Células eletroquímicas ajudam a reciclar CO ₂ . Contudo, as superfícies catalíticas se desgastam no processo. Pesquisadores do Collaborative Research Center 1316 "Plasmas atmosféricos transitórios:de plasmas a líquidos a sólidos" na Ruhr-Universität Bochum (RUB) estão explorando como eles podem ser regenerados com o apertar de um botão usando plasmas extremos na água. Em um primeiro, eles implantaram espectroscopia óptica e modelagem para analisar esses plasmas subaquáticos em detalhes, que existem apenas por alguns nanossegundos, e descrever teoricamente as condições durante a ignição do plasma. Eles publicaram seu relatório no jornal Ciência e tecnologia de fontes de plasma em 4 de junho de 2019.

Plasmas são gases ionizados:eles são formados quando um gás é energizado e contém elétrons livres. Na natureza, plasmas ocorrem dentro das estrelas ou assumem a forma de luzes polares na Terra. Na engenharia, plasmas são utilizados, por exemplo, para gerar luz em lâmpadas fluorescentes, ou para fabricar novos materiais no campo da microeletrônica. "Tipicamente, plasmas são gerados na fase gasosa, por exemplo, no ar ou em gases nobres, "explica Katharina Grosse, do Instituto de Física Experimental II do RUB.

Rupturas na água

No estudo atual, os pesquisadores geraram plasmas diretamente em um líquido. Para este fim, eles aplicaram uma alta tensão a um eletrodo submerso de couro cabeludo por um intervalo de vários bilhões de segundos. Após a ignição do plasma, há uma alta diferença de pressão negativa na ponta do eletrodo, o que resulta na formação de rupturas no líquido. O plasma então se espalha por essas rupturas. "O plasma pode ser comparado a um raio - só que neste caso acontece debaixo d'água, "diz Katharina Grosse.

Mais quente que o sol

Usando espectroscopia óptica rápida em combinação com um modelo de dinâmica de fluidos, a equipe de pesquisa identificou as variações de poder, pressão, e temperatura nesses plasmas. "No processo, observamos que o consumo dentro desses plasmas chega brevemente a 100 quilowatts. Isso corresponde à carga conectada de várias casas unifamiliares, "destaca o professor Achim von Keudell, do Institute for Experimental Physics II.

Além disso, são geradas pressões que excedem vários milhares de bares - correspondendo ou mesmo excedendo a pressão na parte mais profunda do Oceano Pacífico. Finalmente, há pequenas explosões de temperatura de vários milhares de graus, que aproximadamente igualam e até superam a temperatura da superfície do sol.

A água é dividida em seus componentes

Essas condições extremas duram muito pouco tempo. "Os estudos até agora se concentraram principalmente em plasmas subaquáticos na faixa de microssegundos, "explica Katharina Grosse." Nesse espaço de tempo, as moléculas de água têm a chance de compensar a pressão do plasma. "Os plasmas extremos que foram objeto do presente estudo apresentam processos muito mais rápidos. A água não consegue compensar a pressão e as moléculas se dividem em seus componentes .

"O oxigênio que é liberado desempenha um papel vital para as superfícies catalíticas nas células eletroquímicas, "explica Katharina Grosse." Ao reoxidar essas superfícies, ajuda-os a se regenerar e retomar toda a sua atividade catalítica. Além disso, reagentes dissolvidos em água também podem ser ativados, facilitando assim os processos de catálise. "