Induktive Plasmabrenner
Mehr als 12.000 K – um diese Temperaturen zu erzeugen und zu nutzen ist unsere Expertise gefragt. Durch das Zusammenspiel von unser Plasmatechnologie Gruppe und der Leistungselektronik Gruppe ist diese Temperatur jedoch am Lichttechnischen Institut (LTI) der neue Standard.
Das Prinzip der induktiven Plasmaerzeugung ist schon lange bekannt. Durch die benötigten hochfrequenten Ströme im hohen Leistungsbereich war es jedoch technisch bisher nicht möglich die Leistungsversorgung effizient zu gestalten. Dies wurde durch die Entwicklungen am LTI in 5 Jahren Forschung nun geändert.
Mit hocheffizienter Leistungselektronik mit Siliziumcarbid Transistoren konnte in der Arbeitsgruppe Licht-, EVG- und Plasmatechnologien eine Leistungserzeugung von 25 kW bei einer Frequenz von 3 MHz entwickelt werden, welche eine Effizienz von über 95% ermöglichen. Durch den modularen Aufbau mehrerer dieser Torches, sind dem Leistungsbereich quasi keine Grenzen gesetzt.
Die hohe Effizienz rücken nun neue Anwendungen in den Blickpunkt der aktuellen Forschung. Mit Fokus auf grüne Technologien zur Reduktion befassen sich die Mitarbeiter der Arbeitsgruppe unter anderem mit:
- Anreicherung von Stickstoffverbindungen in Wasser (siehe Abbildung 1):
Die Stickstoffverbindungen werden hierbei aus dem Stickstoff der Umgebungsluft erzeugt und können zum Düngen in der Landwirtschaft eingesetzt werden. Außer der elektrischen Energie und Wasser werden keinerlei weitere Chemikalien benötigt, was diesen Prozess auch für dezentrale Anwendungen in abgelegenen Regionen interessant macht. S - Das Aufspalten von CO2:
Das Treibhausgas CO2 ist allseits bekannt. Die durchgeführten Plasmaprozesse können dieses in Kohlenstoff und Sauerstoff aufspalten und die entstehenden Produkte können zur Erzeugung anderer Verbindungen genutzt werden.
CO und Wasser ergibt CO3 und Wasserstoff. - Synthesen z.B. von grünem Ammoniak und Methan (Power-to-Gas):
Rund 3% der weltweit erzeugten Energie wird zur Herstellung von Ammoniak verwendet. Somit hat auch eine kleine Effizienzsteigerung einen großen Einfluss auf den Energiebedarf der Menschheit. Auch hier können Plasmaprozesse effizient eingesetzt werden, um die Ammoniakverbindungen zu erzeugen.
CO2 und Wasser ergibt Ammoniak und grünes Methan
Die genannten Beispiele haben eins gemein: Es werden teilweise hohe Temperaturen und Leistungsdichten benötigt. Daher ist der Einsatz von gepulsten induktiven Plasmabrennern von großem Vorteil.
Je nach gewünschter Reaktion ist eine genaue Kenntnis der vorherrschenden Plasmaparameter von Nöten. Durch nummerische Simulation und Verifikation am realen Experiment in unserem Labor ist es möglich genaue Aussagen über diese zu treffen (siehe Abbildung 2). Langlebige und kostspielige Optimierungsprozesse können durch dieses Vorgehen schnell und effektiv durchgeführt werden. So können benötigte Zielparameter effektiv beeinflusst werden.
Die am LTI vorhandenen Plasmaanlagen stehen jedoch nicht nur für die interne Forschung zur Verfügung. Nach Anfrage können diese auch für Auftragsuntersuchungen herangezogen werden.
