Att producera biogas från bakteriell nedbrytning av biomassa ger alternativ för en grönare energiframtid, men biomassans komplexa sammansättning kommer med en lång rad utmaningar.

Cellulosa och vedartad lignocellulosa i biomassa är särskilt svåra för bakterier att smälta, gör processen ineffektiv. Kemisk, fysisk, eller mekaniska processer, eller flera av dem tillsammans, kan användas för förbehandling för att göra biomassa lättare att smälta, men många av de nuvarande lösningarna är dyra eller ineffektiva eller är beroende av frätande kemikalier.

I forskning som stöds av Europeiska regionala utvecklingsfonden, publicerad i AIP avancerar , forskare vid Leibniz Institute of Plasma Science and Technology testar plasmabildning i biomassa och hittar en lovande metod för förbehandling av biomassa.

"Plaman kan ses som en reaktiv gas, som innehåller populationer av partiklar som innehåller flera elektronvolt av kinetisk energi. Denna energi kan användas för att bryta kemikaliernas bindning och bryta bindningarna av molekyler som de interagerar med, ", sa författaren Bruno Honnorat.

"Det mest överraskande var att kunna erhålla plasmaurladdningsförhållanden i en rörlig vätska. Närvaron av ett flöde komplicerar situationen avsevärt jämfört med alla andra experimentella uppsättningar som studerats i litteraturen."

Arbetet involverar skapandet av en reaktor i vilken 2-kilowatt mikrovågspulser som injiceras i en rörlig vätskemodell inducerar plasmabildning inom en millisekund. Hela mikrovågseffekten är koncentrerad till ett litet hålrum, som innehåller mindre än 1 milliliter vätska, som är uppvärmd, förångad, och till slut tändes, bildar en expanderande plasmabubbla.

Plasma-vätskeinteraktionen bildar reaktiva ämnen, inklusive oxidationsmedel, såsom hydroxylradikaler och väteperoxider, som hjälper till att bryta ner biomassan och minska viskositeten, eller motstånd mot flöde, av biomassamaterialet. I samarbete med en partner inom industriellt jordbruk, processen kommer att testas ytterligare i full skala i en biogasanläggning.

Författarna planerar att fortsätta sitt arbete genom att närmare undersöka om plasman bryter polymerkedjan och undersöka plasma-bubblornas dynamik för att utvärdera storleken och formutvecklingen, livstid, och tryck av bubblor i plasman för att bättre förstå de reaktiva ämnen som skapas i plasman.

Deras arbete kan användas för att öka biogasproduktionen, förbättra effektiviteten av mikrovågs-plasma-vätskeinteraktioner, och funktionalisering och modifiering av polymerlängd inom polymervetenskap.