Gassen reinigen met koude bliksems /1 reactie

Gassen reinigen met koude bliksems

Vieze gassen, zoals vervuilde lucht, worden nu nog vaak gereinigd door filtering. Aan de faculteit Elektrotechniek is echter een veel betere methode in ontwikkeling. Je blijkt vervuilingen als SO2, NOx, geurtjes en teer namelijk ook met ultrakorte elektrische ontladingen uit gassen te kunnen verwijderen. Een proces dat redelijk begrepen wordt, maar nog nooit systematisch was onderzocht. Dr.ir. Hans Winands van de TU Eindhoven (TU/e) dook in deze materie. Op dinsdag 19 juni promoveerde hij hierop.

Vervelende geurtjes

Hij doet er zelf nogal laconiek over, maar het zal niet veel promovendi overkomen zijn dat ze hun proefopstelling van een paar ton zwaar op een vrachtwagen mochten laden om vervolgens drie dagen ‘in het veld’ metingen te gaan doen. Het gebeurde dr.ir. Hans Winands van de onderzoeksgroep Electrical Power Systems (faculteit Elektrotechniek van de TU/e), die aan een opstelling werkte om met ultrakorte elektrische ontladingen -‘streamers’ genaamd- gassen te ontdoen van vervelende geurtjes en andere verontreinigingen. Drie dagen lang deed hij een haalbaarheidsonderzoek bij een composteerder in het Zuid-Hollandse plaatsje Middelharnis. “Die verwerkt kippen- en paardenmest en stro tot compost. En dat ruik je al als je Goeree-Overflakkee binnenrijdt”, vertelt Winands lachend. “Zij hebben daar per uur zo’n 250.000 kubieke meter vervuilde lucht. We hebben daar niet eens het proces helemaal ideaal afgesteld, maar toch konden we al een afname van geur- en vluchtige organische componenten laten zien van 86 procent.”

Een veelbelovende techniek dus, maar wat zijn het eigenlijk, die streamers? We dienen ze ten eerste niet te verwarren met bliksemschichten. Een bliksem is niets anders dan een gigantisch elektrische ontlading waarbij een grote stroom van A naar B loopt. De stroomsterkte is zo hoog dat de lucht in het pad van de bliksem heel snel sterk opwarmt en dus uitzet. Dit snelle uitzetten van de lucht veroorzaakt een geluidsgolf: de donder. Een streamer gaat net vooraf aan een bliksem. In een streamer gaat wel een stroom lopen, maar die is onvergelijkbaar veel lager dan in een doorslag. In een streamer warmt het gas dan ook nauwelijks op, maar zijn het slechts de vrije elektronen van het tijdelijke plasma die sneller gaan bewegen.

Schematische weergave van de vorming van een streamer. De vrije elektronen worden aangetrokken door de positief geladen plaat en worden in een kluitje samengebald.Dat werkt in het lab als volgt. Tussen een draad en een vlakke plaat wordt een grote elektrische spanning opgebouwd. “We hebben het dan over tientallen kilovolts”, vertelt Winands. In dit sterke elektrisch veld worden de paar vrije elektronen, die altijd wel ergens rondzweven, versneld. Hierbij komen ze in botsing met elektronen die nog gewoon aan het atoom vastzitten. Door hun vlot toegenomen snelheid kaatsen ze die los. Zo komt een lawine van botsingen op gang. Elk weggekaatst elektron wordt immers meteen ook weer in het sterke elektrische veld versneld. In een mum van tijd heeft een groepje vrije elektronen zich geconcentreerd in de kop van de streamer (zie figuur hiernaast). Alleen nu dichter bij de positieve elektrode. Winands: “Een stukje verder gaat het proces dus weer gewoon door. Zo plant de streamer zich voort, net zolang tot hij bij de positieve elektrode terechtkomt. Op dit moment licht ook het deel van het door de streamer gevormde kanaaltje dichtbij de draadelektrode fel op. Dit is de zogeheten secundaire streamer. Uit mijn experimentele werk is gebleken dat dít het moment is om de spanning uit te schakelen voor een zo hoog mogelijke opbrengst van zuurstofradicalen. Komt bij dat als je te lang wacht, er doorslag plaatsvindt. Kortsluiting eigenlijk, vergelijkbaar met een bliksemschicht. Daarom moet je streamers maken door de elektrische spanning in pulsjes aan te bieden.”