گازسازی پلاسما

تکنولوژی پلاسما برای سالیان طولانی برای تصفیه پسماندهای خطرناک و خاکستر زباله سوز و تبدیل آنها به یک سرباره شیشه ای و پایدار کاربرد داشته است. در سالیان اخیر تلاش هایی جهت استفاده از این تکنولوژی در تصفیه پسماند انجام گرفته است که منتهی به ساختن چندین پایلوت و یک مجتمع با ظرفیت پایین (یوتاشینای ژاپن) شده است.

در این سیستم گاز یونیزه شده متشکل از هوا، اکسیژن یا ارگون یا ترکیبی از آنها با حرارت حدود 7000 درجه فارنهایت که بوسیله جریان الکتریسیته گرم شده اند به بدنه پسماند تزریق می شود. این فرایند غالباً در یک راکتور بسته و تحت فشار انجام می شود. میزان اکسیژن دمیده شده در پسماند برای تنظیم نرخ گازی شدن کنترل می شود. این گاز با حرارت بالا باعث ذوب شدن مواد غیر آلی شده و آنها را به یک سرباره غیرخطرناک تبدیل می کند. در شکل زیر شمای کلی فرآیند پلاسما برای تولید انرژی از پسماند را مشاهده می کنید.

 
شمای کلی استفاده از تکنولوژی پلاسما برای تولید انرژی

مشعل های پلاسما به طور کلی به دو نوع تقسیم می شوند: مشعل های انتقالی و مشعل های غیر انتقالی . در مشعل های انتقالی اختلاف پتانسیل الکتریکی بین شمع و بدنه راکتور باعث پرش الکتریکی می شود در حالیکه در مشعل های غیر انتقالی این اختلاف پتانسیل در سر شمع بوجود می آید. دو روش کلی برای طراحی راکتورهای پلاسما وجود دارد:

یک مورد روشی است که مورد استفاده دو شرکت هیتاچی متالز و وستینگهاوس قرار گرفته است. در این روش اکسیژن یا هوا با فشار متوسط از یک مشعل پلاسمای غیر انتقالی که با آب خنک می شود در خارج راکتور عبور می کند و سپس به داخل راکتور هدایت می شود.
روش طراحی دوم، قراردادن مشعل ها در داخل راکتور است. هوای داغ یا از خود مشعل خارج می شود یا اینکه در اثر ایجاد قوس الکتریکی در داخل راکتور گرم می شود. در طراحی دیگری مشعل در مسیر ورود پسماند به راکتور و در مسیر بازچرخش پسماند به راکتور قرار دارد. گاز مصنوعی تولید شده در راکتور می تواند بلافاصله سوزانده شود یا اینکه ابتدا مورد تصفیه قرار بگیرد.

سیستم های فعلی با ظرفیت 83 تن در روز در حال کار است درحالیکه اجزای خرد شده اتومبیل همراه با پسماند خشک به عنوان مواد ورودی به کار می روند. ظرفیت سیستم می تواند با نصب سیستم های موازی افزایش یابد. همینطور حداقل ظرفیت حرارتی برای ورودی یک سیستم خودکفا بیش از 1000 کیلوژول بر کیلوگرم گزارش شده است.

به دلیل حرارت بالای موجود در راکتور پلاسما تبدیل کربن آلی با راندمان حدود 100 درصد صورت می گیرد، همینطور حرارت بالای راکتور باعث ذوب کامل مواد غیر آلی شده و در نتیجه خاکستر کاملاً پایداری را پدید می آورد. در مورد انتشار گاز به محیط آنچه در مورد تکنولوژی های گازی کردن و پیرولیز حاکم است در این جا صدق می کند.

كوره

اتفاقي كه در اين قسمت مي‌افتد جالب است. كوره‌ها سيستم قفل هوا دارند كه به زباله اجازه  مي‌دهد كه داخل شود و مانع از خروج گازهاي داغ به بيرون دستگاه و جو زمين مي‌شود. محفظه‌ي كوره حداقل يك احتراق پلاسمايي در خود خواهد داشت كه زباله را به قسمت‌هاي ريزتر مي‌شكند. اين احتراق‌ها معمولاً در بخش پاييني‌  يعني ميانه‌هاي كوره قرار گرفتند. كوره يك سيستم زه‌كشي دارد كه شيري در آن تعبيه شده و وقتي گاز در انباسشه مي‌شود وسيستم بادي كه اجازه‌ي خروج گاز را از اين قسمت مي‌دهد. با توجه به دماي بالا، كوره‌ها از مواد نسوز ساخته مي‌شوند و اغلب سيستم سردسازي با آب‌سرد هم دارند.

زه‌كشي سرباره و پس‌سوزها

 مذاب در كف كوره ته نشين مي‌شود و كمك مي‌كند دما همچنان بالا مانده و چرخه گازي حفظ شود. در مواردي  زباله‌ها بايد از كوره خارج شوند. تعدادي از كوره‌ها در ارتفاع مشخصي قرار دارند و انواع ديگر از يك شير بجاي لوله دودكش استفاده مي‌‌كنند. درهر دو حالت زباله از كوره خارج مي‌شود و مخزن خنك مي‌شود.

 تهويه گازي

كوره سيستم تهويه هم دارد كه اجازه خروج عناصر گازي شده را از دستگاه مي‌دهد (پس‌سوزها و مخزن‌هاي تميز‌كننده گاز هم اين تهويه را دارند).

پس‌سوز

گازها مي‌توانند از مخزن دومي هم عبور كنند كه گاز طبيعي در آن‌ها مشتعل شده و مواد ارگانيك در گازها را مي‌سوزاند. سپس اين‌ گازهاي فوق‌العاده داغ از مولد بخار بازيابي گرما خواهند گذشت كه آب‌گرم به‌ بخار تبديل مي‌شود. پس از آن، اين بخار توربين را به حركت درآورده و برق توليد مي‌شود.

 تميز‌كننده گازي

معمولاً گازهاي كوره وارد محفظه‌اي مي‌شوند كه سرد شده و با آب پاك شده است. گازها از اسپري آب عبور مي‌كنند كه آلودگي‌هاي گاز را مي‌گيرد. يك دستگاه فيلتر گازهاي اسيدي را خنثي را مي‌كند. اسيد‌ها در گازها و پايه‌هاي كوره‌ها در فيلتر به‌صورت نمك‌هاي ساكن تركيب‌مي‌شوند. گازهاي سرد . تميز مسيرشان را در دستگاه ادامه مي‌دهند. مسير بعدي معمولاً توربين گازي است كه به مولد برق متصل است. برخي دستگاه‌ها گرماي ناشي از مولد را با توربين بخار مهار مي‌كنند. كاردكرد اين بخش درست مثل پس‌سوز است.

اگر اگر بخشي از يك پس‌سوز استفاده كند، گازهاي باقيمانده بايد از هر نوع ماده مضري پاك‌سازي شوند. بسياري مدل‌ها مجهز به سيستم پاك‌كننده خشك هستند كه پودر كربن را درون كاز تزريق كرده و جيوه را بزدايد. جيوه عنصري سمي است. گازهاي كه از فيلتر مي‌گذرند و ذرات مضري چون سرب را فيلتر مي‌كنند.  زماني كه گازها تميز مي‌شوند، به ‌سمت دودكش هدايت مي‌شوند كه به جو زمين و هواي آزاد راه دارد.