Plasma-assisted conversion of carbon dioxide

Datum: 16 oktober 2017

Locatie: Campus Drie Eiken, R.003 - Universiteitsplein 1 - 2610 Antwerpen-Wilrijk (route: UAntwerpen, Campus Drie Eiken)

Tijdstip: 14.30 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Chemie

Promovendus: Igor BELOV

Promotor: Annemie Bogaerts & Sabine Paulussen

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Igor Belov - Faculteit Wetenschappen, Departement Chemie



Abstract

De algemene erkenning van de opwarming van de aarde ten gevolge van toenemende CO2-uitstoot vormt een belangrijke stimulans voor de wetenschappelijke wereld om op zoek te gaan naar nieuwe en efficiënte technologieën voor hergebruik van CO2.

Omzetting van CO2 naar andere bruikbare chemicaliën door middel van koude plasmatechnologie is één van de meeste veelbelovende ontwikkelingen in dit domein. Plasmachemie is een veelzijdige technologie die gebruik maakt van elektrische energie en werkt met reactoren die gebouwd kunnen worden met overvloedig beschikbare materialen.  Tot nu toe is de energie-efficiëntie die met dergelijke processen bekomen wordt echter laag, wat opschaling en implementatie van plasma-gebaseerde CO2 conversie limiteert. Daarnaast is ook de controle en aansturing van plasma processen niet triviaal aangezien de plasma-parameters die het proces grotendeels bepalen niet rechtstreeks extern ingesteld kunnen worden.

In deze thesis worden nieuwe mechanismen onderzocht om de controle en daardoor ook de efficiëntie van CO2-splitsing in een Diëlektrische Barrière Ontlading (DBD) en een Microgolf (MW) Plasma te verhogen.

In het geval van een DBD-plasma werd een manier gevonden om de eigenschappen van micro-ontladingen te beïnvloeden. Micro-ontladingen, ook filamenten genoemd, zijn kortdurende ontladingen waaruit dit type van plasma bestaat en die de eigenschappen van het plasma bepalen. Een verhoging van de stroom in de micro-ontladingen blijkt de CO2-omzetting in een DBD te bevorderen en dit effect kan bekomen worden wanneer één van de DBD elektrodes bedekt is met een geleidende laag of door verhoging van de procesdruk. Naast een verhoogde CO2-conversie geeft een verhoging van de stroom in de micro-ontladingen ook aanleiding tot verdamping van de metalen elektrodes van een DBD-systeem. Dit proces van erosie van de elektrodes geeft aanleiding tot het afzetten van metaal elders in de reactor, waar de geleidende eigenschappen van het afgezette materiaal de elektrische eigenschappen van de DBD significant beïnvloeden.

In vergelijking met DBD reactoren, waarin bij atmosfeerdruk gewerkt wordt, vertonen microgolf plasma’s de hoogste energie-efficiëntie voor CO2 decompositie, echter bij een lagere druk, ongeveer 200 mbar. In deze thesis wordt aangetoond dat een verhoging van de procesdruk in een microgolf plasma aanleiding geeft tot een sterke daling van de energie-efficiëntie ten gevolge van thermalisatie in condities die atmosfeerdruk benaderen. De eigenschappen van een MW-ontlading kunnen verder gecontroleerd worden door aanpassing aan het gasstroom regime dat wordt toegepast. In dit werk werd aangetoond dat de hoogste energie-efficiëntie bij atmosfeerdruk wordt bekomen in een microgolf ontlading waarin een vortex gasstroom wordt toegepast.



Url: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen