Induktion af plasma i biomasse kan gøre biogas lettere at producere

At producere biogas fra den bakterielle nedbrydning af biomasse giver muligheder for en grønnere energifremtid, men den komplekse sammensætning af biomasse kommer med en lang række udfordringer.

Cellulose og træagtig lignocellulose i biomasse er særligt svære for bakterier at fordøje, gør processen ineffektiv. Kemisk, fysisk, eller mekaniske processer, eller flere af dem kombineret, kan bruges til forbehandling for at gøre biomasse lettere at fordøje, men mange af de nuværende løsninger er dyre eller ineffektive eller er afhængige af ætsende kemikalier.

I forskning støttet af Den Europæiske Fond for Regionaludvikling, udgivet i AIP fremskridt , forskere ved Leibniz Institute of Plasma Science and Technology tester plasmadannelse i biomasse og finder en lovende metode til forbehandling af biomasse.

"Plasmaet kan ses som en reaktiv gas, som indeholder populationer af partikler, der indeholder flere elektronvolt kinetisk energi. Denne energi kan bruges til at bryde bindingen af ​​kemikalierne og bryde bindingerne af molekyler, som de interagerer med, " sagde forfatter Bruno Honnorat.

"Det mest overraskende var at være i stand til at opnå plasmaudledningsforhold i en væske i bevægelse. Tilstedeværelsen af ​​en strømning komplicerer situationen betydeligt sammenlignet med alle de andre forsøgsopstillinger, der er studeret i litteraturen."

Arbejdet involverer oprettelse af en reaktor, hvor 2-kilowatt mikrobølgeimpulser injiceret i en bevægelig væskemodel inducerer plasmadannelse inden for et millisekund. Hele mikrobølgeeffekten er koncentreret til et lille hulrum, indeholdende mindre end 1 milliliter væske, som opvarmes, fordampet, og til sidst tændte, danner en ekspanderende plasmaboble.

Plasma-væske interaktionen danner reaktive arter, inklusive oxidationsmidler, såsom hydroxylradikaler og hydrogenperoxider, som hjælper med at nedbryde biomassen og reducere viskositeten, eller modstand mod strømning, af biomassematerialet. I partnerskab med en industrilandbrugspartner, processen vil blive yderligere testet i fuld skala i et biogasanlæg.

Forfatterne planlægger at fortsætte deres arbejde ved nærmere at undersøge, om plasmaet bryder polymerkæden og undersøge plasma-bobledynamikken for at evaluere størrelsen og formudviklingen, livstid, og tryk af bobler i plasmaet for bedre at forstå de reaktive arter, der skabes i plasmaet.

Deres arbejde kunne bruges til at øge biogasproduktionen, forbedring af effektiviteten af ​​mikrobølge-plasma-væske-interaktioner, og funktionalisering og modificering af polymerlængde i polymervidenskab.