La production de biogaz à partir de la décomposition bactérienne de la biomasse présente des options pour un avenir énergétique plus vert, mais la composition complexe de la biomasse s'accompagne d'une longue liste de défis.

La cellulose et la lignocellulose ligneuse dans la biomasse sont particulièrement difficiles à digérer pour les bactéries, rendant le processus inefficace. Chimique, physique, ou des procédés mécaniques, ou plusieurs d'entre eux combinés, peut être utilisé en prétraitement pour faciliter la digestion de la biomasse, mais bon nombre des solutions actuelles sont coûteuses ou inefficaces ou reposent sur des produits chimiques corrosifs.

Dans le cadre d'une recherche soutenue par le Fonds européen de développement régional, Publié dans Avances AIP , des chercheurs de l'Institut Leibniz des sciences et technologies du plasma testent la formation de plasma dans la biomasse et trouvent une méthode prometteuse pour le prétraitement de la biomasse.

"Le plasma peut être vu comme un gaz réactif, qui contient des populations de particules qui contiennent plusieurs électrons-volts d'énergie cinétique. Cette énergie peut être utilisée pour rompre la liaison des produits chimiques et rompre les liaisons des molécules avec lesquelles ils interagissent, ", a déclaré l'auteur Bruno Honnorat.

"Le plus surprenant était de pouvoir obtenir des conditions de décharge de plasma dans un liquide en mouvement. La présence d'un écoulement complique considérablement la situation par rapport à tous les autres montages expérimentaux étudiés dans la littérature."

Le travail consiste à créer un réacteur dans lequel des impulsions micro-ondes de 2 kilowatts injectées dans un modèle de liquide en mouvement induisent la formation de plasma en une milliseconde. La totalité de la puissance micro-onde est concentrée dans une petite cavité, contenant moins de 1 millilitre de liquide, qui est chauffé, vaporisé, et enfin enflammé, formation d'une bulle de plasma en expansion.

L'interaction plasma-liquide forme des espèces réactives, y compris les agents oxydants, tels que les radicaux hydroxyles et les peroxydes d'hydrogène, qui aident à décomposer la biomasse et à diminuer la viscosité, ou résistance à l'écoulement, du matériau de biomasse. En partenariat avec un partenaire de l'agriculture industrielle, le procédé sera encore testé à grande échelle dans une usine de biogaz.

Les auteurs prévoient de poursuivre leurs travaux en examinant de plus près si le plasma rompt la chaîne polymère et en étudiant la dynamique des bulles de plasma pour évaluer l'évolution de la taille et de la forme, durée de vie, et la pression des bulles dans le plasma pour mieux comprendre les espèces réactives créées dans le plasma.

Leurs travaux pourraient être utilisés pour augmenter la production de biogaz, améliorer l'efficacité des interactions micro-ondes-plasma-liquide, et fonctionnaliser et modifier la longueur des polymères en science des polymères.