Les cellules électrochimiques aident à recycler le CO 2 . Cependant, les surfaces catalytiques s'usent au cours du processus. Des chercheurs du Centre de recherche collaboratif 1316 « Plasmas atmosphériques transitoires :des plasmas aux liquides aux solides » de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) étudient comment ils pourraient être régénérés en appuyant sur un bouton en utilisant des plasmas extrêmes dans l'eau. Dans un premier, ils ont déployé la spectroscopie optique et la modélisation pour analyser en détail de tels plasmas sous-marins, qui n'existent que quelques nanosecondes, et de décrire théoriquement les conditions lors de l'allumage du plasma. Ils ont publié leur rapport dans la revue Science et technologie des sources de plasma le 4 juin 2019.

Les plasmas sont des gaz ionisés :ils se forment lors de la mise sous tension d'un gaz qui contient alors des électrons libres. Dans la nature, les plasmas se produisent à l'intérieur des étoiles ou prennent la forme de lumières polaires sur Terre. En ingénierie, les plasmas sont utilisés par exemple pour générer de la lumière dans des lampes fluorescentes, ou pour fabriquer de nouveaux matériaux dans le domaine de la microélectronique. "Typiquement, les plasmas sont générés en phase gazeuse, par exemple dans l'air ou dans les gaz rares, " explique Katharina Grosse de l'Institute for Experimental Physics II de la RUB.

Des ruptures dans l'eau

Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont généré des plasmas directement dans un liquide. À cette fin, ils ont appliqué une haute tension à une électrode capillaire immergée pendant plusieurs milliardièmes de secondes. Après l'allumage du plasma, il y a une forte différence de pression négative à la pointe de l'électrode, ce qui entraîne la formation de ruptures dans le liquide. Le plasma se propage ensuite à travers ces ruptures. "Le plasma peut être comparé à un éclair - seulement dans ce cas, il se produit sous l'eau, " dit Katharina Grosse.

Plus chaud que le soleil

En utilisant la spectroscopie optique rapide en combinaison avec un modèle de dynamique des fluides, l'équipe de recherche a identifié les variations de puissance, pression, et la température dans ces plasmas. "Dans le processus, nous avons observé que la consommation à l'intérieur de ces plasmas s'élève brièvement jusqu'à 100 kilowatts. Cela correspond à la charge connectée de plusieurs maisons unifamiliales, " souligne le professeur Achim von Keudell de l'Institut de physique expérimentale II.

En outre, des pressions dépassant plusieurs milliers de bars sont générées, correspondant voire dépassant la pression au plus profond de l'océan Pacifique. Finalement, il y a de courtes rafales de températures de plusieurs milliers de degrés, qui à peu près égale et même surpasse la température de surface du soleil.

L'eau est décomposée en ses composants

Ces conditions extrêmes ne durent que très peu de temps. "Les études à ce jour s'étaient principalement concentrées sur les plasmas sous-marins de l'ordre de la microseconde, " explique Katharina Grosse. " Dans cet espace de temps, les molécules d'eau ont la chance de compenser la pression du plasma. » Les plasmas extrêmes qui ont fait l'objet de la présente étude présentent des processus beaucoup plus rapides. L'eau ne peut pas compenser la pression et les molécules sont décomposées en leurs composants .

« L'oxygène ainsi libéré joue un rôle vital pour les surfaces catalytiques des cellules électrochimiques, " explique Katharina Grosse. " En ré-oxydant de telles surfaces, il les aide à se régénérer et à reprendre toute leur activité catalytique. De plus, les réactifs dissous dans l'eau peuvent également être activés, facilitant ainsi les processus de catalyse."