Микроволновая плазма в вихревом потоке — это своего рода высокотемпературный миксер: газ закручивается в реакторе, а микроволновое излучение разогревает его до тысяч градусов, разрывая молекулы углекислого газа (CO₂) на составные части. Учёные построили компьютерную модель такого реактора, чтобы понять, как давление влияет на процесс расщепления.
При давлении 150 миллибар (примерно в 7 раз ниже атмосферного) конверсия CO₂ достигает максимума. Но при повышении давления до 400 миллибар эффективность падает более чем вдвое. Причина — в конкуренции двух процессов: прямого разложения CO₂ на угарный газ (CO) и кислород (O₂) и обратной реакции, которая вновь собирает CO₂ из этих фрагментов. При высоком давлении молекулы чаще сталкиваются, и обратная реакция начинает доминировать.
Модель показала, что вихрь не только удерживает плазму, но и возвращает часть газа обратно в горячую зону, давая ему второй шанс расщепиться. Однако у верхней стенки реактора газ охлаждается слишком медленно, и там CO успевает снова превратиться в CO₂. При 400 миллибар эта потеря становится критической: более 60% образовавшегося CO пропадает.
Теперь учёные точно знают, где и почему теряется продукт, и могут изменить конструкцию реактора, чтобы охлаждать газ быстрее и сохранять больше CO. Это шаг к практическому использованию плазмы для переработки CO₂.
При оптимальном давлении 150 мбар температура в ядре плазмы достигает нескольких тысяч градусов — горячее, чем поверхность Солнца, но газ при этом не плавит стенки реактора благодаря вихрю, который держит плазму в центре.