Lampade magiche: dispositivi al plasma a microcavità e loro applicazioni commerciali

May 19, 2023

3/11/2022 15:51:05 Michael O'Boyle

Nel 1995, il professor J. Gary Eden dell'Università dell'Illinois fu contattato da James Frame e David Wheeler, due studenti laureati del Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica.

Gli mostrarono un blocco di silicio e gli chiesero: "Ti dispiace se facciamo un piccolo foro e vediamo se possiamo riempirlo con un gas e generare un plasma?"

"Certo che no, andate avanti", disse loro Eden.

Trent’anni dopo, i discendenti di quell’esperimento iniziale costituiscono una tecnologia completamente nuova: i dispositivi al plasma a microcavità.

Come discusso nella storia di copertina di ottobre di Plasma Processes and Polymers, hanno dato vita a una serie di dispositivi compatti e convenienti prodotti da tre società – EP Pure, Eden Park Illumination e Cygnus Photonics – che stanno per rivoluzionare la purificazione dell’acqua, dell’aria e delle superfici. disinfezione e fabbricazione di componenti elettronici. E tutto perché i ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno intrapreso un progetto che sembrava interessante.

Plasmi a microcavità: più piccolo è, meglio è

Come altre tecnologie al plasma, comprese le insegne al neon e le lampadine fluorescenti, i dispositivi a microcavità funzionano applicando un'alta tensione per allontanare gli elettroni dagli atomi o dalle molecole di un gas contenuto. Il risultato, un plasma, può essere utilizzato per generare luce o guidare reazioni chimiche.

Tuttavia, invece di alloggiarlo in un grande tubo, la nuova tecnologia confina il plasma in una serie di piccole cavità, ciascuna di dimensioni inferiori a un millimetro. Ciò conferisce ai dispositivi un paio di differenze chiave che li rendono particolarmente attraenti per le applicazioni.

I dispositivi a microcavità funzionano a pressione atmosferica, mentre i gas nei dispositivi al plasma standard devono essere pompati a vuoto. Ciò semplifica notevolmente il processo di produzione, poiché l'unità abitativa non deve tenere conto della differenza di pressione.

Inoltre, le dimensioni ridotte della cavità fanno sì che utilizzino molta meno energia elettrica rispetto ai dispositivi standard, prolungandone significativamente la durata operativa.

Produzione di ozono e purificazione dell'acqua

Finora l’applicazione più importante dei dispositivi al plasma a microcavità è stata la produzione di ozono per la disinfezione dell’acqua potabile. La clorazione non è praticabile in molte parti del mondo e rappresenta un pericolo per la salute umana e l’ambiente, rendendo l’ozonizzazione un’alternativa interessante.

Le tradizionali barriere di costo e consumo energetico vengono superate da reattori chimici in miniatura che utilizzano plasmi a microcavità sviluppati nel laboratorio di Eden. Queste unità producono ozono dall'aria ambiente a una velocità di 0,3 grammi, sufficiente per disinfettare 10 litri d'acqua, all'ora. Poiché sono piccoli e consumano meno di 15 watt di energia elettrica, si sono rivelati ideali per disinfettare l’acqua potabile nelle comunità off-grid in più di 20 paesi.

Le strutture più grandi per utilizzare questi dispositivi operano nella regione di Kisumu, nel Kenya occidentale. Costruiti e installati da una partnership tra l'Università dell'Illinois a Chicago, il Safe Water and AIDS Project del Kenya e la Eden Park Foundation, ciascuno dei due "chioschi" autosufficienti produce ogni giorno 2000 litri di acqua potabile pulita da fiumi contaminati o acque superficiali e sono gestiti, mantenuti e gestiti dai keniani locali.

Luce germicida

L'applicazione di sorgenti luminose al plasma a microcavità per disinfettare l'aria e le superfici negli spazi pubblici ha attirato un'intensa attenzione negli ultimi tre anni.

Le lampade che emettono luce ultravioletta per uccidere i microbi, le cosiddette “lampade germicide”, sono una tecnologia consolidata, ma la lunghezza d’onda che utilizzano, 254 nanometri, è nota per essere cancerogena per l’uomo. Basandosi sulla tecnologia dell'Università dell'Illinois, Eden Park Illumination ha progettato una lampada a microcavità che emette luce a 222 nanometri che uccide gli agenti patogeni virali e batterici. Tuttavia, la lunghezza d'onda non può penetrare nello strato esterno della pelle umana, quindi è sicura per l'esposizione umana.