NSERC-DFG SUSTAIN: Plasma-Elektrifizierung von chemischen Produkten - auf dem Weg zu einer grünen Industrie mit Netto-Null-Kohlenstoffausstoß und nachhaltiger Verarbeitung (PLANET)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Mussenbrock
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534102992

PLANET identifiziert einen neuartigen Ansatz zur nicht-thermischen plasmabasierten Dissoziation von Molekülen als Möglichkeit zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen sowie des CO2-Gehalts in der Atmosphäre. Das Ziel besteht darin, innovative Lösungen für die Klimakrise zu finden. Durch gezielte schwingungsinduzierte Anregung werden wir CO2 in Sauerstoff (O2) und Kohlenmonoxid (CO) aufspalten, welche weiterhin zur Herstellung von Treibstoffen genutzt werden können, um eine kohlenstoffneutrale Produktion zu erreichen. Die schwingungsinduzierte Anregung bis zum Punkt der Molekül-Dissoziation, bekannt als "Vibrational Ladder Climbing (VLC)", ist entscheidend für die effiziente plasmabasierte Dissoziation von CO2. Der schwingungsinduzierte Leiteraufstieg wird durch Kollisionen mit niederenergetischen Elektronen maximiert. Wir verwenden eine neuartige zeitbasierte Steuerung der Elektronenenergie, um diese Elektronen zu erzeugen. Da die erforderlichen elektrischen Felder zu niedrig sind, um ein Plasma bei Atmosphärendruck aufrechtzuerhalten, verwendet PLANET einen Ansatz, der eine Kombination aus angepassten Hochfrequenz-Spannungsformen (VWT) und Hochspannungs-Nanosekunden-Pulsen nutzt. Die Pulse erzeugen die Entladung, während VWT uns ermöglicht, den nicht-thermischen Energieübertrag auf die Elektronen im Zeitbereich zu steuern und die Entladung mit einem elektrischen Feld aufrechtzuerhalten, das niedrig genug ist, um das VLC selektiv anzuregen. Mithilfe komplementärer hybrider Simulationen und neuartiger experimenteller ultraschneller diagnostischer Methoden, die die Anregung und Abregung auf einer nicht-adiabatischen Zeitskala beobachten, werden wir das notwendige Verständnis für die grundlegende Plasma-Chemie gewinnen. Die drei Hauptforschungsherausforderungen der plasmabasierten CO2-Reformierung, die PLANET angeht, sind i) über den aktuellen Stand der Technik in der Anpassung elektrischer Felder hinauszugehen, ii) die komplexe Plasma-Chemie durch die Entwicklung neuer hybrider Ansätze zu modellieren, und iii) die CO2-Dissoziationswege zu analysieren, indem die nicht-adiabatischen Dynamik der Besetzung der schwingungsinduzierten Energieniveaus mit ultraschneller mid-IR-Spektroskopie aufgelöst werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Partnerorganisation: Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
• Mitverantwortlich: Dr. Ihor Korolov
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stephan Reuter; Professor Dr. Denis Seletskiy, Ph.D.