Le celle elettrochimiche aiutano a riciclare la CO ₂ . Però, le superfici catalitiche si consumano durante il processo. I ricercatori del Collaborative Research Center 1316 "Plasma atmosferico transitorio:dai plasmi ai liquidi ai solidi" della Ruhr-Universität Bochum (RUB) stanno esplorando come potrebbero essere rigenerati premendo un pulsante utilizzando plasmi estremi in acqua. In un primo, hanno utilizzato la spettroscopia ottica e la modellazione per analizzare in dettaglio tali plasmi sottomarini, che esistono solo per pochi nanosecondi, e descrivere teoricamente le condizioni durante l'accensione del plasma. Hanno pubblicato il loro rapporto sulla rivista Scienza e tecnologia delle sorgenti di plasma il 4 giugno 2019.

I plasmi sono gas ionizzati:si formano quando viene energizzato un gas che poi contiene elettroni liberi. In natura, i plasmi si verificano all'interno delle stelle o assumono la forma di luci polari sulla Terra. In ingegneria, i plasmi sono utilizzati ad esempio per generare luce nelle lampade fluorescenti, o per produrre nuovi materiali nel campo della microelettronica. "Tipicamente, i plasmi sono generati in fase gassosa, ad esempio nell'aria o nei gas nobili, " spiega Katharina Grosse dell'Istituto di Fisica Sperimentale II al RUB.

Rotture nell'acqua

Nello studio attuale, i ricercatori hanno generato plasmi direttamente in un liquido. A tal fine, hanno applicato un'alta tensione a un elettrodo sottile sommerso per un intervallo di diversi miliardesimi di secondi. Dopo l'accensione del plasma, c'è un'elevata differenza di pressione negativa sulla punta dell'elettrodo, che provoca rotture che si formano nel liquido. Il plasma quindi si diffonde attraverso quelle rotture. "Il plasma può essere paragonato a un fulmine:solo in questo caso accade sott'acqua, "dice Katharina Grosse.

Più caldo del sole

Utilizzando la spettroscopia ottica veloce in combinazione con un modello fluidodinamico, il gruppo di ricerca ha identificato le variazioni di potenza, pressione, e temperatura in questi plasmi. "Nel processo, abbiamo osservato che il consumo all'interno di questi plasmi ammonta brevemente fino a 100 kilowatt. Ciò corrisponde al carico allacciato di più case unifamiliari, " sottolinea il professor Achim von Keudell dell'Istituto di fisica sperimentale II.

Inoltre, vengono generate pressioni superiori a diverse migliaia di bar, corrispondenti o addirittura superiori alla pressione nella parte più profonda dell'Oceano Pacifico. Finalmente, ci sono brevi esplosioni di temperature di diverse migliaia di gradi, che all'incirca eguagliano e addirittura superano la temperatura superficiale del sole.

L'acqua viene scomposta nei suoi componenti

Tali condizioni estreme durano solo per un tempo molto breve. "Gli studi fino ad oggi si sono concentrati principalmente sui plasmi sottomarini nell'intervallo dei microsecondi, " spiega Katharina Grosse. "In quello spazio di tempo, le molecole d'acqua hanno la possibilità di compensare la pressione del plasma." I plasmi estremi che sono stati oggetto del presente studio presentano processi molto più veloci. L'acqua non può compensare la pressione e le molecole vengono scomposte nei loro componenti .

"L'ossigeno che viene così rilasciato svolge un ruolo vitale per le superfici catalitiche nelle celle elettrochimiche, " spiega Katharina Grosse. "Riossidando tali superfici, li aiuta a rigenerarsi ea riprendere la loro piena attività catalitica. Inoltre, possono essere attivati ​​anche i reagenti disciolti in acqua, facilitando così i processi di catalisi."