为了分裂CO2分子中的化学键，需要加热。获得这种热量的一种方法是来自等离子体，由于苏联 40 年的研究，人们早就知道等离子体可以有效地分解 CO2 。
“气候和温室气体问题导致了这项古老的研究[已]被许多科学家探索，”应用物理系气体排放基本过程小组的研究员 Alex van de Steeg 说。
虽然旧的研究在科学家身上留下了印记，但也让他们感到困惑。“很难重现过去的结果，”Van de Steeg 指出。“例如，最近对 CO2等离子体的实验表明，需要更高的温度，实际上高于 3000 开尔文 (K)。但旧的研究表明，分裂可以在较低的温度下发生。”
新方法的动机
过去的结果与最近的复制尝试之间的分歧证明了 Van de Steeg 研究的巨大动力，他在 Gerard van Rooij 和 Richard van de Sanden 的监督下与马斯特里赫特大学和壳牌合作在 DIFFER 进行了这项研究。
“为了更好地了解 CO2如何在等离子体中解离或分裂，我们开发了使用所谓的激光散射诊断技术研究在微波中产生的CO2等离子体的新方法，”Van de Steeg 说。“这涉及将强激光束聚焦到等离子体中，然后测量散射的光。通过这种方式，我们可以收集有关等离子体温度和成分的时间和空间信息。”
CO2等离子体的测量提供了有关分子分裂过程中发生的化学和物理过程的信息。除此之外，研究人员对 CO 2等离子体中的极端条件有了新的认识。“等离子体温度超过 6000 K，比太阳表面还热，”Van de Steeg 指出。
探测等离子体还帮助范德斯蒂格和研究人员创建了等离子体地图，然后他们将其与数值模型相结合。“这有助于我们确定等离子体不同部分的反应速率和参与这些反应的分子，它表明化学反应性取决于非常高的温度，这与过去的结果相矛盾。在我们没有这些信息之前，所以拥有这些信息很重要。”
反应计数
更重要的是，范德斯蒂格的研究揭示了产生最多二氧化碳的化学反应，这当然会增加之后生产更多燃料的潜力。
“两个反应导致几乎所有的分裂：CO2分子与等离子体中其他分子的碰撞，以及最终导致 CO 和 O2的 O 和 CO2的聚集(称为缔合)，”Van de Steeg 说。
正是这些反应中的第二个可能导致热 CO2反应器的能源效率增加(或更大)。“没有 O-CO2缔合的最大效率略高于 50%，如果包括它们，则增加到 70%。这接近 40 年前实验中达到的效率。”
需要注意的一点是，启动等离子体反应需要大量能量，但由于使用 CO 分子制造可持续燃料的潜力，这种能量可以平衡得更多。“因此，我们可以利用过去燃烧燃料中已经存在于大气中的 CO 2来制造燃料，而不是从井中提取石油来生产化石燃料。这是一种循环过程。”
未来燃料
Van de Steeg 的研究表明，CO 2分解的高能效是可以实现的，他对这些发现的发展方向非常乐观。“有了这些发现和仔细的反应器设计，高能效已经触手可及，这意味着等离子体分裂方法可能是能源转型的一项有吸引力的技术。”
使其更具吸引力的是大规模微波辐射设备的可用性，该设备可用于使用等离子体分解 CO2 。随着大气中大量的 CO2和适当的技术，Van de Steeg 等研究帮助建立反应堆以利用 CO2生产未来燃料似乎只是时间问题。
