Купить (120 RUB)
сгенерировать QR код
Открытый доступ
Доступ платный или только для Подписчиков
Исследование плазмохимического модуля разложения углекислого газа малой мощности
https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.10.083-092
Аннотация
В данной статье показана актуальность плазменного метода утилизации углекислого газа. Описана установка по регенерации кислорода из углекислого газа на основе квазистационарной импульсной неравновесной плазмы. Представлено полученное с помощью электрохимического датчика процентное содержание кислорода в смеси. По результатам работы было получено, что в установке максимальное процентное содержание кислорода достигается в межэлектродном зазоре, равном 3 мм при частоте повторения импульсов, равной 5 кГц. Энергия, затраченная на образование одной молекулы кислорода при расходе 7 л/мин, составляет 7,44 эВ/мол. Было показано, кроме кислорода в данной установке получается озон, что позволяет дополнительно увеличивать процентное содержание кислорода в получаемой смеси путем разложения озона в гопталюме. Таким образом было показано, что возможно создание мобильного устройства по переработке получаемого при дыхании человеком углекислого газа в кислород на базе описанного в статье разряда.
Об авторах
А. Г. Кузнецов
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Россия
Россия
Кузнецов Артемий Георгиевич, инженер кафедры «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения»
+7-901-581-25-71
105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5
В. А. Воронов
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Россия
Россия
Воронов Владимир Андреевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения»
105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5
А. И. Смородин
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Россия
Россия
Смородин Анатолий Иванович, докт. техн. наук, профессор кафедры «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения»
105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5
Список литературы
1. Weizong Wang, Danhua Mei, Xin Tu, Annemie Bogaerts. Gliding arc plasma for CO2 conversion: Better insights by a combined experimental and modelling approach // Chemical Engineering Journal. 2017:330;11-25.
2. Ju Li, Shengjie Zhu, Ke Lu, Cunhua Ma, Dezheng Yang, Feng Yu. CO2 conversion in a coaxial dielectric barrier discharge plasma reactor in the presence of mixed ZrO2-CeO2 // Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2021. – Volume 9. – Issue 1.
3. Sun S. R. et al. Direct conversion of CO2 to CO in a gliding arc plasma: The effect of oxygen additives // Journal of CO2 Utilization. 2019;34: 436-444.
4. Snoeckx R. & Bogaerts A. Plasma technology – a novel solution for CO2 conversion? // Chemical Society Reviews. 2017;46(19): 5805-5863.
5. Bogaerts A. & Centi G. Plasma technology for CO2 conversion: A personal perspective on prospects and gaps // Frontiers in Energy Research. 2020:8; 111.
6. L. Spencer. The Study of CO2 Conversion in a Microwave/Catalyst System. PhD Thesis, University of Michigan, Michigan, USA, 2012.
7. Tu X. & Whitehead J. C. Plasma-catalytic dry reforming of methane in an atmospheric dielectric barrier discharge // Applied Catalysis B: Environmental. 2012;125: 439-448.
8. Osmokrovic P. et al. Mechanisms of carbon dioxide plasma decomposition // Journal of Physics D: Applied Physics. 2006;39(16): 3511.
9. Zhang X. et al. Plasma activation of CO2 in a dielectric barrier discharge: A chemical kinetic model from the microdischarge to the reactor scale // Journal of CO2 Utilization. 2018;24: 536-546.
10. Mei D. et al. CO2 reforming with methane for syngas production using a dielectric barrier discharge plasma coupled with Ni/γ-Al2O3 catalysts // International Journal of Hydrogen Energy. 2016;41(2):815-827.
11. Aerts R. et al. CO2 splitting in a dielectric barrier discharge plasma: A combined experimental and computational study // ChemSusChem. 2012;5(4): 617-626.
12. Л. С. Полак, Д. И. Словецкий, Т. В. Федосеева. Релаксационные исследования механизмов возбуждения частиц в тлеющем разряде в углекислом газе и его смеси с аргоном // ТВТ. 19;6 (1981): 1135-1143; High Temperature. 19;6 (1981): 810-817.
13. Шарапов Н. А., Чуканов В. И., Дистанов Р. Р., Козлов Н. П., Пекшев А.В., Хоменко В. А., Вагапов А. Б., Дусалиева Р. Р. Исследование воздушного плазмохимического реактора для нового медицинского аппарата // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2013, вып. 10. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/plasma/1028.html (Дата обращения 02.09.2024).
14. Кузнецов А. Г., Шарапов Н. А., Воронов В. А., Деньщиков Д. С. Способ малотоннажного получения водорода с использованием плазмохимического реактора // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2025;(3):103-112.
15. N. den Harder, D. C. M. van den Bekerom, M. F. Graswinckel, J. M. Palomares, F. J. J. Peeters, S. Ponduri, T. Minea, W. A. Bongers, M. C. M. van de Sanden, G. J. van Rooij. Plasma Process // Polym. 2016, this issue.
16. R. I. Azizov, A. K. Vakar, V. K. Zhivotov, M. F. Krotov, OA Zinov’ev, B. V. Potapkin, V. D. Rusanov, A. A. Rusanov, A. A. Fridman // Sov. Phys. Dokl. 1983;28: 567.
17. L. Spencer, A. D. Gallimore. Plasma Chem // Plasma P. 2011;31.1: 79.
18. T. Verreycken, P. M. J. Koelman, D. C. M. van den Bekerom, J. M. Palomares-Linares, S. Ponduri, J. van Dijk, G. J. van Rooij, M. C. M. van de Sanden, W. A. Bongers. Investigation of the effect of onand off time on the dissociation of CO2 in a pulsed microwave discharge, submitted to EPJ AP, 15th High pressure low temperature plasma chemistry symposium, September 11-16, Brno, Czech Republic, 2016.
19. A. K. Vakar, V. K. Givotov, E. G. Krasheninnikov, A. Fridman. Sov. Phys. J. Techn. Phys. Lett. 1981;7: 996.
20. T. S. Batukaev, Yu. A. Lebedev. Carbon Dioxide Reforming of Methane in Atmospheric-Pressure DirectCurrent Glow Discharge // High Energy Chemistry. 10.1134/S0018143925600181, 59, 4, (415-420), (2025).
21. Ursel Fantz, Rodrigo Antunes, Ante Hecimovic, Arne Meindl, Plasmas for the Production of Value-Added Chemicals // Emerging Applications of Ions and Plasmas, 10.1007/978-3-031-84245-0_6, (135-165), (2025).
22. Ran Li, Jing Liu, Jingshan Du, Chaoyue Meng, Cuiping Bian, Chang Liu, Fenglei Han, Research Progress in DBD Plasma-Catalyzed CO2 Conversion // Industrial & Engineering Chemistry Research. 10.1021/acs.iecr.5c00153, 64, 13, (6931-6955), (2025).
23. Н. В. Чекмарев, Д. А. Мансфельд, Е. И. Преображенский, С. В. Синцов, М. А. Ремез, А. В. Водопьянов. Подавление обратных реакций при разложении углекислого газа в плазме микроволнового разряда // Письма в ЖТФ. – 2023. – Том 49, выпуск 24. – С. 31-34.
24. В. Ю. Гидаспов, С. А. Лосев, Н. С. Северина, Неравновесная кинетика при диссоциации кислорода за фронтом ударной волны // Матем. Моделирование. – 2009. – Том 21. – № 9. – С. 3-15.
25. Лосев С. А., Генералов Н. А., Максименко В. А. Исследование распада молекул углекислого газа при высоких температурах. Докл. АН СССР. – 1963. – Т. 150. – № 4. – С. 839.
26. S. A. Losev, L. B. Terebenina, Kinetics of carbon dioxide dissociation behind a shock front // Prikl. Mekh. Tekh. Fiz. – 1966. – Volume 7. – Issue 4. – Pp. 133-138.
27. Абаимов Н. А., Шурчалин А. А., Шестаков Н. С., Осипов П. В., Рыжков А. Ф. Экспериментальное и численное исследование поточной газификации угля при повышенном давлении и различных составах дутья // Материалы IX Всероссийской конференции с международным участием. Горение топлива: теория, эксперимент, приложения (16-18 ноября 2015 г.) / Институт теплофизики СО РАН, г. Новосибирск. 2015. Электронное издание.
28. J. Annaloro1, A. Bultel, P. Omaly. Detailed kinetic of CO2 dissociation and C ionization: application to atmospheric Martian entries // Journal of Physics: Conference Series 511. – 2014.
29. Физико-химические процессы в газовой динамике. В 2-х томах. Динамика физико-химических процессов в газе и плазме. – М.: Изд-во Мос. ун-та, 1995.
30. Ральников П. А. Численное исследование влияния диссоциации углекислого газа в поточном кислородном газификаторе / П. А. Ральников, Н. А. Абаимов // Труды второй научно-технической конференции молодых ученых Уральского энергетического института. – Екатеринбург: УрФУ, 2017. – С. 55-58.
Рецензия
Для цитирования:
Кузнецов А.Г., Воронов В.А., Смородин А.И. Исследование плазмохимического модуля разложения углекислого газа малой мощности. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2025;(10):83-92. https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.10.083-092
For citation:
Kuznetsov A.G., Voronov V.A., Smorodin A.I. Study of low-power plasma-chemical module for carbon dioxide decomposition. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025;(10):83-92. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.10.083-092
Просмотров:
36
JATS XML
Послать статью по эл. почте 