O zastosowaniach technologii plazmowych do rozpalania kotłów węglowych pisaliśmy już parokroć w ENERGII GIGAWAT. Zakres zastosowań tego niezwykłego zjawiska fizycznego w energetyce został ostatnio poszerzony dzięki wdrożeniu pionierskiej technologii utylizacji odpadów komunalnych przez kanadyjską firmę PlascoEnergy.

Ponieważ plazma wytworzona przez pole elektryczne podnosi temperaturę do znacznie wyższej wartości (rzędu 8000 st. C) niż płomień w paleniskach kotłowych, to jej energia może powodować rozkład zanieczyszczeń na prostsze, bezpieczniejsze składniki. Fakt ten został po raz pierwszy wykorzystany na skalę przemysłową w zakładzie przetwórstwa odpadów Plasco Trail Rd w Ottawie, gdzie tradycyjne spalanie zastąpiono konwersją termiczną z użyciem plazmy. Firma PlascoEnergy zgromadziła bogate doświadczenia wykorzystania technologii plazmowej do przetwarzania odpadów. Pierwszy program badawczy w tej dziedzinie uruchomiła w 1986 r., zaś od czterech lat czynny jest pilotażowy zakład w Castellgali (Hiszpania).

Odpady komunalne dowolnego pochodzenia i o dowolnych parametrach fizyko-chemicznych są dostarczane do zakładu Plasco Trail Rd transportem samochodowym, a następnie - po rozładunku - są podawane do górnej części budynku magazynowego. Po separacji materiałów nieprzydatnych do spalania lub przeznaczonych do recyklingu; jak plastiki, metale, szkła czy papiery, posortowane odpady wędrują do urządzeń konwersji termicznej. W dolnej komorze pierwszego stopnia konwertera pod wpływem wysokiej temperatury zachodzi wydzielanie gazów, które wpływają do komory drugiego stopnia wyposażonego w elektryczne generatory plazmy. Ciepło uzyskiwane w tej komorze jest przekazywane do pierwszej komory, co umożliwia zgazowanie materiałów bez ich spalania. Użycie generatorów plazmy jedynie do rozkładu gazów na prostsze składniki m.in. H2, N2, CO, CO2, zapewnia wysoką efektywność jej wykorzystania. Procesy zgazowania odpadów i oczyszczania gazów przebiegają w warunkach wysokiej temperatury i niskiej zawartości tlenu, dzięki czemu unika się powstawania szkodliwych związków takich jak furany i dioksyny.

Powstały gaz syntezowy (syngaz) przepływa z komory drugiego stopnia do rekuperatora, gdzie oddaje ciepło do ponownego wykorzystania w dowolnej z dwóch komór konwertera bądź do podgrzewania czynnika w obiegu wodno-parowym turbiny. Strumień syngazu jest oczyszczany z cząstek stałych, przy czym metale ciężkie są usuwane za pomocą aktywnego węgla. Z kolei w skruberze z syngazu zachodzi wymywanie zanieczyszczeń gazowych takich jak HCl i H2S. Woda spłuczna zawiera sole i siarkę, którą odzyskuje się w postaci stałej w ilości około 5 kg/t odpadów. Syngaz jest gromadzony pod ciśnieniem w zbiorniku magazynowym, skąd może być pobierany bezpośrednio do silników.

Oczyszczone gazy nadają się do wykorzystania w silnikach wewnętrznego spalania.

W zakładzie w Ottawie zastosowano silniki gazowe produkcji Jenbacher; około 20% wytwarzanej przez nie mocy elektrycznej jest zużywane na potrzeby własne procesu, w tym do zasilania generatorów plazmy. Z każdej tony odpadów utylizowanych w zakładzie produkuje się średnio 1400 kWh energii elektrycznej, z czego 1150 kWh jest przeznaczonych do sprzedaży. Parametry te są osiągane dla odpadów o przeciętnej wartości kalorycznej 16 500 MJ/t. Proces plazmowego przetwarzania odpadów komunalnych umożliwia redukcję emisji gazów cieplarnianych przeliczoną na dwutlenek węgla rzędu 3 ton/tonę śmieci w porównaniu z tradycyjnym składowaniem na wysypisku bez utylizacji wydzielanych gazów. Drugą korzyścią - oprócz wyeliminowania emisji metanu - jest produkcja energii, której wytwarzanie wymagałoby spalania paliw organicznych.

Nowa technologia konwersji zapewnia tysiąckrotną redukcję masy odpadów wymagających składowania czyli do 0,1% pierwotnej ilości. Ilość tę stanowią szkodliwe pozostałości zawierające głównie metale ciężkie i niektóre części mineralne. Natomiast wielokrotnie większa masa resztkowa w ilości ok. 150 kg z każdej tony odpadów tworzy obojętną chemicznie szlakę przydatną do produkcji asfaltu i materiałów budowlanych. Odzyskiwana w czystej postaci siarka nadaje się do wykorzystania jako dodatek do nawozów rolniczych. Z kolei chlorki można stosować do usuwania gołoledzi z dróg. Z uwagi na znacznie większą gęstość szlaki od stosunkowo lekkich śmieci, z zakładu wywozi się średnio zaledwie jedną ciężarówkę szlaki na 125 identycznych objętości przywożonych odpadów.

Zakład w Ottawie przerabia 85 ton odpadów na dobę dostarczając do sieci 4 MW mocy elektrycznej. Projektanci plazmowej technologii utylizacji odpadów komunalnych przewidują przemysłowe aplikacje w postaci standardowych modułów o zdolności przetwórczej 100 ton na dobę. W zależności od dostępności surowca będą instalowane odpowiednie liczby modułów tworząc lokalne źródła rozproszonej, ekologicznej energetyki. W instalacjach o jednostkowym zużyciu odpadów powyżej 200 ton na dobę stanie się opłacalna produkcja energii cieplnej i elektrycznej w skojarzeniu. Zakład o tej mocy przerobowej ma zajmować obszar 2 ha, a jego budowa ma trwać nie dłużej od 12 miesięcy.

W Ottawie zbiera się nieco ponad 1 milion ton odpadów rocznie, w tym jedną trzecią stanowią odpady komunalne. Z istniejących składowisk miasta około 33% śmieci jest poddawane recyklingowi. Władze stolicy zawiązały wraz z firmą PlascoEnergy partnerstwo dla podniesienia bezpieczeństwa i zakresu wykorzystania odpadów. Wymiernym efektem tej współpracy stał się zakład Plasco Trail Rd na bazie omawianej technologii.

Technologia Plasco Conversion System jest często mylona z powszechnie stosowanym sposobem termicznej utylizacji czyli spalaniem (spopielaniem). Przy konwersji plazmowej wprowadzany surowiec ulega pod wpływem temperatury rozkładowi na prostsze składniki jak tlen, wodór, azot, węgiel. Warunki utrzymywane w konwerterze umożliwiają powtórne łączenie wymienionych pierwiastków, dzięki czemu powstaje gaz syntezowy (syngaz) o dużej zawartości CO i H2. Natomiast przy spalaniu odpadów utrzymywany jest nadmiar tlenu, w wyniku czego proces ten przebiega już przy niskiej temperaturze. Spalanie daje ciepło, dwutlenek węgla, parę wodną i pozostałości stałe. Te ostatnie w ilości sięgającej 30% zawierają toksyczne substancje i zamiast powtórnego wykorzystania podlegają kosztownemu składowaniu. Podstawowe cechy obu metod przetwarzania odpadów porównano w tabeli.