等離子體助力生物質分解，提升沼氣產能

2020-09-24 科技工作者


圖為實驗反應器的等離子腔。等離子體造成木質纖維素溶液粘度降低。研究人員認為，前者可能破壞了後者的聚合物鏈。

微生物能夠分解生物質產生沼氣，這為未來的綠色能源發展提供了新選項。然而，生物質複雜的組成，為其能源化帶來了重重挑戰——生物質中的纖維素和木質纖維素尤其難以被微生物降解，使整個「消化過程」的效率十分低下。

工作人員可以通過化學方式、物理方式、機械方式或結合方式對生物質進行預處理，從而降低降解難度。然而，這類方法或是成本高，或是效率低，還可能依賴腐蝕性化學品。

《AIP Advances》雜誌當地時間9月22日發文稱，德國萊布尼茨等離子科學與技術研究所的研究人員通過測試生物質中等離子體的形成，發現了一種頗具前景的生物質預處理方法。論文作者Bruno Honnorat解釋說：「等離子體可以被視作一種活性氣體，它包含了大量粒子。這些粒子攜帶的幾電子伏特的動能可以用於打破化學鍵、掙脫分子束縛。但是，在流動液體中達到等離子體放電條件是非常困難的。」

為此，Honnorat團隊製造了一種反應器。研究人員將2千瓦功率的微波脈衝注入流動液體模型，並在1毫秒內誘導等離子的形成。微波功率集中作用於反應器的小型反應腔體內，使其中不到1毫升的液體經加熱、蒸發和點燃後形成膨脹的等離子體氣泡。

等離子體-液體相互作用形成活性物質（如羥基自由基和過氧化氫等氧化劑），這些物質有助於分解生物質，並降低生物質的黏度或流動阻力。

在一個合作項目中，研究人員將在沼氣廠中對該過程進行全面測試。

Honnorat團隊此後將繼續深入探索等離子體是否確實破壞了聚合物鏈段，並開展等離子體氣泡動力學研究，評估等離子體氣泡的形狀演變和壽命等參數，進而更好地了解等離子體中產生的活性物質。該研究的成果可用於提高沼氣產量、提升微波-等離子-液體相互作用的效率，以及修改聚合物長度。

編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《AIP Advances》

期刊編號：2158-3226

原文連結：https://phys.org/news/2020-09-plasma-biomass-biogas-easier.html

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