Pour rompre les liaisons chimiques dans le CO₂ molécules, la chaleur est nécessaire. Une façon d'obtenir cette chaleur est à partir de plasmas, et on sait depuis longtemps que les plasmas peuvent séparer efficacement le CO₂ , grâce à des recherches vieilles de 40 ans en Union soviétique.

"Les problèmes liés au climat et aux gaz à effet de serre ont conduit à cette ancienne recherche [qui a] été explorée par de nombreux scientifiques", explique Alex van de Steeg, chercheur au sein du groupe Processus élémentaires dans les rejets gazeux du département de physique appliquée.

Alors que la recherche ancienne a laissé sa marque sur les scientifiques, elle les a également confondus. "Il a été difficile de reproduire les résultats antérieurs", note Van de Steeg. "Par exemple, des expériences récentes avec le CO₂ les plasmas ont montré que des températures plus élevées sont nécessaires, au-dessus de 3000 kelvin (K) en fait. Mais les anciennes recherches indiquent que le fractionnement peut avoir lieu à des températures plus basses."

Motivation pour de nouvelles méthodes

Le désaccord entre les résultats passés et les tentatives récentes de les reproduire s'est avéré une grande motivation pour les recherches de Van de Steeg, qu'il a menées à DIFFER sous la supervision de Gerard van Rooij et Richard van de Sanden et en collaboration avec l'Université de Maastricht et Shell.

"Pour mieux comprendre comment le CO₂ se dissocie ou se divise dans un plasma, nous avons développé de nouvelles façons d'étudier le CO₂ des plasmas générés dans un micro-ondes à l'aide de diagnostics dits de diffusion laser », explique Van de Steeg. « Cela implique de focaliser un faisceau laser intense dans le plasma, puis de mesurer la lumière diffusée. De cette façon, nous pouvons recueillir des informations temporelles et spatiales sur la température et la composition du plasma."

Mesures du CO₂ le plasma a fourni des informations sur les processus chimiques et physiques qui se produisent lors de la séparation des molécules. De plus, les chercheurs ont acquis une nouvelle appréciation des conditions extrêmes du CO₂ plasmas. "La température du plasma dépasse 6000 K, ce qui est plus chaud que la surface du soleil", note Van de Steeg.

Sonder le plasma a également aidé Van de Steeg et les chercheurs à créer une carte du plasma, qu'ils ont ensuite combinée à un modèle numérique. "Cela nous a aidés à identifier les taux de réaction et les molécules impliquées dans ces réactions dans différentes parties du plasma, et cela a montré que la réactivité chimique dépend de températures très élevées, ce qui contredit les résultats antérieurs. Avant, nous n'avions pas ces informations, donc avoir cette information est important."

Les réactions comptent

De plus, les recherches de Van de Steeg ont révélé les réactions chimiques qui produisaient le plus de CO, ce qui augmenterait bien sûr le potentiel de produire plus de carburants par la suite.

"Deux réactions conduisent à presque tous les éclatements :les collisions de CO₂ molécules avec d'autres molécules dans le plasma, et l'agrégation de O et CO₂ (connue sous le nom d'association) qui conduit finalement au CO et à l'O₂ ", déclare Van de Steeg.

Et c'est la deuxième de ces réactions qui pourrait conduire à une efficacité énergétique accrue (ou supérieure) du CO₂ thermique réacteurs. "Efficacité maximale sans O-CO₂ l'association est juste au-dessus de 50%, qui augmente à 70% lorsqu'ils sont inclus. Et c'est proche des gains d'efficacité atteints dans les expériences d'il y a 40 ans."

Une chose à noter est que beaucoup d'énergie est nécessaire pour initier les réactions plasma, mais cette énergie peut être plus qu'équilibrée grâce au potentiel d'utilisation des molécules de CO pour fabriquer des carburants durables. "Ainsi, au lieu d'extraire du pétrole des puits pour produire des combustibles fossiles, nous pouvons fabriquer des combustibles en utilisant le CO₂ déjà dans l'atmosphère à cause de la combustion de combustibles dans le passé. C'est un processus circulaire en quelque sorte."

Carburants du futur

Les recherches de Van de Steeg indiquent que les rendements énergétiques élevés du CO₂ sont à portée de main, et il est très optimiste quant à la direction que pourraient prendre ces découvertes. "Grâce à ces découvertes et à une conception soignée du réacteur, des rendements énergétiques élevés sont à portée de main, ce qui signifie que les approches de séparation du plasma pourraient constituer une technologie intéressante pour la transition énergétique."

Et ce qui le rend encore plus attrayant, c'est la disponibilité d'équipements de rayonnement micro-ondes à grande échelle qui peuvent être utilisés pour séparer le CO₂ à l'aide de plasmas. Avec beaucoup de CO₂ dans l'atmosphère et la technologie en place, il semble que ce ne soit qu'une question de temps avant que des recherches comme celle de Van de Steeg aident à établir des réacteurs pour produire de futurs combustibles à partir de CO₂ .