Modeling of microwave plasmas for carbon dioxide conversion.

Datum: 26 maart 2018

Locatie: Campus Drie Eiken, R1 - Universiteitsplein 1 - 2610 Antwerpen-Wilrijk (route: UAntwerpen, Campus Drie Eiken)

Tijdstip: 10 uur

Organisatie / co-organisatie: Faculteit Wetenschappen

Promovendus: Antonin Berthelot

Promotor: Annemie Bogaerts

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Antonin Berthelot - Faculteit Wetenschappen



Abstract

De energieproductie via duurzame bronnen is de vorige jaren enorm gestegen, maar deze energiebronnen hebben een niet-continu karakter. Dit heeft als gevolg dat er grote onderzoeksinspanningen gericht worden op het vinden van oplossingen voor energieopslag. In het bijzonder de conversie van CO2 naar CO (en zuurstof) door niet-evenwichtsplasma’s, gevolgd door de conversie van deze moleculen naar koolwaterstoffen met behulp van het Fischer-Tropsch-proces, zou een interesante manier zijn om energie op te slaan. Microgolfplasma's blijken een van de meest energie-efficiënte plasmabronnen voor CO2 dissociatie te zijn.

De controle van niet-evenwichtsplasma’s is echter verre van triviaal, omwille van hun complexe kinetiek die niet direct kan worden gecontroleerd door het aanpassen van externe parameters. Bovendien moet de energie-efficiëntie die momenteel wordt bereikt in plasma-gebaseerde CO2 dissociatie worden verbeterd voor potentiële industriële toepassingen. Daarom is er behoefte aan een meer gedetailleerd inzicht in de processen die plaatsvinden in een CO2 plasma.

Eerst werd een 2D-axisymmetrisch argon model gebouwd dat over een breed drukbereik werkt. Dit model, hoewel voor argon als een eerste stap in de ontwikkeling van een 2D-model voor CO2, biedt goed inzicht in de ruimtelijke eigenschappen van een microgolfontlading. Dit is van belang voor het 0D-model, dat vervolgens werd ontwikkeld om de complexe chemische kinetiek van CO2 dissociatie in een microgolfplasma meer gedetailleerd te bestuderen.

De dissociatiemechanismen en de energieoverdrachten die plaatsvinden in de ontlading werden onderzocht en het model laat zien dat de ontlading sneller lijkt te thermaliseren bij hoge gastemperatuur en hoge druk. Optimale condities voor CO2 conversie werden geïdentificeerd.

Een reductie van de chemieset en een groepering van de energieniveaus, om de computationele belasting geassocieerd met de beschrijving van de CO2 kinetiek te verminderen, wordt eveneens gepresenteerd. Deze modelleringstechnieken maken het mogelijk de CO2 microgolfontlading in hogere dimensionale modellen te beschrijven in toekomstig werk. Voorts wordt het effect van onzekerheden in verband met de snelheidscoëfficiënten op de modelresultaten bestudeerd. Er werd vastgesteld dat hoewel de fout op de modelresultaten aanzienlijk kan zijn, de trends die door het model worden voorspeld als betrouwbaar kunnen worden beschouwd.

Dit proefschrift vergroot onze kennis over de kinetiek van CO2 ontladingen en geeft nuttige aanwijzingen. Er is natuurlijk nog een lange weg te gaan voordat plasma-gebaseerde CO2 conversie op industriële schaal kan worden gebruikt, maar wij zijn van mening dat dit werk de weg vrijmaakt voor toekomstige modellering en experimenteel onderzoek.



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