วิธีพลาสมารีฟอร์มมิงสำหรับการผลิตไฮโดรเจน

จาก ChulaPedia

การผลิตไฮโดรเจนด้วยวิธีพลาสมารีฟอร์มมิง

        วิธีพลาสมารีฟอร์มมิงสำหรับผลิตไฮโดรเจนจากเอทานอลมีลักษณะเด่นกว่าวิธีรีฟอร์มมิงแบบดั้งเดิม โดยอาศัยหลักการแตกตัวของก๊าซเป็นพาหะที่ความดันบรรยากาศ ประจุประกอบด้วย อิเล็กตรอน ไอออนบวก ไอออนลบ และยังมีอะตอมที่เป็นกลางเนื่องจากก๊าซแตกตัวไม่หมด ป้อนแรงดันไฟฟ้าและความถี่ไฟฟ้าเข้าสู่ขั้วไฟฟ้าสองขั้วที่คั่นกลางด้วยวัสดุไดอิเล็กทริก เพื่อช่วยให้สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นโดยไม่เกิดการ Arcing ระหว่างขั้วไฟฟ้า พลาสมาที่ได้มีลักษณะเป็นเส้นกระจายทั่วบริเวณระหว่างขั้วไฟฟ้าซึ่งจัดเป็น Non-equilibrium plasma ที่มีอุณหภูมิของอิเล็กตรอนมากกว่าอุณหภูมิของไอออนหรือโมเลกุลก๊าซมาก โดยที่อุณหภูมิของอิเล็กตรอนอยู่ในช่วง 1-10 eV จากหลักการนี้นำไปใช้ผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากเอทานอล และเป็นทางเลือกใหม่ในการผลิตไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพในอนาคต วิธีการพลาสมารีฟอร์มมิงเป็นหนึ่งในการแก้ปัญหาด้านการรีฟอร์มมิงไฮโดรคาร์บอนแบบดั้งเดิม [1] เพราะสามารถทำปฏิกิริยาได้สูงที่อุณหภูมิต่ำ โดยพลาสมาทำหน้าที่เสมือนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการรีฟอร์มมิงแทนความร้อนกระบวนการพลาสมารีฟอร์มมิง การผลิตจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างของระบบกำเนิดความดันและแหล่งจ่ายไฟฟ้ า ข้อดีของวิธีนี้ คือ มีสมรรถนะที่ดีและเกิดปฏิกิริยาได้สูงในช่วงการเปลี่ยนแปลงสั้น ๆ มีอัตราการเปลี่ยนของสารตั้งต้นที่สูง โดยไม่ต้องอาศัยตัวเร่งปฏิกิริยา ขนาดเล็กกะทัดรัด แต่ข้อเสียคือ แหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงดันสูงที่มีราคาแพง
        การผลิตไฮโดรเจนด้วยวิธีพลาสมารีฟอร์มมิงแบบไดอิเล็กทริกแบริเออร์ดิสชาร์จ จัดเป็นการผลิตพลาสมาแบบ Non-equilibrium plasma เริ่มจากให้พลังงานความร้อนกับเอทานอล จนระเหยกลายเป็นไอ(Vapor)แล้วเคลื่อนที่ไปปนกับอากาศที่ประกอบด้วย ก๊าซออกซิเจน และก๊าซไนโตรเจน เคลื่อนที่ผ่านบริเวณดิสชาร์จระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้วขนาดของแรงดันไฟฟ้าและความถี่ไฟฟ้าที่ป้อนเข้าไปมีผลต่อการไอออไนซ์ของก๊าซออกซิเจนและก๊าซไนโตรเจน เมื่ออิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่เข้าชนโมเลกุลอากาศจะทาให้โมเลกุลออกซิเจนเกิดการแตกตัวเป็นอิเล็กตรอน ไอออนบวกของออกซิเจน อนุมูลและอะตอมของออกซิเจน เกิดพลาสมาเป็นเส้นสีตามชนิดของก๊าซที่เคลื่อนที่ผ่านและยังมีโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนที่เป็นกลางเนื่องจากแตกตัวไม่หมดส่วนโมเลกุลไนโตรเจนเกิดการแตกตัวเป็นอิเล็กตรอน ไอออนบวกของไนโตรเจน อนุมูลและอะตอมของไนโตรเจน และยังมีโมเลกุลของก๊าซไนโตรเจนที่เป็นกลางเมื่อปริมาณของเอทานอลในสถานะก๊าซเพิ่มขึ้น จะเคลื่อนที่ไปดันอากาศที่ค้างอยู่ในระบบออกมา มีผลทาให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างเอทานอลกับอะตอมออกซิเจนและอนุมูลไฮดรอกซิล อิเล็กตรอนอิสระและอิเล็กตรอนที่เกิดจากการไอออไนซ์อากาศจะทาปฏิกิริยากับโมเลกุลของเอทานอลทา ให้เกิดการแตกตัวเป็นอิเล็กตรอน ไอออนบวกของเอทานอล อะตอมไฮโดรเจน อนุมูลไฮดรอกซิล และโมเลกุลของเอทานอลที่แตกตัวไม่หมดนอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ว่าอิเล็กตรอนอิสระ อิเล็กตรอนที่เกิดจากการไอออไนซ์อากาศหรือเอทานอลเข้าชนโมเลกุลของน้ำ ทำให้โมเลกุลของน้ำแตกตัวเป็นอิเล็กตรอนไอออนบวกของน้ำ อะตอมไฮโดรเจน อนุมูลไฮดรอกซิล และโมเลกุลของน้ำที่แตกตัวไม่หมดความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาหลักสำคัญ ซึ่งเป็นผลมาจากการเกิดพลาสมาแบบไดอิเล็กทริกแบริเออร์ดิสชาร์จ ที่ทำให้เอทานอลเกิดการสลายโมเลกุลด้วยกระบวนการพลาสมารีฟอร์มมิง ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์หลัก ๆ เช่น ก๊าซไฮโดรเจน ก๊าซมีเทน และก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์ เป็นต้น

อ้างอิง

1. ↑ [Levko, D.S. Shchedrin, A.I. Chernyak, V.Ya. and Ol’shevskii, S.V. Efficiency of Ethanol Conversion in Equilibrium and Nonequilibrium Plasmas. Technical Physics 55 (2010) : 1699-1702.]