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Research unit
FOEN
Project number
UTF 703.23.22
Project title
Plasmabehandlung von Industrieabgasen (Plasmabehandlung von Industrieabgasen – Nachhaltige Alternative zur thermischen Nachverbrennung von VOC-haltigen Abgasen)

Texts for this project

 GermanFrenchItalianEnglish
Key words
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Short description
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Project aims
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Description of results
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Transfer and application
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Follow up
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Publications / Results
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Inserted texts


CategoryText
Key words
(German)
Flüchtige organische Verbindungen (engl. VOC), VOC in Abgasen, Lüftungsanlage, UV-C/Ozon-Technik, Plasmatechnologie, Luftreinhalte-Verordnung (LRV).
Short description
(German)

Flüchtige organische Verbindungen (engl. VOC) sind oft schädlich oder sogar giftig und biologisch schwer abbaubar. In vielen Fällen entstehen sie bei chemischen Produktionsprozessen oder bei Verbrennungsprozessen wie beispielsweise in der thermischen Abfallbehandlung. Sehr oft werden sie an ihrem Entstehungsort abgesaugt und in die Lüftungsanlage geleitet, um ein Überschreiten von maximalen Arbeitsplatzkonzentrationen zu vermeiden. Infolgedessen müssen enorme Mengen an Industrieabgasen als verdünntes Abgas behandelt werden. Obwohl technisch möglich, ist die Rückgewinnung in vielen Fällen wirtschaftlich nicht sinnvoll, weshalb die meisten Industrieanlagen ein thermisches Nachverbrennungsverfahren verwenden, um potenzielle Schadstoffe in weniger schädliches CO2 und Wasser umzuwandeln.

Aufgrund der aktuellen europäischen Situation und der Verknappung von Energieträgern wie Kohle oder Erdgas besteht ein hoher Bedarf an voll elektrischen und energiesparenden Alternativen. Die Oxytec AG plant daher, im Rahmen des vorliegenden Projekts in Zusammenarbeit mit dem UMTEC, ein neues System zur VOC-Behandlung zu entwickeln, welches rein auf einem neuartigen Plasmamodul basiert. Dieses wurde vom UMTEC im Rahmen eines vorgängigen Projekts, entwickelt.

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 09.05.2022 an der Sitzung der Koko UT vom 08.06.2022 genehmigt.

Project aims
(German)

Die vom UMTEC entwickelte Plasmatechnologie wird auf die Behandlung von VOC in Abgasen adaptiert. Durch systematische Untersuchungen werden geeignete Plasmabedingungen ermittelt, welche für die diversen in der Industrie auftretenden VOCs und Abgaszusammensetzungen geeignet sind. Das Plasmasystem wird auf einer geeigneten realen Anlage eingesetzt und getestet, es erfüllt die Vorgaben der Luftreinhalte-Verordnung (LRV) und der deutschen technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) bei der Behandlung von Industrieabgasen.

Description of results
(English)
The NTPlasma project developed and validated a fully electrified plasma-based exhaust gas treatment system as a sustainable alternative to fossil-fuel thermal oxidizers for VOC removal in an industrial environment. Advancing the technology to industrial readiness, it demonstrated high performance across sectors like automotive, semiconductors, food, and battery recycling. Key innovations include a 20 kW RF plasma generator, ceramic electrodes, and modular reactor architecture. Experimental results showed >90% VOC degradation for aromatics and olefins, with hybrid systems (photooxidation, adsorption) enhancing efficiency for oxygenated compounds. A pilot plant at a Li-ion battery recycling facility operated >500 hours under very harsh conditions, confirming stability and scalability. The system meets Swiss and EU standards and supports Net Zero goals, positioning the new plasma purification as a viable, CO2-free industrial solution
Transfer and application
(English)

Inefficient cutting-edge plasma technology was reengineered for industrial exhaust gas treatment. It involved replacing conventional low-power transformers by radio frequency (RF) generators, which enable higher plasma energies and efficiency. Plasma electrodes required significant design improvement to manage such energies: Low-cost glass electrodes were be substituted with superior ceramic ones due to their dielectric properties, enhancing molecular activation. The system components must be housed in a gas-tight enclosure to meet industrial safety standards for high voltage protection and hazardous VOCs.

Chemical industry, combustion and production processes emit a wide array of harmful substances, including unreacted monomers like methyl acrylate, phenols, formaldehyde and various volatile organic compounds such as toluene and dichloromethane. These VOCs, comprising aliphatic and aromatic hydrocarbons, alcohols, and complex organics with heteroatoms, resulted in significant challenges due to their varying stability and energetic excitation. Systematic investigations on reference contaminants were essential to determine optimal plasma conditions and electrode designs for effective VOC removal, ensuring EMV compliance as well as with LRV (CH) and TA-Luft (GER) standards.

In collaboration with oxytec AG, several industrial sites were selected for implementation. This goal was successfully demonstrated in the exhaust gas treatment under real industrial conditions, addressing real gas flows and contaminants.

Follow up
(English)
The biggest challenges were the use of a 20 kW high-voltage technology to operate a plasma system with a capacity of up to 6000 m3/h in an industrial environment, which requires very high safety standards and EMC compatibility under extremely harsh conditions (e.g. Li-ion recycling in a charged state or Cges (total carbon) values of up to 250 g/m3 and particle loading). A successful reduction was achieved for VOCs, but at the expense of an even higher pollutant removal rate. For some specific classes of substances, it was not possible to achieve 90% degradation, especially when very high load values of several g/m3 and in some cases even up to 50 – 200 g/m3 were present. Future developments should therefore aim to increase the performance in order to get access to these applications. In addition, the use of available or energy-saving electronics that are currently not designed for plasma applications of this type must being considered. And finally, efficiency should be further increased while guaranteeing a life-time as expected from industry
Publications / Results
(German)
  • Plasma-Abgasreinigung auf Knopfdruck”, OstPunkt Magazin, 2023 02 N05
  • Forschungspreis für Plasma-Abgasreinigung, Medienmitteilung OST, 18.04.2024
  • «Plasma statt Flamme: Nachhaltige Abgasreinigung für die Industrie», UMTEC Newsletter Juli 2025
  • Netto Null Ziel vor Augen – Nachhaltige VOC-Abluftreinigung mittels «kaltem Plasma», EEU Newsletter Oktober 2025