Embasamento Teórico

Embasamento teórico.

Dois grandes desafios ambientais e científicos enfrentados atualmente são emissão de gases de efeito estufa e produção de energia renovável. A necessidade preeminente de utilizar energias de fontes renováveis trouxeram novos desafios em relação ao armazenamento da energia produzida por esses novos processos criados, várias alternativas estão sendo investigadas, como armazenamento mecânico, armazenamento químico, armazenamento eletromagnético e térmico. Assim, as tecnologias de reatores de plasma possuem o potencial de permitir o armazenamento de energia de fontes renováveis na forma de combustíveis e produtos químicos.

A valorização do dióxido de carbono para produzir combustíveis sintéticos foi identificada como uma das abordagens mais promissoras para converter energia elétrica de fontes renováveis em produtos químicos, dessa forma, sistemas baseados em plasma combinam a oportunidade de utilizar tanto a energia elétrica de fontes renováveis quanto gases de efeito estufa como matéria prima para novos processos de produção de combustíveis sintéticos.  A tecnologia de reatores de reatores de plasma oferece benefícios potenciais, tais como robustez, rápido tempo de resposta a variações na entrada do reator e tamanho reduzido dos equipamentos.

Portanto, trata-se da tecnologia para lidar com o padrões intermitentes e flutuantes de fornecimento de energia renovável (por exemplo, energia solar e eólica). Além disso, as características do plasma não térmico são particularmente favoráveis ​​para a dissociação e utilização de CO2, tornando-se uma tecnologia muito promissora para intensificação e criação de processos para produzir combustíveis sintéticos que utilizam como matéria prima gases de efeito estufa.

Com o grande avanço de tecnologias e softwares, como CHEMKIN-PRO e COMSOL Multiphysics, que permitem a simulação numérica e computacional de novos processos químicos, modelos cinéticos detalhados como aqueles que descrevem a tecnologia de plasma podem ser simplificados, possibilitando o real entendimento da tecnologia e otimizando o processo desejado.

A molécula de CO2 apresenta três modos vibracionais, flexão simétrica, estiramento simétrico e estiramento assimétrico. O modo de estiramento assimétrico é o mecanismo de dissociação mais eficiente em termos energéticos, devido sua capacidade de armazenar energia vibracional. Nesse modo, 21 níveis vibracionais excitados são calculados até a dissociação limite da molécula, sendo a maioria das reações químicas que ocorrem em sistemas de plasma resultam da interação entre diferentes estados energéticos de níveis vibracionais.

Em reatores que utilizam sistemas de plasma, ocorrem 4 diferentes tipos de reações químicas, estas são reações de impactos de elétrons, reações de espécies neutras, reações de transferência de energia vibracional e reações de superfície.

Reações de impacto de elétrons formam a força motriz do plasma. Os elétrons ganham energia cinética do campo eletromagnético, que é posteriormente transferido para outras espécies através de colisões. A geração de novos elétrons ocorre via reações de ionização, responsáveis ​​pela sustentação o plasma. Reações de espécies neutras desempenham um papel importante na formação de espécies reativas para promover reações químicas.