Likvidace odpadu pomocí plazmy: Princip a využití

Plazma je považována za čtvrtý stav látky s posloupností: pevná fáze, kapalina, plyn, plazma. Na rozdíl od plynu má plazma velkou tepelnou kapacitu i vodivost a podléhá účinkům elektrického i magnetického pole.

Střední energii plazmatu lze vyjádřit v elektronvoltech (eV), přičemž platí: 1 eV = 11,6 kK = 1,602·10-19 J. Závislost mezi kinetickou energií elektronu a jeho teplotou lze vyjádřit vztahem: Ue = 0,5mv2 = 1,5kT kde m je hmotnost elektronů, v rychlost elektronů, Ue energie plazmatu, T teplota plazmatu a k Boltzmanova konstanta (1,38·10-23 J·K-1).

Plazmové generátory

Plazmové generátory se dělí na:

• plazmové generátory s elektrodami
• plazmové generátory s vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem

U generátorů s elektrodami vzniká plazma mezi dvěma elektrodami připojenými na stejnosměrný zdroj. Elektrody jsou obvykle z wolframu, pracovním plynem je kyslík. Tyto generátory se běžně používají při nanášení materiálu, svařování a řezání. Přídavný materiál je přiváděn ve formě prášku nebo drátu. Elektrody jsou však také zdrojem nečistot, a proto tyto generátory nejsou vhodné pro technologie, kde je vyžadována vysoká čistota.

Téměř s absolutní čistotou pracují vysokofrekvenční indukční generátory, tzv. plazmatrony.

Čtěte také: Tlaková Myčka 14mm pro Odpady

Vysokofrekvenční indukční plazma (ICP)

Vysokofrekvenční indukční plazma (ICP - Inductivity Coupled Plasma) je moderní metoda rozkladu vzorku a excitace atomů pomocí plazmatu, která zaručuje vysokou čistotu výroby. Tato technologie se prosazuje zejména v průmyslu, ale i ve veřejné a občanské oblasti. Uplatňuje se při vytváření potahů z plastů, při svařování armatur, úpravě povrchů ocelových plechů, při vývoji nových materiálů, zlepšování jejich vlastností, povrchové úpravě, recyklaci materiálů, zpracování odpadu a v medicínském oboru při dezinfekci a likvidaci nemocničních odpadů. Obecné uplatnění plazma nachází v osvětlovacích a informačních systémech a při ozonové úpravě vody. Důležitý význam má plazma s teplotou nad 10 kK (tzv. vysokoteplotní plazma) při tavení materiálů s vysokou teplotou tání.

Na obalové rouře je epoxidovou pryskyřicí upevněna indukční cívka. Firma FG Plasma- und Oberflächentechnik používá pro přívod centrálního a obalového plynu rouru z křemenného skla. To umožňuje sledování plazmatu i dráhy práškových částic v něm.

Plazmové zplyňování odpadu

V Česku se nyní hraje o desítky miliard korun z dotací, které mají nastartovat bývalé uhelné regiony. O část peněz se uchází společnost PDI, která chce získat finanční podporu pro technologii plazmového zplyňování odpadu. Na papíře to vypadá dobře - země se zbaví obtížných zbytků, které ve velkém končí na skládkách. V průmyslovém měřítku a na komerční bázi však tato technologie dosud nefunguje ani u nás, ani ve světě.

Plazmové zplyňování odpadů je podle lidí seznámených s touto technologií energeticky mimořádně náročné, a tudíž drahé. Zjednodušeně napsáno, plazmové zplyňování odpadu probíhá za mnohem vyšších teplot, než je běžné třeba ve spalovnách, což s sebou mimo jiné nese vyšší spotřebu energie.

„Z odpadového hlediska vypadá technologie dobře. Ale jde o velmi energeticky náročnou technologii, která nebude komerčně úspěšná. Kdyby to bylo jinak, už to v západní Evropě dávno běží,“ shrnuje zástupce veřejné správy, který si nepřál být jmenován.

Čtěte také: Problémy se sádrou v odpadu?

Spalovací komoru musíte vyhřát na vysoké teploty zhruba tři až pět tisíc stupňů Celsia a poté přidávat odpad. V klasickém zařízení na energetické využití odpadu (označovaných zkratkou ZEVO, pozn. aut.), jako je třeba SAKO v Brně a Malešice v Praze, se odpad může podle Suzové do spalovací komory vkládat po vyhřátí na 850 stupňů. Pak již hoří sám bez přídavků primárního zdroje energie.

Před lety se podílel na přípravě jiného projektu plazmového zplyňování v Moravskoslezském kraji, od něhož se nakonec upustilo. „V plazmě je potřeba na zhruba jednu tunu odpadu minimálně devadesát až sto kilogramů koksu podle toho, o jaký jde odpad. Záleží i na tom, jaké odpady se pomocí plazmového zplyňování likvidují. Směsný komunální odpad je natolik různorodý, že je na něj plazma v podstatě nepoužitelná. Muselo by tomu být předřazeno předtřídění, neboli klasická mechanickobiologická úprava a ta sama má spoustu otazníků. Plazmové zplyňování je tím automaticky znevýhodněné oproti ZEVO,“ tvrdí Kovařík z Vysoké školy báňské.

Pro lidi zabývající se odpady je technologie plazmového zplyňování lákavá. Mluví o ní jako o „svatém grálu odpadářů“. U plazmového zplyňování je hlavním výstupem syntézní plyn a sklovitá (vitrifikovaná) struska. V ní by měly končit problematické nečistoty vznikající při spalování.

Podle Kovaříka z Vysoké školy báňské neměly původně zplyňovací technologie sloužit k produkci energií, ale k výrobě nových meziproduktů a chemikálií. Ty měly být využitelné pro další syntézu uhlovodíků a sloužit například k další výrobě plastů. Proto se přešlo k plánu B, tedy k výrobě syntézního plynu pro energetické využití, uvádí Kovařík. Vznikající plyn se však musí čistit, aby byl energeticky využitelný.

Podle lidí obeznámených se schvalovacím procesem jednou z podmínek pro získání dotace z Operačního programu Spravedlivá transformace je to, že nelze podpořit „energetické“, ale pouze „materiálové“ využití odpadu.

Čtěte také: Kladenská skládka: Vše, co potřebujete vědět

Robert Suchopa, projektový manažer chemické recyklace skupiny Orlen Unipetrol, uvádí, že zákony nijak nezvýhodňují vodík získaný ze zpracování odpadů plazmovým zplyňováním oproti vodíku vyrobenému díky obnovitelným zdrojům elektrolýzou vody. „Očekáváme, že takto získaný vodík (z odpadů, pozn. aut.) může být jednoduše nekonkurenceschopný vůči vodíku vyrobenému jinými postupy.

Suchopa doplňuje, že plazmová technologie má potenciál, ale zatím není zřejmé, kde by ji bylo možné nasadit. „Na základě historických zkušeností se jeví, že není jednoduché držet tyto technologie v ekonomicky životaschopném provozu v měřítku stovek tisíc tun zpracovatelské kapacity ročně,“ uvádí.

Vedle jinak nevyužitelného odpadu sem patří třeba čistírenské kaly nebo také nebezpečný nemocniční materiál. „Pokud máte jednodruhové plasty, dává z hlediska cirkulární ekonomiky větší smysl vyrobit z nich nové plasty. Může jít buď o likvidaci odpadu a dopálení vzniklého plynu, nebo můžeme chtít mít plyn bohatý, aby byl energeticky využitelný.

Plazmové reaktory Millenium Technologies

Plazmové reaktory, které Millenium Technologies vyvíjí a testuje už od roku 2010 v technologickém parku v Dubé, se tak poprvé dostanou ke koncovým zákazníkům. „Je to komplexní a sofistikovaný proces. Nejlépe se o něm dozvídáme vlastním testováním. Naše technologie se skvěle hodí tam, kde už není možné aplikovat jednodušší metody zpracování odpadu.

Nejtěžší prý bylo zařídit, aby produkt fungoval spolehlivě a s vysokou účinností, navíc s co nejmenšími nároky na obsluhu. „Plazmatron pomocí elektrického oblouku generuje plazma o teplotě tři až pět tisíc stupňů Celsia a tento výron plazmatu rozkládá hmotu na molekuly. Naopak s bezpečnostními překážkami, které při vyslovení slova reaktor kdekoho napadnou, se prý v Millenium Technologies při vývoji nepotýkali. Systém je nastavený tak, aby při jakémkoliv nestandardním stavu reaktor řádně odstavil. „Navíc celý proces probíhá v mírném podtlaku. Nikde tedy nedochází k přetlaku, při kterém by mohla hrozit exploze.“

Hlavní síla technologie plazmového zplyňování odpadu tkví ve schopnosti zpracovat směsné materiály, u kterých ostatní technologie selhávají. Typickým příkladem jsou materiály zbylé po zpracování autovraků či lopatky větrných turbín vyrobené ze sklolaminátu. Ten navíc - na rozdíl od plastů - nelze ani spalovat či recyklovat.

Uplatnění tu ale najde zejména takový, s nímž si běžné metody neporadí. Vedle jinak nevyužitelného odpadu sem patří třeba čistírenské kaly nebo také nebezpečný nemocniční materiál.

Do budoucna v Millenium Technologies pracují se dvěma byznysovými modely. „Jedním ze scénářů, o kterém uvažujeme, je, že bychom odpad zpracovávali pro zákazníky my u nás. Určitě by to ale nebylo v Dubé. Museli bychom postavit nový areál.“ Druhá varianta pracuje s prodejem samotných zplynovacích reaktorů jednotlivým zákazníkům, kteří je budou sami provozovat pro svoje účely.

Technologie plazmového zplyňování tak s sebou přináší náplast hned na dvě rány. Dokáže přetvořit nevyužitelné složky odpadu, které by za normálních okolností skončily na skládkách a vedly k ekonomické ztrátě v podobě plýtvání materiály i zbytečným emisím. Právě podniky jako sklárny by tak k výrobě syntézního plynu mohly využívat třeba tuhé alternativní palivo. Podle Langa jde o variantu, o které se teď mluví často.

Syntézní plyn vzniklý po zpracování odpadu je snadno skladovatelný. Nemusí se tak využít nutně tam, kde byl vygenerován.

„Pořízení plazmového reaktoru primárně proto, aby generoval náhradu zemního plynu, je dobrý způsob, jak obejít jeho rostoucí ceny,“ říká Lang.

Problémem pro větší rozšíření nadějné technologie je však aktuální legislativa. Plazmové zplyňování je sice už nyní zařazeno v odpadovém zákoně, ale české právo ho stále neumí posuzovat samostatně - a tedy správně. „Zákon se na nás dívá optikou toho, co se rozhodneme udělat s následným produktem,“ nastiňuje hlavní problém Lang.

tags: #likvidace #odpadu #pomocí #plazmy #princip

Oblíbené příspěvky:

• Environmentální složky
• Přenesená Daňová Povinnost u Odpadů
• Česká arachnofauna
• Tipy pro ochranu proti hmyzu
• Voda v přírodě: přehled