Para dividir as ligações químicas em CO₂ moléculas, o calor é necessário. Uma maneira de obter esse calor é a partir de plasmas, e há muito se sabe que os plasmas podem dividir com eficiência o CO₂ , graças a uma pesquisa de 40 anos da União Soviética.
“Problemas com o clima e os gases de efeito estufa levaram a essa pesquisa antiga [que] foi explorada por muitos cientistas”, diz Alex van de Steeg, pesquisador do grupo de Processos Elementares em Descargas de Gás do Departamento de Física Aplicada.

Embora a pesquisa antiga tenha deixado sua marca nos cientistas, também os confundiu. "Tem sido difícil reproduzir resultados anteriores", observa Van de Steeg. "Por exemplo, experimentos recentes com CO₂ plasmas mostraram que são necessárias temperaturas mais altas, acima de 3000 kelvin (K) de fato. Mas a pesquisa antiga indica que a divisão pode ocorrer em temperaturas mais baixas."

Motivação para novos métodos

A discordância entre os resultados anteriores e as tentativas recentes de replicá-los foram uma grande motivação para a pesquisa de Van de Steeg, que ele realizou na DIFFER sob a supervisão de Gerard van Rooij e Richard van de Sanden e em colaboração com a Universidade de Maastricht e a Shell.

"Para obter uma melhor compreensão de como CO₂ dissocia ou se divide em um plasma, desenvolvemos novas maneiras de estudar CO₂ plasmas gerados em um micro-ondas usando o chamado diagnóstico de espalhamento de laser", diz Van de Steeg. "Isso envolve focar um feixe de laser intenso no plasma e, em seguida, medir a luz espalhada. Desta forma, podemos reunir informações temporais e espaciais sobre a temperatura e composição do plasma."

Medições do CO₂ plasma forneceu informações sobre os processos químicos e físicos que ocorrem durante a divisão das moléculas. Além disso, os pesquisadores ganharam uma nova apreciação pelas condições extremas em CO₂ plasmas. "A temperatura do plasma excede 6.000 K, que é mais quente que a superfície do sol", observa Van de Steeg.

Sondar o plasma também ajudou Van de Steeg e os pesquisadores a criar um mapa do plasma, que eles combinaram com um modelo numérico. "Isso nos ajudou a identificar as taxas de reação e as moléculas envolvidas nessas reações em diferentes partes do plasma, e mostrou que a reatividade química depende de temperaturas muito altas, o que contradiz os resultados anteriores. Antes não tínhamos essa informação, então ter essa informação é significativo."

Contagem de reações

Além disso, a pesquisa de Van de Steeg revelou as reações químicas que produziram mais CO, o que obviamente aumentaria o potencial de produzir mais combustíveis posteriormente.

"Duas reações levam a quase todas as divisões:colisões de CO₂ moléculas com outras moléculas no plasma, e a agregação de O e CO₂ (conhecido como associação) que eventualmente leva a CO e O₂ ", diz Van de Steeg.

E é a segunda dessas reações que pode levar a um aumento (ou maior) eficiência energética do CO térmico₂ reatores. "Eficiência máxima sem O-CO₂ associação é um pouco acima de 50%, que aumenta para 70% quando são incluídos. E isso está próximo das eficiências alcançadas em experimentos há 40 anos."

Uma coisa a notar é que é necessária muita energia para iniciar as reações do plasma, mas essa energia pode ser mais do que equilibrada graças ao potencial de usar as moléculas de CO para produzir combustíveis sustentáveis. "Então, em vez de tirar petróleo dos poços para produzir combustíveis fósseis, podemos produzir combustíveis usando o CO₂ já na atmosfera da combustão de combustíveis no passado. É uma espécie de processo circular."

Futuros combustíveis

A pesquisa de Van de Steeg indica que a alta eficiência energética do CO₂ divisão estão ao alcance, e ele está muito otimista sobre onde essas descobertas podem ir. "Com essas descobertas e o design cuidadoso do reator, as altas eficiências energéticas estão ao alcance, o que significa que as abordagens de divisão de plasma podem ser uma tecnologia atraente para a transição energética".

E o que o torna ainda mais atraente é a disponibilidade de equipamentos de radiação de micro-ondas em grande escala que podem ser usados ​​para dividir CO₂ usando plasmas. Com bastante CO₂ na atmosfera e na tecnologia existente, parece que é apenas uma questão de tempo até que pesquisas como a de Van de Steeg ajudem a estabelecer reatores para produzir futuros combustíveis a partir de CO₂ .