Um sopro de plasma, quando combinado com um catalisador nanométrico, pode fazer com que as reações químicas ocorram mais rapidamente, mais seletivamente, em temperaturas mais baixas, ou com tensões mais baixas do que sem plasma - e ninguém sabe realmente por quê.

Usando modelagem de computador, Juliusz Kruszelnicki, da Universidade de Michigan, investigou as interações entre plasmas e catalisadores de metal embutidos em grânulos de cerâmica em um reator de leito fixo. Ele descobriu isso juntos, os metais, grânulos e gás criam plasma que intensifica os campos elétricos e aquece localmente o catalisador, que pode então acelerar as reações.

Kruszelnicki falará sobre este trabalho na 71ª Conferência Anual de Eletrônica Gasosa da American Physical Society e na 60ª Reunião Anual da Divisão de Física de Plasma da APS, que acontecerá na próxima semana, 5 a 9 de novembro no Centro de Convenções de Oregon em Portland.

Esses reatores de plasma têm um enorme potencial para tornar processos químicos valiosos mais eficientes e econômicos, como a remoção da poluição do ar, conversão de dióxido de carbono em combustíveis e produção de amônia para fertilizante, por meio da "conversão química do plasma".

"Combinar sistemas termocatalíticos e plasmas permite novos caminhos para a produção de produtos químicos que, de outra forma, você não conseguiria, ou talvez fazê-lo com maior eficiência, "Kruszelnicki disse.

Kruszelnicki modelou as interações de plasma e catalisadores usando códigos multifísicos avançados desenvolvidos no laboratório de Mark J. Kushner na Universidade de Michigan. Isso inclui módulos para fenômenos como eletromagnetismo, química de superfície, dinâmica de fluidos e cinética química. Ele modelou um reator de leito compactado, que é um tubo cheio de contas de cerâmica, com uma corrente elétrica passando por eletrodos concêntricos. Quando os gases se movem através do reator, catalisadores fazem com que eles reajam de maneiras específicas, como a combinação de nitrogênio e hidrogênio para gerar amônia.

Kruszelnicki descobriu que quando as contas são incorporadas com partículas de catalisador metálico e depois eletrificadas, emissão de campo de elétrons ocorre, o que permite maiores densidades de plasma. O plasma aquece o catalisador, o que pode fazer com que a reação química prossiga com mais rapidez e eficiência, potencialmente diminuindo a potência aplicada necessária para a reação.

"Por meio desse processo de localização do campo elétrico, elétrons podem ser emitidos da superfície das partículas de metal e iniciar um plasma, onde de outra forma não ocorreria, "Kruszelnicki disse.

Simulando química de plasma de baixa temperatura, Kruszelnicki e outros membros do laboratório Kushner estão descobrindo novas maneiras de plasma e catalisadores trabalharem juntos para tornar a conversão química do plasma mais eficiente do que a conversão química tradicional. Atualmente, eles estão trabalhando com o Programa de Centros de Pesquisa Cooperativa da Universidade da Indústria da National Science Foundation para colaborar com as empresas na tradução desta pesquisa para uso na indústria. Eles também esperam que esses processos mais eficientes sejam compatíveis com aplicativos fora da rede, como fazer fertilizantes para agricultores de subsistência usando energia solar.