Expanding the horizon of plasma-based CO2 conversion by post-plasma modifications, process design and upscaling

Promovendus/a: Colin O'Modhrain

Promotor(en): Annemie Bogaerts

Plasmagebaseerde CO₂-conversie ontwikkelt zich tot een veelbelovende technologie in de wereldwijde strijd tegen klimaatverandering. Hoewel de wetenschappelijke basis ervan inmiddels goed gekend is, is de volgende stap het ontwikkelen van efficiënte, praktische en schaalbare systemen voor gebruik in de praktijk.

Dit onderzoek brengt het vakgebied op vier belangrijke gebieden vooruit: het optimaliseren van post-plasmaprocessen, het integreren van extra reactanten en katalysatoren, het introduceren van nieuwe conversiemethoden en het opschalen van reactorontwerpen.

Een innovatief koolstofbedsysteem werkt samen met een plasmatronreactor met glijdende boog en maakt gebruik van een uniek geïsoleerd ontwerp om uniforme temperaturen te handhaven en restwarmte op te vangen voor een verbeterde efficiëntie. Deze opstelling maakt langdurige, zuurstofvrije werking mogelijk met hoge conversiepercentages tegen lage energiekosten. De efficiëntieverbeteringen worden voortgezet door de integratie van methaan en een nikkelgebaseerde katalysator in de post-plasmafase, waardoor effectieve "dry reforming" zonder gasverdunning mogelijk is. Deze configuratie bereikt de laagste gerapporteerde energiekosten voor post-plasma dry reforming tot nu toe. Een nieuw cyclisch proces transformeert vaste koolstof – een veelvoorkomend bijproduct – in een bruikbare reactant, waardoor de CO₂-omzetting toeneemt en het systeem schoon blijft. Deze zelfvoorzienende aanpak is compatibel met biogascomposities en kan een hoog methaangehalte verwerken.

Voor opschaling demonstreert het onderzoek een praktische methode om meerdere plasmareactoren in één behuizing te paralleliseren. Dit ontwerp combineert technische en economische voordelen en bereikt optimale prestaties en energie-efficiëntie bij een optimaalwerkpunt.

Door creatieve techniek te combineren met fundamenteel wetenschappelijk inzicht, biedt dit werk nieuwe mogelijkheden om CO₂ van een afvalproduct om te zetten in een hulpbron, waardoor plasmagebaseerde conversietechnologie dichter bij brede toepassing komt en bijdraagt aan de transitie naar een duurzame, klimaatneutrale toekomst.