Project Vermogensmodulatie en corona

IOP EMVT
Elektromagnetische
vermogenstechniek
Vermogensmodulatie en corona-plasma voor milieutoepassingen
(EMVT 06216)
Coronaplasma voor het reinigen
van gas, water en lucht
Gepulste corona behoort tot de nieuwe generatie procestechnologie voor het reinigen van gas, lucht en water.
Hiermee kunnen geuren, fijn stof en vluchtige chemische
componenten in luchtstromen grotendeels worden
gereduceerd.
Ook micro-organismen in lucht en water kunnen met deze procestechnologie worden geïnactiveerd en afvalwater kan ermee worden
gereinigd. Inmiddels is aan de TU/e, in samenwerking met
Ingenieursbureau Oranjewoud, een demonstrator ontwikkeld die
in de praktijk kan worden toegepast.
Belangrijkste knelpunt bij het toepassen van coronatechnologie
is de beschikbaarheid van hoogvermogen, modulerende hoogspanningsbronnen, gecombineerd met een coronareactor.
Daarnaast moesten voor dit project computermodellen worden
ontwikkeld, waarmee de modulatoren konden worden ontworpen
en geëvalueerd.
In een eerder uitgevoerd onderzoeksproject werd gekeken naar de
vereenvoudiging van het concept voor het gehele elektrische circuit.
Hieruit bleek dat er vooral behoefte was aan hoogspanning met
goed gecontroleerde pulsvormen. In dit project richt Guus Pemen
zich met een promovendus en in samenwerking met ingenieursbureau Oranjewoud op betere methoden voor het maken van de
pulsen.
Chemie
Uitvoerders:
TU Eindhoven - faculteit
Electrical Engineering
• Dr.ing. A.J.M. (Guus) Pemen
Centrum voor Wiskunde en
Informatica (CWI) - Amsterdam
• Prof.dr. Ute Ebert
Partners:
Ingenieursbureau Oranjewoud BV, Hannover Milieuen Veiligheidstechniek BV.
Onderzoeksperiode:
2007-2011
De corona’s bestaan uit een niet-thermisch plasma, in feite een
wolk van elektronen. Middels de hoogspanningspulsen krijgen de
elektronen energieniveaus tot wel 10 eV. Deze elektronen botsen
met de moleculen van het te reinigen gas, waardoor een chemische
reactie ontstaat. Hierbij ontstaan chemisch zeer actieve deeltjes,
zoals zuurstofradicalen (met ongepaarde elektronen), die vervolgens reageren met de moleculen van de verontreinigingen, zoals
koolwaterstoffen, wat oxidatie van de componenten oplevert.
Voor het verkrijgen van zuurstofradicalen is het toepassen van de
coronareactor veruit de beste optie gebleken. Het plasma dat
ontstaat in de coronareactor is in feite een complexe samenstelling
van elektrisch en chemisch actieve deeltjes.
Tijdens het onderzoek is eerst gekeken hoe de corona elektrisch in
elkaar steekt. Ofwel, hoe gedraagt deze zich elektrisch en hoe is de
interactie van de ontladingen met het elektrisch circuit. Dit was
nodig om het juiste elektrisch circuit te kunnen ontwerpen en om
de energieoverdracht vanuit de pulsbron naar het plasma goed te
kunnen laten verlopen. Hiervoor werd aan de TU/e experimenteel
werk uitgevoerd, het theoretische gedeelte werd door het Centrum
Wiskunde & Informatica (CWI) in Amsterdam uitgevoerd.
Daar werden ook de modellen ontwikkeld, van waaruit Pemen c.s.
konden werken om het elektrisch gedrag te kunnen afleiden.
Multiple streamers
Het resultaat van het uitgevoerde onderzoek is dat nu duidelijk is
hoe de chemische activiteit in plasma’s kan worden gemaximaliseerd. Met de modellen ontwikkeld door het CWI was het mogelijk
één ontlading (streamer) perfect te modelleren. Hier vanuit wordt
nu gewerkt aan modellen voor multiple (duizenden) streamers.
De vele streamers hebben consequenties voor de interacties tussen
de chemie en het elektrisch circuit dat ze aandrijft.
Aan de TU/e is een concept bedacht voor de vereenvoudiging van
de pulsbron. Een eerste onderzoeksversie hiervan is gebouwd en
getest met de coronareactor voor het verwijderen van stikstofoxide.
Het systeem blijkt goed te functioneren; ook met het zeer eenvoudige elektrisch circuit worden goede ontladingen geproduceerd.
Een probleem is wel de afstemming van de eigenschappen van de
bron naar de reactor. Dit sluit heel nauw, omdat een kleine variatie
in luchtflow, concentratie of in de spanning, direct een enorm
negatieve invloed heeft op de kwaliteit van het plasma. Bekeken
wordt hoe met het eenvoudige bronconcept toch een breder
werkgebied kan worden gecreëerd.
Toepassingen
Voor de coronareactor is een 10 kW-modulator nodig, die slechts
een verlies kent van 5 tot 10%. De reactor waar nu aan wordt gewerkt
heeft een omvang van slechts 1 m3, wat toepassing in tunnels en
stallen goed mogelijk maakt. Daarmee kan tot 30.000 m3 vervuilde
lucht per uur worden gereinigd. Veel bedrijven met problemen met
geuroverlast of uitstoot zullen een capaciteit tot 60.000 m3
per uur nodig hebben. Hiervoor zijn dan twee modules nodig.
De onderzoeksdoelstelling van dit project is zo hoog mogelijke
vermogens met de coronareactor te bereiken; echter, dit onderzoek
moest een praktische demonstrator opleveren. Dit wil zeggen:
met een optimale (hanteerbare) omvang, vermogen en luchtbehandeling, evenals een optimaal elektrisch vermogen, voor een
verantwoorde belasting van het milieu.
Tunnels
Samen met Ingenieursbureau Oranjewoud is een demonstrator
gerealiseerd die 10.000 m3 lucht per uur kan reinigen en hiermee
worden pilots gedraaid bij een aantal bedrijven. Gebleken is dat de
reactor vooral geschikt is voor cocktails van geuren, bij relatief lage
concentraties van 1 tot 1000 ppm. Bij het ontwikkelen van de reactor
stonden efficiëntie, energiezuinigheid en een simpele constructie
bovenaan.
Met Oranjewoud en hun dochterbedrijf HMVT werd een opdracht
voor het demonstreren van luchtzuivering bij de Eindhovense
Dommeltunnel binnengehaald. De in de tunnel aanwezige lucht
wordt met de coronareactor ontdaan van stikstofdioxide en fijn
stof. Hiermee wordt de werking van de reactor in de praktijk
getoond. Ook wordt momenteel de haalbaarheid van implementatie bij de nog aan te leggen tunnel in de A2 bij Maastricht
onderzocht.
De reactor kan ook worden toegepast voor het afbreken van
vluchtige organische verontreinigingen, zoals benzeen, tolueen,
fenol en styreen in lucht. De coronareactor kan daarvoor worden
afgestemd op de behoefte van de gebruiker.
Een andere toepassing is het terugbrengen van emissies in de
veeteelt. Zo kan met deze technologie de geur van mest, ammoniak
en micro-organismen, zoals virussen, in stallen worden afgebroken.
Dit is een publicatie van:
Agentschap NL
NL Innovatie
Juliana van Stolberglaan 3
Postbus 93144 | 2509 AC Den Haag
T 088 602 54 96
E [email protected]
www.agentschapnl.nl
© Agentschap NL | maart 2011
Publicatie-nr. 3IEMV1003
Agentschap NL is een agentschap van het ministerie van
Economische Zaken, Landbouw en Innovatie. Agentschap NL
voert beleid uit voor diverse ministeries als het gaat om
duurzaamheid, innovatie en internationaal. Agentschap NL
is hét aanspreekpunt voor bedrijven, kennisinstellingen en
overheden. Voor informatie en advies, financiering, netwerken
en wet- en regelgeving.
De divisie NL Innovatie helpt ondernemend Nederland bij
innovaties. Met geld, kennis en contacten.