van de Steeg, dat hij bij DIFFER uitvoerde onder supervisie van Gerard van Rooij en Richard van de Sanden en in samenwerking met Maastricht University en Shell.
Van de Steeg: "Om beter te begrijpen hoe CO2 in een plasma splitst, hebben we nieuwe manieren ontwikkeld om CO2-plasma's te bestuderen. We wekken de splitsing op in een magnetron met behulp van zogeheten laser scattering diagnostics. Hierbij wordt een intense laserstraal op het plasma gericht en wordt vervolgens het verstrooide licht gemeten. Op deze manier kunnen we tijd- en ruimte-informatie verzamelen over de temperatuur en samenstelling van het plasma."
Metingen aan het CO2-plasma leverden informatie op over de chemische en fysische processen die optreden tijdens het splitsen van de moleculen. Bovendien kregen de onderzoekers een nieuwe kijk op de extreme omstandigheden in CO2-plasma's.
Door het plasma te onderzoeken kon het plasma in kaart gebracht worden en die kon vervolgens gecombineerd worden met een numeriek model. Zo konden de reactiesnelheden en de moleculen die bij die reacties betrokken zijn, in verschillende delen van het plasma geïdentificeerd worden.
Het blijkt dat de chemische reactiviteit afhankelijk is van zeer hoge temperaturen, wat in tegenspraak is met de resultaten uit het verleden. Voorheen bestond deze informatie niet, dus het hebben van deze gegevens is belangrijk.
Bovendien onthulde Van de Steeg de chemische reacties die de meeste CO produceerden en daarmee ook het potentieel om meer brandstoffen te produceren. "Twee reacties leiden tot bijna alle splitsingen: botsingen van CO2-moleculen met andere moleculen in het plasma, en de bundeling van O en CO2 (bekend als associatie) die uiteindelijk leidt tot CO en O2", aldus Van de Steeg.
En het is de tweede reactie die zou kunnen leiden tot een toename in de energie-efficiëntie van thermische CO2-reactoren. De maximale efficiëntie zonder O-CO2-associatie ligt net boven de 50%t, wat stijgt tot maar liefst 70% wanneer we ze wel meenemen.
Er is veel energie nodig om de plasmareacties op gang te brengen, maar die energie wordt meer dan gecompenseerd door de CO-moleculen te gebruiken voor het maken van duurzame brandstoffen.
Dus in plaats van olie uit bronnen te halen om fossiele brandstoffen te produceren, kunnen brandstoffen gemaakt worden met behulp van de CO2 die al in de atmosfeer zit als gevolg van de verbranding van brandstoffen in het verleden. Het is een circulair proces.
