p Uma única etapa, o processo catalítico intensificado por plasma para converter dióxido de enxofre em enxofre puro a partir de correntes de gás residual pode fornecer um resultado promissor, alternativa mais ecologicamente correta para a térmica multiestágio atual, processos catalíticos e absortivos, de acordo com cientistas da Penn State. p "O dióxido de enxofre pode causar problemas ambientais significativos, como chuva ácida, e pode causar acidificação do mar, "disse Xiaoxing Wang, professor associado de pesquisa no Penn State EMS Energy Institute. "O enxofre também pode contribuir para partículas finas no ar que respiramos, que pode ser mais grave do que o próprio dióxido de enxofre. "

p A exposição a partículas foi estimada em causar 4,2 milhões de mortes prematuras e mais de 100 milhões de anos de vida ajustados por incapacidade - que mede os anos perdidos devido a doenças, invalidez ou morte - de acordo com o Lancet Global Burden of Diseases Study, publicado em 2015.

p De acordo com Wang, os métodos atuais de dessulfurização podem remover com sucesso o dióxido de enxofre das correntes de gás residual, mas não sem desvantagens significativas.

p Tecnologias de dessulfurização de gases de combustão, por exemplo, são os métodos mais usados ​​para capturar o dióxido de enxofre, mas esses processos criam uma grande quantidade de resíduos sólidos na forma de sulfato de metal que requer descarte. Além disso, esses processos produzem águas residuais que requerem tratamento adicional, tornando o método geral caro e prejudicial ao meio ambiente.

p Alternativamente, o dióxido de enxofre pode ser reduzido a enxofre elementar sólido por meio da catálise - uma reação química provocada por um catalisador e geralmente um agente redutor como o hidrogênio, metano, ou monóxido de carbono - e então usado como matéria-prima para coisas como fertilizantes. Contudo, altas temperaturas são normalmente necessárias no processo catalítico tradicional para atingir altos níveis de conversão. Isso não é ideal porque usa uma grande quantidade de energia e há uma perda de atividade do catalisador, de acordo com os cientistas.

p Devido a essas falhas, Wang e seus colegas testaram uma nova tecnologia, uma etapa, Processo catalítico assistido por plasma de baixa temperatura que elimina a necessidade de altas temperaturas e cria muito menos resíduos do que as tecnologias FGD.

p Para testar este processo, a equipe carregou um catalisador de sulfeto de ferro em um reator de leito compactado. Em seguida, eles introduziram o hidrogênio e as misturas de gás de dióxido de enxofre, que passou pelo leito do catalisador a cerca de 300 graus Fahrenheit. Eles então ligaram o plasma não-térmico e as reações começaram imediatamente a ocorrer.

p Assim que o processo for concluído, eles analisaram as amostras para ver quanto dióxido de enxofre havia no gás e quanto hidrogênio foi consumido. Eles também coletaram e analisaram o enxofre sólido, que se acumula no fundo do reator. Eles publicaram seus resultados em Catálise ACS e uma edição recente do Journal of Catalysis.

p "A temperatura que usamos, 150 graus C (cerca de 300 graus F), é maior do que o ponto de fusão do enxofre para evitar a deposição de enxofre sobre o catalisador, "Disse Wang." Por meio desse processo, o catalisador mostra uma estabilidade muito excelente. Quando executado por várias horas, não vemos nenhuma desativação. A atividade e a seletividade permanecem as mesmas. "

p Os pesquisadores também descobriram que esse processo promoveu drasticamente a redução do dióxido de enxofre em baixas temperaturas, aumentando a conversão em 148% a 200 por cento e 87 a 120 por cento usando hidrogênio e metano, respectivamente.

p Sean Knecht, professor assistente na Escola de Design de Engenharia, Tecnologia e Programas Profissionais, disse que o NTP funciona porque os elétrons altamente energéticos interagem com as moléculas de gás para produzir espécies reativas - radicais, íons e moléculas excitadas - permitindo várias reações químicas em baixa temperatura.

p "O resultado é que os elétrons são capazes de iniciar o que parecem ser reações químicas termodinamicamente desfavoráveis ​​por meio da dissociação e excitação de reagentes a temperaturas muito mais baixas do que a catálise térmica, "Knecht disse." Se essas reações podem ser realizadas em temperaturas muito mais baixas do que as típicas para catálise térmica, como mostramos, então, a entrada de energia para sistemas futuros é significativamente reduzida, o que é um grande negócio. "

p Wang acrescentou que o uso de plasma permite que eles alcancem um desempenho ideal usando apenas 10 watts de eletricidade. Outra vantagem é que a energia renovável, como eólica ou solar, pode ser facilmente aplicado a este processo para fornecer energia ao plasma.

p Os pesquisadores agora querem entender melhor exatamente como o plasma contribui para o processo de catálise e buscam desenvolver um catalisador ainda mais eficaz para o processo.

p "Um desafio atual para o qual estamos trabalhando é isolar ainda mais os efeitos do plasma versus os efeitos do catalisador e os aspectos sinérgicos, "Knecht disse." Estamos analisando algumas opções de espectroscopia de superfície atualmente e em algum ponto, combinando com modelagem computacional. A combinação desses elementos pode fornecer uma compreensão mais holística da física e da química em jogo. "

p Se o processo for comercializável, tem o potencial de substituir amplamente as tecnologias FDG atuais.

p "É altamente benéfico para a energia e o meio ambiente, "Disse Wang." Nosso processo economiza energia, reduz o desperdício e economiza água. Isso é muito transformador. "