Tweet

Gassen reinigen met koude bliksems /1 reactie

Brokstukken

Loopt een streamer door een gas, dan zal die een deel van de aanwezige moleculen uit elkaar slaan, ‘dissociëren’ in jargon. De brokstukken daarvan worden radicalen genoemd en zijn niets anders dan atomen met één ontbrekend elektron in de buitenste schil. De deeltjes ‘willen’ dat gat vullen en daardoor hebben ze sterk de neiging weer een chemische reactie aan te gaan. Die reactie vindt ook plaats met de moleculen van een verontreiniging in het gas. De producten die daarbij worden gevormd, kunnen eenvoudig worden afgevoerd. Winands keek in zijn onderzoek naar twee verschillende dingen. Ten eerste hoe je zo efficiënt mogelijk zo’n tijdelijk plasma kunt maken. En ten tweede hoe je de streamer moet inzetten om zoveel mogelijk zuurstofradicalen te produceren, de brokstukken die ontstaan wanneer een zuurstofmolecuul (O2) uiteenvalt. Die heb je nodig omdat zuurstofradicalen reacties met de verontreinigingen aangaan.

Tijdens zijn experimenten hield Winands steeds drie zaken goed in de gaten: de elektrische signalen voor het maken van de streamer, de chemische reacties die plaatsvonden en het plasma zelf. Dat laatste is niet vanzelfsprekend. De streamer schiet namelijk met een snelheid van ongeveer tweeduizend kilometer per seconde voorbij. Dat betekent dat hij maar enkele tientallen nanoseconden doet over de afstand van elektrode naar elektrode. Toen er nog geen camera’s met extreem korte sluitertijden waren, kon men de voortplanting van de streamer tussen de elektroden niet waarnemen. Op de eerste afbeeldingen van een streamer zag men alleen een soort continue streep. Tegenwoordig zijn er echter CCD-camera’s met zeer snelle sluiters, waarvan Winands dankbaar gebruik kon maken. Uit de plaatjes die hij schoot (zie afbeelding) haalde hij belangrijke eigenschappen als de vorm en de hoeveelheid streamers.

“Er waren wel ideeën over hoe je streamers vrij aardig kon maken, maar niemand had nog alle belangrijke parameters systematisch onderzocht”, vertelt Winands. Doordat hij zo analytisch te werk ging, kon de promovendus goede resultaten boeken. Zo bleken negatieve spanningspulsen meer zuurstofradicalen op te leveren. Ook kwam naar voren dat de snelheid van de streamers voor een efficiënt proces zo hoog mogelijk moet zijn. Winands: “Daarvoor is de vorm van de elektrische pulsen belangrijk: die moet zo vierkant mogelijk zijn.”

Werkend in praktijkomstandigheden

Het grote Nederlandse ingenieursbureau Oranjewoud toonde al snel interesse voor Winands’ onderzoek vanwege zijn betrokkenheid bij de advisering van bedrijven op het gebied van luchtkwaliteit en geuronderzoek. Daarbij speelde ook de praktijkcase bij de Zuid-Hollandse composteerder een belangrijke rol. Winands: “We hebben daar laten zien dat we het proces ook in echte praktijkomstandigheden werkend kregen en dat is vaak wat de industrie wil zien, voordat ze ergens geld en moeite in stoppen.”

“De conventionele manier om gassen -meestal lucht- te reinigen, werkt met filtering, vertelt drs.ir. Pieter de Bock, die als accountmanager grootbedrijf van de TU/e betrokken is bij de samenwerking tussen Oranjewoud en de TU/e. “Maar het toepassen van de snelle gasontladingen heeft vele voordelen. De prijs zal uiteindelijk lager liggen en de apparatuur kan veel compacter worden gemaakt. Ook kun je zowel verontreiniging als stank verwijderen en werken de streamers goed bij zeer lage concentraties. Ze zijn niet alleen bruikbaar bij fabrieken, maar ook bijvoorbeeld bij de uitlaatgassen van auto’s of zelfs bij bacteriologische verontreinigingen.”

In de samenwerking met Oranjewoud brachten Winands en collega’s hun expertise en de lab- en experimentele faciliteiten van de TU/e in. Oranjewoud voegde daar zijn kennis van de markt, mensuren en een financiële bijdrage aan toe. Na zijn promotie is Winands in dienst getreden bij HMVT (Hannover Milieu- en Veiligheidstechniek), dochterbedrijf van Oranjewoud en specialist in bodemsaneringen. Voor hen bouwt hij nu een verbeterd en verkleind prototype van een gasreiniger, gebaseerd op de kennis die hij in zijn promotie heeft opgedaan over het maken en optimaliseren van streamers. In het najaar hoopt hij dat apparaat te testen op verschillende soorten vervuiling. De Bock: “Het uiteindelijke doel is het starten van een joint-venture tussen Oranjewoud en de TU/e die deze reinigingstechniek op de markt gaat zetten.” Winands: “Ik wil nog lang niet weg uit dit vakgebied. Het aantrekkelijke vind ik de combinatie van grote robuuste hoogspanningselektronica en aan de andere kant het subtiele, met spanningen van microvolts en processen die nanoseconden duren. Ik heb heel veel vertrouwen in de mogelijkheden van deze techniek. Als ik dat niet had gehad, was ik wel iets anders gaan doen.”.