Numerical and experimental study of a packed bed plasma reactor for environmental applications.

Datum: 20 juni 2017

Locatie: Campus Middelheim, A.143 - Middelheimlaan 1 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Middelheim)

Tijdstip: 14.30 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Chemie

Promovendus: Koen Van Laer

Promotor: Annemie Bogerts

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Koen Van Laer - Faculteit Wetenschappen - Departement Chemie



Abstract

Het klimaat verandert, en menselijke activiteit is de oorzaak! De aarde heeft in het verleden altijd een cyclus van opwarmen en afkoelen doorlopen, maar nooit is de verandering in temperatuur zo snel gegaan. De grootste oorzaak hiervan is de gestegen CO2 concentratie in de atmosfeer tot het hoogste niveau in drie miljoen jaar tijd. Als we het stijgend zeeniveau en de extreme weersgebeurtenissen de kop in willen drukken, is het de hoogste tijd om in actie te schieten. Dit doctoraatsonderzoek past in dit plaatje doordat het bijdraagt aan het vergroten van de kennis over gepakte bed plasma reactoren (PBPRs) dewelke vandaag de dag actief worden onderzocht voor milieutoepassingen in het algemeen, en de splitsing van broeikasgas CO2 in het bijzonder.

Met behulp van experimenten werd aangetoond dat de aanwezigheid van een pakking in een DBD reactor simultaan de conversie en efficiëncy kan verhogen. Dit maakt van een PBPR een veelbelovend middel voor CO2 conversie. Het gedrag van het plasma in dit type reactor is echter niet goed gekend. Doordat experimentele plasmadiagnostiek niet eenvoudig is door de aanwezigheid van de pakking, dringt een computationele studie zich op.

Om de rekentijd te drukken, moesten benaderingen ingevoerd worden. Het resulterende 2D axisymmetrische model met helium als ontladingsgas, geeft ons echter al heel wat interessante inzichten.

Zo leren de resultaten ons dat een pakking het elektrisch veld verhoogt aan de contactpunten tussen het diëlektrische materiaal door polarisatie van dit materiaal als gevolg van het aangelegde potentiaalverschil. Bij lage inputpotentiaal bestaat het plasma lokaal, terwijl bij hogere potentialen het plasma zich tussen de pakking door kan verspreiden tot het de volledige reactor vult. Ook bij hogere dielektrische constanten (ε ≥ 100) kan opnieuw lokalisatie van het plasma optreden. Afhankelijke van de afstand tussen de elektroden en de diameter van de pakking, kan deze lokalisatie bij lagere diëlektrische constanten plaatsvinden, meerbepaald bij een kortere afstand en kleinere pakking.

Vervolgens werd ontladingsgas helium vervangen door droge lucht, als tussenstap richting CO2. Er werd aangetoond dat de typische filamentaire ontlading die optreedt in een lege DBD reactor gevuld met een moleculair gas, verandert naar een combinatie van staande filamentaire micro-ontladingen en oppervlakte ontladingen.

Er is nog een lange weg af te leggen alvorens een PBPR volledig kan gemodelleerd worden met CO2 als ontladingsgas, zoals hij gebruikt wordt in experimenten. Het verrichte werk in deze thesis helpt mee de weg te effenen door de kennis over PBPRs te vergroten, om optimalisatie en ultiem industriële implementatie mogelijk te maken.



Url: http://---