Las células electroquímicas ayudan a reciclar el CO ₂ . Sin embargo, las superficies catalíticas se desgastan en el proceso. Investigadores del Collaborative Research Center 1316 "Plasmas atmosféricos transitorios:de plasmas a líquidos y sólidos" en Ruhr-Universität Bochum (RUB) están explorando cómo podrían regenerarse con solo presionar un botón utilizando plasmas extremos en agua. En una primera desplegaron espectroscopía óptica y modelado para analizar esos plasmas submarinos en detalle, que existen solo por unos pocos nanosegundos, y describir teóricamente las condiciones durante la ignición del plasma. Publicaron su informe en la revista Ciencia y tecnología de las fuentes de plasma el 4 de junio de 2019.

Los plasmas son gases ionizados:se forman cuando se energiza un gas que luego contiene electrones libres. En naturaleza, los plasmas ocurren dentro de las estrellas o toman la forma de luces polares en la Tierra. En Ingeniería, los plasmas se utilizan, por ejemplo, para generar luz en lámparas fluorescentes, o para fabricar nuevos materiales en el campo de la microelectrónica. "Típicamente, los plasmas se generan en la fase gaseosa, por ejemplo en el aire o en gases nobles, "explica Katharina Grosse del Instituto de Física Experimental II en RUB.

Roturas en el agua

En el estudio actual, los investigadores han generado plasmas directamente en un líquido. Para tal fin, aplicaron un alto voltaje a un electrodo fino sumergido durante el rango de varios mil millonésimos segundos. Después de la ignición del plasma, hay una gran diferencia de presión negativa en la punta del electrodo, lo que da como resultado la formación de rupturas en el líquido. Luego, el plasma se esparce a través de esas rupturas. "El plasma se puede comparar con un rayo, solo que en este caso ocurre bajo el agua, "dice Katharina Grosse.

Mas caliente que el sol

Usando espectroscopía óptica rápida en combinación con un modelo de dinámica de fluidos, el equipo de investigación identificó las variaciones de potencia, presión, y temperatura en estos plasmas. "En el proceso, observamos que el consumo dentro de estos plasmas asciende brevemente hasta 100 kilovatios. Esto se corresponde con la carga conectada de varias viviendas unifamiliares, ", señala el profesor Achim von Keudell del Instituto de Física Experimental II.

Además, se generan presiones superiores a varios miles de bares, que corresponden o incluso superan la presión en la parte más profunda del Océano Pacífico. Finalmente, hay breves ráfagas de temperatura de varios miles de grados, que aproximadamente igualan e incluso superan la temperatura superficial del sol.

El agua se descompone en sus componentes.

Estas condiciones extremas duran muy poco tiempo. "Los estudios hasta la fecha se han centrado principalmente en plasmas submarinos en el rango de microsegundos, "explica Katharina Grosse." En ese espacio de tiempo, las moléculas de agua tienen la oportunidad de compensar la presión del plasma ". Los plasmas extremos que han sido objeto del estudio actual presentan procesos mucho más rápidos. El agua no puede compensar la presión y las moléculas se descomponen en sus componentes .

"El oxígeno que se libera de esta manera juega un papel vital para las superficies catalíticas en las celdas electroquímicas, "explica Katharina Grosse." Al volver a oxidar tales superficies, les ayuda a regenerarse y retomar su plena actividad catalítica. Es más, También se pueden activar reactivos disueltos en agua, facilitando así los procesos de catálisis ".