Una bocanada de plasma cuando se combina con un catalizador nanométrico, puede hacer que las reacciones químicas se desarrollen más rápido, más selectivamente, a temperaturas más bajas, oa voltajes más bajos que sin plasma, y nadie sabe realmente por qué.
Usando modelado por computadora, Juliusz Kruszelnicki de la Universidad de Michigan investigó las interacciones entre plasmas y catalizadores metálicos incrustados en perlas de cerámica en un reactor de lecho compacto. Descubrió que juntos los metales, perlas y gas crean plasma que intensifica los campos eléctricos y calienta localmente el catalizador, que luego puede acelerar las reacciones.
Kruszelnicki hablará sobre este trabajo en la 71.a Conferencia Anual de Electrónica Gaseosa de la Sociedad Estadounidense de Física y en la 60.a reunión anual de la División de Física del Plasma de APS. que tendrá lugar la semana que viene, Del 5 al 9 de noviembre en el Centro de Convenciones de Oregon en Portland.
Estos reactores de plasma tienen un enorme potencial para hacer que los valiosos procesos químicos sean más eficientes y rentables. como eliminar la contaminación del aire, convertir el dióxido de carbono en combustibles y producir amoníaco para fertilizantes, a través de la "conversión química del plasma".
"La combinación de sistemas termocatalíticos y plasmas permite nuevas vías para producir productos químicos que, de otro modo, no sería posible. o quizás hacerlo con mayor eficiencia, "Kruszelnicki dijo.
Kruszelnicki modeló las interacciones del plasma y los catalizadores utilizando códigos multifísicos avanzados desarrollados en el laboratorio de Mark J. Kushner en la Universidad de Michigan. Estos incluyen módulos para fenómenos como electromagnetismo, química de superficie, dinámica de fluidos y cinética química. Modeló un reactor de lecho compacto, que es un tubo lleno de perlas de cerámica, con una corriente eléctrica que pasa a través de electrodos concéntricos. Cuando los gases se mueven a través del reactor, los catalizadores hacen que reaccionen de formas específicas, como combinar nitrógeno e hidrógeno para generar amoníaco.
Kruszelnicki descubrió que cuando las perlas se incrustan con partículas de catalizador metálico y luego se electrifican, se produce la emisión de campo de electrones, lo que permite mayores densidades de plasma. El plasma calienta el catalizador, que puede hacer que la reacción química se desarrolle de manera más rápida y eficiente, potencialmente reduciendo la potencia aplicada necesaria para la reacción.
"A través de este proceso de localización del campo eléctrico, Los electrones pueden ser emitidos desde la superficie de las partículas metálicas e iniciar un plasma, donde de otra manera no ocurriría, "Kruszelnicki dijo.
Simulando la química del plasma a baja temperatura, Kruszelnicki y otros miembros del laboratorio de Kushner están descubriendo nuevas formas en que el plasma y los catalizadores trabajan juntos para hacer que la conversión química del plasma sea más eficiente que la conversión química tradicional. Actualmente están trabajando con el Programa de Centros de Investigación Cooperativa Universidad-Industria de la Fundación Nacional de Ciencias para colaborar con empresas a fin de traducir esta investigación para su uso en la industria. También esperan que estos procesos más eficientes sean compatibles con aplicaciones fuera de la red, como la fabricación de fertilizantes para agricultores de subsistencia utilizando energía solar.
