Para dividir los enlaces químicos en CO₂ moléculas, se necesita calor. Una forma de obtener este calor es a partir de plasmas, y se sabe desde hace mucho tiempo que los plasmas pueden dividir el CO₂ de manera eficiente. , gracias a una investigación de 40 años de la Unión Soviética.

"Los problemas con el clima y los gases de efecto invernadero han llevado a esta antigua investigación [que ha] sido explorada por muchos científicos", dice Alex van de Steeg, investigador del grupo Elementary Processes in Gas Discharges del departamento de Física Aplicada.

Si bien la investigación anterior ha dejado su huella en los científicos, también los confunde. "Ha sido difícil reproducir los resultados anteriores", señala Van de Steeg. "Por ejemplo, experimentos recientes con CO₂ los plasmas han demostrado que se necesitan temperaturas más altas, por encima de 3000 kelvin (K) de hecho. Pero la investigación anterior indica que la división puede tener lugar a temperaturas más bajas".

Motivación para nuevos métodos

El desacuerdo entre los resultados anteriores y los intentos recientes de replicarlos fue una gran motivación para la investigación de Van de Steeg, que llevó a cabo en DIFFER bajo la supervisión de Gerard van Rooij y Richard van de Sanden y en colaboración con la Universidad de Maastricht y Shell.

"Para obtener una mejor comprensión de cómo el CO₂ se disocia o se divide en un plasma, desarrollamos nuevas formas de estudiar el CO₂ plasmas generados en un microondas utilizando el llamado diagnóstico de dispersión láser", dice Van de Steeg. "Esto implica enfocar un haz láser intenso en el plasma y luego medir la luz dispersada. De esta forma, podemos recopilar información temporal y espacial sobre la temperatura y la composición del plasma".

Mediciones del CO₂ El plasma proporcionó información sobre los procesos químicos y físicos que ocurren durante la división de las moléculas. Sumado a eso, los investigadores obtuvieron una nueva apreciación de las condiciones extremas en CO₂ plasmas. "La temperatura del plasma supera los 6000 K, que es más caliente que la superficie del sol", señala Van de Steeg.

Sondear el plasma también ayudó a Van de Steeg y a los investigadores a crear un mapa del plasma, que luego combinaron con un modelo numérico. "Esto nos ayudó a identificar las velocidades de reacción y las moléculas involucradas en esas reacciones en diferentes partes del plasma, y ​​mostró que la reactividad química depende de temperaturas muy altas, lo que contradice los resultados anteriores. Antes no teníamos esta información, por lo que tener esta información es importante".

Recuento de reacciones

Además, la investigación de Van de Steeg reveló las reacciones químicas que produjeron la mayor cantidad de CO, lo que, por supuesto, aumentaría el potencial para producir más combustibles posteriormente.

"Dos reacciones conducen a casi todas las divisiones:colisiones de CO₂ moléculas con otras moléculas en el plasma, y ​​la agregación de O y CO₂ (conocido como asociación) que eventualmente conduce a CO y O₂ ", dice Van de Steeg.

Y es la segunda de estas reacciones la que podría conducir a una mayor (o mayor) eficiencia energética del CO₂ térmico. reactores "Máxima eficiencia sin O-CO₂ asociación está justo por encima del 50%, que aumenta al 70% cuando se incluyen. Y esto está cerca de las eficiencias alcanzadas en los experimentos de hace 40 años".

Una cosa a tener en cuenta es que se necesita mucha energía para iniciar las reacciones de plasma, pero esta energía puede estar más que equilibrada gracias al potencial de usar las moléculas de CO para fabricar combustibles sostenibles. "Entonces, en lugar de extraer petróleo de los pozos para producir combustibles fósiles, podemos fabricar combustibles utilizando el CO₂ ya en la atmósfera por la combustión de combustibles en el pasado. Es una especie de proceso circular".

Combustibles futuros

La investigación de Van de Steeg indica que las altas eficiencias energéticas del CO₂ división están al alcance de la mano, y es muy optimista acerca de dónde podrían ir estos hallazgos. "Con estos hallazgos y el cuidadoso diseño del reactor, las altas eficiencias energéticas están al alcance, lo que significa que los enfoques de división de plasma podrían ser una tecnología atractiva para la transición energética".

Y lo que lo hace aún más atractivo es la disponibilidad de equipos de radiación de microondas a gran escala que pueden usarse para dividir el CO₂ utilizando plasmas. Con mucho CO₂ en la atmósfera y la tecnología existente, parece que es solo cuestión de tiempo hasta que investigaciones como la de Van de Steeg ayuden a establecer reactores para producir futuros combustibles a partir de CO₂ .