Uit recent onderzoek, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Vacuum, is een aanzienlijke vooruitgang gebleken op het gebied van de technologie voor het genereren van ozon. Dit onderzoek biedt een potentiële oplossing voor een van de meest hardnekkige uitdagingen van de industrie: energie-efficiëntie. Wetenschappers hebben een nieuwe ontladingsreactor met diëlektrische barrière met dubbele opening ontwikkeld die een ozongeneratie-efficiëntie van 250 g/kWh bereikt – het dubbele van de 125 g/kWh die wordt bereikt door conventionele ontwerpen met enkele opening onder identieke bedrijfsomstandigheden.
Deze doorbraak pakt een kritiek probleem aan voor industriële ozontoepassingen, waarbij het energieverbruik doorgaans meer dan 60% van de totale bedrijfskosten in grootschalige systemen voor zijn rekening neemt. Het onderzoek, uitgevoerd door een team onder leiding van Amar Tilmatine aan de Université Djillali Liabes in Algerije, toont aan dat de configuratie met dubbele opening een meer uniforme en geïntensiveerde verdeling van het elektrische veld creëert, met piekwaarden die 1,4 × 10⁷ V/m bereiken – substantieel hoger dan de piek van de single-gap van ongeveer 1 × 10⁷ V/m.
De nieuwe dubbel-gap diëlektrische barrière-ontladingsreactor (DG-DBD) heeft een symmetrisch ontwerp met twee identieke ontladingsspleten aan weerszijden van een centrale hoogspanningselektrode. Deze configuratie maakt een uniforme en gebalanceerde elektrische veldverdeling over beide ontladingszones mogelijk, waardoor wordt voorkomen dat één opening het ontladingsproces domineert en homogeen plasma door de hele reactor genereert.
Experimentele validatie bevestigde dat het systeem met dubbele opening ongeveer 4,5–5,0 g/uur ozon produceerde, vergeleken met 3,5–4,0 g/uur voor het ontwerp met enkele opening, terwijl het aanzienlijk minder energie verbruikte (19,5 W versus 29,5 W). Spannings-stroomkarakteristieken, Lissajous-cijfers en golfvormanalyse bevestigden een verbeterd ontladingsgedrag en een lager energieverbruik in de configuratie met dubbele opening.
De gevolgen voor fabrikanten van ozonmachines zijn aanzienlijk. Energie-efficiëntie blijft een belangrijke onderscheidende factor op de competitieve markt voor ozongeneratoren, waar industriële systemen doorgaans 10 tot 15 kWh per kilogram geproduceerde ozon verbruiken. Door de efficiëntie te verdubbelen, zou deze technologie de bedrijfskosten voor eindgebruikers met 30-50% kunnen verlagen en tegelijkertijd compactere systeemontwerpen met lagere koelingseisen mogelijk maken.
Voor industriële ozongeneratoren opent deze doorbraak op het gebied van efficiëntie nieuwe mogelijkheden voor toepassingen waarbij energiekosten historisch gezien beperkt zijn toegepast. Waterzuiveringsinstallaties, die een van de grootste marktsegmenten voor ozontechnologie vertegenwoordigen, zullen aanzienlijk profiteren. Grootschalige gemeentelijke drinkwaterinstallaties en afvalwaterzuiveringsinstallaties die continu in bedrijf zijn, vergen een aanzienlijke energie-input voor de opwekking van ozon; het verminderen van deze last verbetert de economische levensvatbaarheid van op ozon gebaseerde behandelingen in vergelijking met chemische alternatieven.
De technologie verbetert ook de prestaties van ozondesinfectiemachines in diverse sectoren, waaronder de voedselverwerking, farmaceutische productie en gezondheidszorg. Een hogere energie-efficiëntie vertaalt zich in een lagere warmteontwikkeling in de ontladingskamer, wat van cruciaal belang is omdat ozon snel ontleedt bij hogere temperaturen. Door thermische verliezen te minimaliseren, handhaaft het ontwerp met dubbele opening hogere ozonconcentraties en stabiliteit, waardoor de desinfectie-effectiviteit wordt verbeterd en de benodigde koelinfrastructuur wordt verminderd.
De double-gap-aanpak betekent een aanzienlijke vooruitgang ten opzichte van andere efficiëntieverhogende strategieën die momenteel in ontwikkeling zijn. Alternatieve benaderingen zijn onder meer met katalysator gecoate diëlektrische oppervlakken, die een ozonproductiesnelheid van 24,1 g/uur bij 120 W hebben aangetoond, waarbij de energie-efficiëntie 218,3 g/kWh bereikt met behulp van TiO₂-nanokatalysatoren. Terwijl katalysatorcoating de prestaties verbetert door de ontladingsstabiliteit te verbeteren en extra katalytische locaties voor ozonsynthese te creëren, bereikt het ontwerp met dubbele opening vergelijkbare efficiëntiewinsten door puur geometrische optimalisatie zonder dat er gespecialiseerde materialen of coatingprocessen nodig zijn.
Ander onderzoek heeft configuraties met meerdere buizen onderzocht die een energie-efficiëntie van 180,7 g/kWh bereiken (56% hoger dan systemen met één buis) met elektrische veldsterktes tot 3,5 × 10⁷ V/m, en DBD-ontwerpen aan het oppervlak met gaaselektroden die 332 g/kWh bereiken door middel van geoptimaliseerde geometrie en geforceerde luchtkoeling. De double-gap-aanpak onderscheidt zich door uitstekende efficiëntie te combineren met ontwerpeenvoud en schaalbaarheid.
De mondiale markt voor ozongeneratoren, die in 2025 op 466,2 miljoen dollar wordt geschat, zal in 2035 naar verwachting 930,4 miljoen dollar bereiken, met een CAGR van 7,3%. Verbeteringen op het gebied van energie-efficiëntie zullen een cruciale rol spelen bij deze uitbreiding, vooral nu de milieuregels strenger worden en de bedrijfskosten in alle sectoren steeds kritischer onder de loep worden genomen.
Toonaangevende fabrikanten van apparatuur integreren al geavanceerde ontladingstechnologieën in hun productlijnen. De OZONFILT OZMa-serie van ProMinent bereikt een specifiek energieverbruik van 16,5 Wh/g met perslucht als voedingsgasbron, met ozonconcentraties tot 20 g/Nm³. Hun DULCOZON OZLa-systemen, ontworpen voor grotere toepassingen tot 5.760 g/u, bereiken een energieverbruik van minder dan 8,0 Wh/g bij een ozonconcentratie van 10% op basis van gewicht door innovatieve koelconcepten en modulaire ontwerpen.
De double-gap DBD-technologie biedt een weg naar nog grotere efficiëntie door de fundamentele ontladingsfysica te optimaliseren in plaats van uitsluitend te vertrouwen op perifere verbeteringen in de koeling of gasvoorbereiding. Terwijl de technologie zich ontwikkelt van laboratoriumvalidatie naar commerciële implementatie, belooft het nieuwe maatstaven te stellen voor de prestaties van ozongeneratie.
De publicatie van dit dubbel-gap DBD-onderzoek in Vacuum vertegenwoordigt een betekenisvolle bijdrage aan de wetenschap op het gebied van ozongeneratie, en biedt experimentele validatie van een ontwerpconcept dat de energievoetafdruk van ozonproductie aanzienlijk zou kunnen verkleinen. Voor fabrikanten van ozonmachines, industriële ozongeneratoren en ozondesinfectiemachines biedt deze technologie een routekaart voor de volgende generatie productontwikkeling die prestaties, efficiëntie en praktische productiemogelijkheden in evenwicht brengt. Terwijl de industrie haar transitie naar duurzame, kosteneffectieve desinfectieoplossingen voortzet, zullen dergelijke innovaties essentieel blijken om tegemoet te komen aan de veranderende behoeften op het gebied van waterzuivering, voedselveiligheid en milieubeschermingstoepassingen wereldwijd.
