Wat is het beste plasma om door je ochtendkoffie te roeren

PhD-onderzoeker Calum T. Ryan bestudeerde de basisprincipes van plasma's op kamertemperatuur en toonde aan dat dit van invloed kan zijn op hoe je je ochtendkoffie maakt.

De zomervakantie is voorbij, de kinderen gaan weer naar school en iedereen gaat weer naar kantoor. Een integraal onderdeel van de ochtendroutine voor de meesten is koffie. Dus, wat is het beste plasma om door je koffie te roeren? Een eigenaardige vraag om te stellen, maar voor promovendus Calum T. Ryan - toevallig een toegewijde koffiedrinker - is het een vraag die het beantwoorden waard is. Voor zijn promotieonderzoek onderzocht Ryan de belangrijkste fysica van plasma-geïnduceerde vloeistofstromen, die implicaties kunnen hebben voor vloeistoffen die worden gebruikt in de geneeskunde, landbouw en ja, zelfs je ochtendkoffie. Hij verdedigde zijn proefschrift op 10 september.

Als je energie toevoegt aan materie, leidt dit tot een verandering van toestand. Het verhitten van een vaste stof zorgt er bijvoorbeeld voor dat deze eerst smelt tot een vloeistof en vervolgens verdampt tot een gas. Denk maar aan de fasen van water - ijs, vloeistof in een glas en vloeistof die in stoom verandert.

Het toevoegen van nog meer energie zorgt er echter voor dat elektronen loskomen van hun (gastheer)atomen en vervolgens veranderen in een vloeistof van geladen deeltjes. Dit staat bekend als een plasma - de vierde toestand van materie.

Plasma's zijn te vinden in bliksem en in sterren, maar ze hebben ook industriële toepassingen. Je kunt plasma's vinden in neonlichten en fusiereactoren. Daarnaast worden plasma's gebruikt bij de productie van microchips, waarbij ASML een leidende rol speelt bij het benutten van de kracht van plasma's.

[Foto: iStockphoto]

Gerichte stroom

Bij plasma-vloeistofinteracties creëert het plasma een stroom in de vloeistof, die de RONS door de oplossing roert, afhankelijk van het stroomtype.

Als de stroming erg turbulent is, mengen de RONS gelijkmatiger door de vloeistof. "Maar als de stroom gericht is op één punt in de vloeistof, verzamelen de RONS zich op dat punt en worden ze niet door de vloeistof verspreid", zegt Ryan.

Dit kan een probleem vormen voor de farmaceutische en agrarische industrie, waar specifieke RONS-verdelingen in een vloeistof nodig zijn.

"Het beheersen van een door plasma geïnduceerde vloeistofstroom kan zorgen voor optimalisatie van plasma-vloeistofinteracties en daarmee leiden tot betere medicijnen en gezondere gewassen", merkt Ryan op. "In de landbouw wordt plasma-geactiveerd water bijvoorbeeld gebruikt om betere meststoffen te maken en zo de gezondheid van planten te verbeteren."

Koffiemachines op basis van plasma?

Maar wat betekent dit allemaal voor je ochtendkoffie? En wat is het beste plasma om door je koffie te roeren?

"Bij de vergelijking van stromen die worden aangedreven door plasma's met verschillende polariteiten (positieve of negatieve spanningen), ontdekten we dat positieve plasma's snellere stromen in vloeistoffen veroorzaken in vergelijking met negatieve plasma's."

Om te visualiseren hoe plasma's met positieve en negatieve spanning vloeistoffen beïnvloeden, voegde Ryan oploskoffie toe aan een plasma-vloeistofmengsel. "We ontdekten dat de snellere stroom van het positieve plasma de oploskoffie gelijkmatiger mengde, dus we verwachten hetzelfde gedrag bij een met plasma gemengde vloeistof die RONS bevat."

De ontdekking van Ryan is weliswaar een fundamentele bevinding over plasmastromen, maar denkt de onderzoeker ook dat zijn werk een revolutie betekent voor het ochtendkoffieritueel?

"Daar ben ik niet zeker van. Ik denk niet dat er snel koffiemachines op basis van plasma zullen zijn! Natuurlijk heb ik de koffie voor mijn onderzoek niet gedronken, maar omdat het plasma nitraten aan de vloeistof toevoegt (wat nuttig is voor de productie van kunstmest), kun je stellen dat het naar slechte alcohol zal smaken!"

Ondanks de slechte smaak kunnen hier waardevolle lessen in zitten voor iedereen die elke ochtend een kopje gelijkmatig gemengde koffie wil zetten.

"Maar deze lessen zouden ten koste gaan van een lekkere kop koffie - in ieder geval op dit moment", grapt Ryan.

In juni 2024 won Calum T. Ryan Talking Science - de wetenschapspitchwedstrijd voor TU/e-promovendi en EngD-onderzoekers. In Talking Science mogen deelnemers maximaal drie minuten pitchen over hun werk. Ze kunnen geen slides gebruiken, maar mogen wel rekwisieten inzetten.

Ryan's winnende pitch was getiteld 'Going with the Flow Using 'Super-Water''. De jury vond zijn pitch boeiend, grappig en goed gestructureerd.

Naast het winnen van Talking Science 2024 won Ryan ook een prijs voor zijn mondelinge presentatie op het 25e International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC25) en een prijs voor een poster op het 1e NNV Plasma Symposium (Plasma Rolduc).

Na zijn promotie wil Ryan zijn passie voor wetenschapscommunicatie voortzetten, waarvoor hij momenteel mogelijkheden onderzoekt. In de tussentijd spreekt hij tijdens het programma van het Gala van de Wetenschap, dat op 25 november plaatsvindt in het Internationaal Theater Amsterdam en wordt georganiseerd door New Scientist NL.

[Foto: Bart van Overbeeke]

• Nieuwsoverzicht

• RSS