Regelung der Elektronendynamik in Radiofrequenz-getriebenen Mikroplasmajets für effiziente CO2-Konversion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Mussenbrock
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445072286

Die Idee, CO2 wiederzuverwenden und in nutzbare Stoffe umzuwandeln, steht seit einigen Jahre im Fokus des wissenschaftlichen und öffentlichen Interesses. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die thermische CO2-Konversion nicht sehr effizient ist. Niedertemperaturplasmen mit ihren "milden", aber in weiten Bereichen kontrollierbaren Betriebsbedingungen können allerdings eine vielversprechende Alternative sein, durch energetische Elektronen anstatt durch reine Wärme eine energieeffiziente CO2-Konversion zu ermöglichen. In diesem Projekt werden dazu Hochfrequenz-getriebene Atmosphärendruck-Mikroplasmajets vorgeschlagen und die Potentiale und Grenzen ihrer Anwendung für die CO2-Konversion basierend auf numerischer Simulation grundlegend untersucht. In diesen Plasmen ist es möglich, die Elektronenenergieverteilungsfunktion (EEDF) so einzustellen, dass sie die Verteilung der Energie in verschiedenen Modi steuert. Dadurch sollte es gelingen, energieeffiziente und somit wichtige Kanäle für die CO2-Dissoziation zu schaffen. Dies gilt insbesondere für den Energieanteil, der in die für eine effiziente Dissoziation von CO2 entscheidende Schwingungsanregung geht. Um die Elektronendynamik mittels maßgeschneiderter Anregungsspannung zu kontrollieren, muss die Enstehung des EEDF grundlegend verstanden werden. Die deutsche Gruppe wird sich auf die Untersuchung der Kopplung zwischen der Plasmakinetik und der Kontrolle der EEDF sowie den verschiedenen Dissoziationsmechanismen konzentrieren. Die russische Gruppe wird sich mit der Bestimmung der Schwingungsverteilung und der neutralen Chemie im Effluenten des Plasmajets auf der langen Zeitskala befassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation, bis 3/2022
• Kooperationspartnerin: Dr. Natalia Babaeva, bis 3/2022