Per dividere i legami chimici in CO₂ molecole, il calore è necessario. Un modo per ottenere questo calore è dai plasmi ed è noto da tempo che i plasmi possono dividere in modo efficiente la CO₂ , grazie a una ricerca di 40 anni dall'Unione Sovietica.

"I problemi con il clima e i gas serra hanno portato a questa vecchia ricerca [che è stata] esplorata da molti scienziati", afferma Alex van de Steeg, ricercatore nel gruppo Elementary Processes in Gas Discharges nel dipartimento di Fisica Applicata.

Mentre la vecchia ricerca ha lasciato il segno negli scienziati, li ha anche confusi. "È stato difficile riprodurre i risultati passati", osserva Van de Steeg. "Ad esempio, recenti esperimenti con CO₂ i plasmi hanno dimostrato che sono necessarie temperature più elevate, superiori a 3000 kelvin (K). Ma la vecchia ricerca indica che la scissione può avvenire a temperature più basse."

Motivazione per nuovi metodi

Il disaccordo tra i risultati passati e i recenti tentativi di replicarli si è rivelato una grande motivazione per la ricerca di Van de Steeg, che ha condotto presso DIFFER sotto la supervisione di Gerard van Rooij e Richard van de Sanden e in collaborazione con l'Università di Maastricht e la Shell.

"Per ottenere una migliore comprensione di come CO₂ si dissocia o si divide in un plasma, abbiamo sviluppato nuovi modi per studiare la CO₂ plasmi generati in un microonde utilizzando la cosiddetta diagnostica di diffusione laser", afferma Van de Steeg. "Ciò comporta la focalizzazione di un intenso raggio laser nel plasma e quindi la misurazione della luce diffusa. In questo modo possiamo raccogliere informazioni spaziali e temporali sulla temperatura e la composizione del plasma."

Misurazioni della CO₂ il plasma ha fornito informazioni sui processi chimici e fisici che si verificano durante la scissione delle molecole. In aggiunta a ciò, i ricercatori hanno acquisito un nuovo apprezzamento per le condizioni estreme nella CO₂ plasmi. "La temperatura del plasma supera i 6000 K, che è più calda della superficie del sole", osserva Van de Steeg.

Sondare il plasma ha anche aiutato Van de Steeg ei ricercatori a creare una mappa del plasma, che hanno poi combinato con un modello numerico. "Questo ci ha aiutato a identificare le velocità di reazione e le molecole coinvolte in quelle reazioni in diverse parti del plasma, e ha mostrato che la reattività chimica dipende da temperature molto elevate, il che contraddice i risultati passati. Prima non avevamo queste informazioni, quindi avere queste informazioni è significativo."

Le reazioni contano

Inoltre, la ricerca di Van de Steeg ha rivelato le reazioni chimiche che hanno prodotto più CO, il che ovviamente aumenterebbe il potenziale per produrre più combustibili in seguito.

"Due reazioni portano a quasi tutte le scissioni:collisioni di CO₂ molecole con altre molecole nel plasma e l'aggregazione di O e CO₂ (noto come associazione) che alla fine porta a CO e O₂ ", afferma Van de Steeg.

Ed è la seconda di queste reazioni che potrebbe portare a una maggiore (o maggiore) efficienza energetica della CO termica ₂ reattori. "Massima efficienza senza O-CO₂ l'associazione è appena al di sopra del 50%, che sale al 70% quando sono inclusi. E questo è vicino alle efficienze raggiunte negli esperimenti 40 anni fa."

Una cosa da notare è che è necessaria molta energia per avviare le reazioni del plasma, ma questa energia può essere più che bilanciata grazie al potenziale dell'utilizzo delle molecole di CO per produrre combustibili sostenibili. "Quindi, invece di prelevare petrolio dai pozzi per produrre combustibili fossili, possiamo produrre combustibili utilizzando la CO₂ già nell'atmosfera da combustibili combustibili in passato. È una sorta di processo circolare."

Combustibili futuri

La ricerca di Van de Steeg indica che le alte efficienze energetiche di CO₂ la scissione è a portata di mano ed è molto ottimista su dove potrebbero arrivare questi risultati. "Con questi risultati e un'attenta progettazione del reattore, sono a portata di mano elevate efficienze energetiche, il che significa che gli approcci di scissione del plasma potrebbero essere una tecnologia interessante per la transizione energetica".

E ciò che lo rende ancora più interessante è la disponibilità di apparecchiature per radiazioni a microonde su larga scala che possono essere utilizzate per dividere la CO₂ usando i plasmi. Con abbondanza di CO₂ nell'atmosfera e nella tecnologia in atto, sembra che sia solo questione di tempo prima che una ricerca come quella di Van de Steeg aiuti a creare reattori per produrre futuri combustibili da CO₂ .