Arbeitsgruppe Plasma-Gaskonversion

Die Nutzung von Niedertemperaturplasmen (thermisch oder im Nichtgleichgewicht) zur Konversion von im Überfluss vorhandenen Molekülen zu wertvollen Chemikalien ist ein aufstrebendes Forschungsfeld. Die Technologie ist aufgrund ihrer kurzen Anlaufzeit besonders attraktiv für die Anwendung in den Stoßzeiten der erneuerbaren Energieversorgung. Fokus der Arbeitsgruppe ist die Konversion von Kohlendioxid (CO₂) zu Kohlenmonoxid (CO) sowie Wasserstoffproduktion aus Pyrolyse von Methan (CH₄) und Zersetzung von Ammoniak (NH₃) mit Hilfe von Mikrowellenplasmen. Darüber hinaus erforschen wir die Synthese von Ammoniak (NH₃) mit Hilfe von dielektrischen Barriereentladungen (DBD).

Die Arbeitsgruppe Plasma-Gaskonversion (P4G) untersucht CO₂ Mikrowellenplasmen über einen weiten Druckbereich bis hin zu Atmosphärendruck für die Produktion von CO mit einem Fokus auf die fundamentalen Prozesse im Plasma. Dies erlaubt es, die Mechanismen der Gaskonversion in den verschiedenen Plasmen, beispielsweise direkte Dissoziation durch Elektronenstöße im Nichtgleichgewicht, oder thermische Dissoziation bei Atmosphärendruck, besser zu verstehen und neue Plasmareaktoren mit verbesserter Effizienz zu entwickeln.

Synergetische Effekte für die Gaskonversion, die beim Plasmakontakt mit katalytischen Oberflächen auftreten können, werden in einem DBD Reaktor untersucht. Die vielseitigen Eigenschaften der Plasmaumgebung (z.B. durch Elektronen, Photonen, Radikale, energetisch angeregte Spezies) haben das Potential gemeinsam mit den Materialeigenschaften (z.B. Dielektrizität, Porosität, Oberflächenaktivität) alternative Reaktionswege zu eröffnen.

Unsere Plasmareaktoren werden mit verschiedenen diagnostischen Methoden, wie z.B. Zwei-Photonen laserinduzierte Fluoreszenz (TALIF), optische Emissionsspektroskopie (OES), Gaschromatographie (GC), Massenspektrometrie (MS), Fourier Transform Infrarot Spektroskopie (FTIR), und in-vacuo Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) untersucht und charakterisiert. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen werden unterstützt durch Simulation der Plasmen mit Fluid-elektromagnetischen Modellen und numerische Strömungsmechanik.