Numerical investigation of water impurity effects on CO2 Plasma conversion yield.

Bandle, Felix (2025). Numerical investigation of water impurity effects on CO2 Plasma conversion yield. Mémoire. Québec, Maitrise en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 125 p.

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Résumé

L’émission de dioxyde de carbone représente un défi environnemental important, principalement en raison de son impact sur le climat par le biais de l’effet de serre. Il est donc essentiel de mettre au point des procédés à haut rendement énergétique pour la conversion de CO₂ afin de produire des combustibles à partir de sources d’énergie renouvelables. La production de CO à partir de CO₂ peut être réalisée avec une grande efficacité grâce à l’utilisation de réacteurs à plasma micro-ondes. La présence d’impuretés dans le gaz de traitement a un impact significatif sur l’efficacité du processus de conversion.

Ce rapport présente les résultats préliminaires du développement d’un modèle complet de dissociation thermique du CO₂ avec les impuretés de l’eau. Un modèle de dissociation cinétique pour CO₂ a été développé qui s’aligne étroitement sur l’équilibre chimique calculé thermodynamiquement. Le modèle a été amélioré pour être utilisé dans une gamme de températures plus large grâce à l’extension aux réactions du carbone atomique. La précision de plusieurs modèles pour la dissociation de H₂O a été évaluée par rapport à l’équilibre chimique. Cependant, aucun modèle approprié n’a pu être identifié pour être intégré au modèle de dissociation de CO₂. Les résultats représentent une étape importante dans le développement d’un modèle complet permettant d’étudier l’impact des impuretés de l’eau sur l’efficacité de la conversion de CO₂ en CO.


Carbon dioxide emissions represent a significant environmental challenge, largely due to their impact on the climate via the greenhouse effect. It is therefore essential to develop highly energy-efficient processes for the conversion of CO₂ to produce combustible fuels from renewable energy sources. CO is an intermediate product in the conversion to combustible fuels. Production of CO from CO₂ can be achieved with great efficiency through the utilization of microwave plasma reactors. The presence of impurities in the process gas, however, has a significant impact on the efficiency of the conversion process

This work presents preliminary results in the development of a comprehensive thermal CO₂ dissociation model with water impurities. A kinetic dissociation model for CO₂ was developed which closely aligns with the thermodynamically calculated chemical equilibrium. The model was further improved for use in a broader temperature range through extension with atomic carbon reactions. Validation of the enhanced model is possible with thermodynamic calculations for pressures ranging from 1 Pa to 1 MPa, at temperatures between 1000 K and 7000 K. In addition, verification of the CO₂ dissociation models is possible with published experiments. The accuracy of multiple models for H₂O dissociation was benchmarked against chemical equilibrium. However, no suitable model could be identified for integration with the CO₂ dissociation model. The results of this work indicate that more work is necessary on water dissociation models. CO₂ dissociation models were verified, which represents an important step in the development of a comprehensive model for investigating the impact of water impurities on the conversion efficiency of CO₂ to CO

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Carbone, Émile
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Gramich, Matthias
Mots-clés libres:	Conversion du CO2 par plasma ; dissociation du CO2 ; étude numérique ; effets des impuretés de l’eau ; dissociation du H2O ; Plasma-based CO2 conversion ; CO2 dissociation ; numerical investigation ; water impurity effects ; H2O dissociation
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	26 août 2025 18:43
Dernière modification:	26 août 2025 18:43
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16607

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