CO2 is een van de broeikasgassen die zorgt voor de meeste opwarming van de aarde. CO2 vang je uit de lucht of uit uitlaatgassen afkomstig uit de industrie. In een plasmareactor wordt met behulp van een plasma de CO2 gesplitst in onder meer CO-moleculen en O-atomen.
Deze producten kunnen als basis dienen voor nieuwe chemicaliën en brandstoffen als methanol die eenvoudig toe te passen zijn in de huidige energie-infrastructuur. Door de CO2 die bij de verbranding van die brandstoffen vrijkomt weer op te vangen, creëer je een koolstofneutrale kringloop.
Maar hoe werkt dat nu precies? Hoe ontstaat zo’n CO2 -plasma en hoe maak je dat zonder veel energie te gebruiken? “Daarover is nog maar vrij weinig bekend”, zegt Luca Vialetto. Hij promoveerde 25 november cum laude op de chemische en natuurkundige processen achter CO2 -plasma om de materie beter te begrijpen. Daarmee kan het splitsen van CO2 efficiënter worden, met minder toegevoegde energie, benadrukt de onderzoeker.
Tot de kern
De TU/e-onderzoeker ging daarvoor eerst terug naar de basis. “Ik wilde weten wat er nu precies met plasma in zijn algemeenheid gebeurt. Als je een gas verhit, welke reacties vinden dan plaats met andere gassen en materialen? En wat betekent dat voor CO2?”
Vialetto keek vooral naar het transport en de botsingen van elektronen met andere atomen en moleculen. Daarvoor maakte hij een code, vanaf nul. En hij creëerde zijn eigen algoritme, gebaseerd op de Monte Carlo Flux methode. Daarmee zijn zowel nauwkeurige als snelle simulaties van elektronen in een plasma of in een gas mogelijk.
“Dit is belangrijk omdat elektronenbotsingen op zeer korte tijdschaal gebeuren, en dus de bottleneck zijn van plasmasimulaties. Ik heb deze snelle computeralgoritmen en nauwkeurige fysische modellen ontwikkeld om de belangrijkste fysische en chemische processen te beschrijven die bij CO2-plasma’s betrokken zijn.”
Groene technologie
Om tot zijn ingewikkelde berekeningen te komen had de onderzoeker veel aan de lessen die hij gaf aan jongere studenten. “Door hen op een hele simpele manier uit te leggen hoe natuurkundige en scheikundige processen werken, kon ik zelf ook tot de kern van het CO2-plasma komen. Dat opende mijn ogen”, zegt de promovendus enthousiast.
Door zijn computermodellering begrijpt Vialetto nu beter hoe het hele proces werkt en wanneer de moleculen zich precies opsplitsen in plasma en andere brandstoffen. “Daardoor kunnen we het proces efficiënter en met minder energie uitvoeren. Groene technologie wordt steeds belangrijker in de toekomst, en het is heel mooi dat ik daar met mijn onderzoek heb kunnen bijdragen.” Bron TU Eindhoven
