متان به عنوان فراوانترین جزء گاز طبیعی، به دلیل پایداری بالای پیوند ،C–Hیکی از چالش برانگیزترین هیدروکربنها برای فعالسازی شیمیایی به شمار میرود. روشهای متداول ترموکاتالیستی تبدیل متان، از جمله رفرمینگ بخار، رفرمینگ خشک و اکسیداسیون جزئی، عموماً نیازمند دماهای بالا، مصرف انرژی زیاد و با مشکلاتی نظیر تشکیل کک و کاهش عمر کاتالیست مواجه هستند. در این راستا، فناوری پلاسمای غیرحرارتی به عنوان رویکردی نوین برای فعالسازی متان در شرایط ملایم دمایی، توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده است. در این پژوهش، تبدیل متان به هیدروژن و هیدروکربنهای سنگینتر با استفاده از راکتور پلاسمای غیرحرارتی دو مرحله ای مبتنی بر تخلیه جرقه ای پالسی مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. هدف اصلی، ارزیابی اثر پیکربندی دومرحله ای راکتور بر افزایش نرخ تبدیل متان، بهبود گزینش پذیری محصولات و ارتقای بهره وری انرژی در مقایسه با سامانه های تک مرحلهای بوده است. بدین منظور، عملکرد راکتور در سامانه های مختلف گازی شامل –CH₄ CH₄–CO₂ ،Airو CH₄–N₂تحت شرایط عملیاتی متنوع از جمله ولتاژ، فرکانس، نسبت مولی خوراک و ورودی انرژی ویژه ( SEI) بررسی شده است. نتایج آزمایش ها نشان میدهد که پیکربندی دومرحله ای، با توزیع مؤثرتر انرژی الکتریکی و افزایش زمان مؤثر برهمکنش گونه های فعال پلاسمایی، منجر به افزایش قابل توجه تبدیل متان و بهبود گزینش پذیری هیدروژن و هیدروکربن های C₂Hᵧمیشود. همچنین مشخص شد که نوع گاز خوراک نقش تعیین کننده ای در مسیرهای واکنشی غالب دارد؛ به طوری که در سامانه CH₄–Air تولید هیدروژن و CO₂ غالب بوده، در حالی که در سامانه CH₄–CO₂ مسیرهای مرتبط با تولید هیدروژن و تشکیل CO تقویت میشوند. بررسی شاخص های انرژی نشان داد که راکتور دومرحله ای در مقادیر بهینه SEI بازده انرژی بالاتری نسبت به حالت تک مرحله ای ارائه میدهد. در مجموع، نتایج این تحقیق بیانگر آن است که استفاده از راکتور پلاسمای پالسی جرقه ای دومرحله ای میتواند به عنوان راهکاری کارآمد و قابل توسعه برای تبدیل متان به محصولات با ارزش افزوده بالاتر، به ویژه هیدروژن، در شرایط عملیاتی ملایم مطرح شود.
