Плазменная переработка мусора: плюсы и минусы

Развитие технологий во всем мире и в том числе в России, оказывает значительное влияние на улучшение качества жизни человека. Но, одновременно с этим, приходит новая степень ответственности, а конкретно – разумная утилизация отходов, которых с каждым годом становится все больше. Ежегодный прирост твердых отходов во всем мире составляет примерно 3%, что, по мнению ученых, составляет приблизительно 60 млн.тонн в год.

Такой привычный всем способ как захоронение ТКО и отходов производств на мусорных полигонах, уже давно изжил себя. Кроме этого, не стоит забывать про неэкологичность данного способа и вредное влияние на грунт, воду и атмосферу. 

Учитывая катастрофический рост объемов отходов, необходимо искать новые пути как утилизировать мусор с минимальным вредом для окружающей среды. И сегодня этот путь – плазменная переработка мусора, об особенностях которой мы поговорим далее в нашем материале.

Плазменная газификация — экскурс в историю

Прежде чем мир увидел возможность утилизировать ТКО при помощи плазменной газификации, на территории многих европейский стран, США и России использовался метод инсинерации или попросту — сжигания мусора. 

Как показала многолетняя практика, инсинерация далеко не такой безобидный способ избавления от мусорных завалов, как может показаться на первый взгляд. Несмотря на всевозможные системы фильтрации мусоросжигающих заводов, в атмосферу продолжают поступать опасные для жизни и здоровья человека соединения, такие как диоксины, фураны и другие. Кроме этого, шлак и зольный остаток, получаемые в ходе сжигания, также токсичны и требуют дальнейшей утилизации.

Появление новых проблем требует поиска новых решений, поэтому в ходе совместной работы российских, украинских и израильских ученых, был создан метод плазменной газификации.

Родилась идея в стенах Института атомной энергии имени Курчатова, но первая установка по плазменной переработке была открыта в 2010 году, на территории Израиля, неподалеку от города Кармиэль.

Сегодня установки плазменной переработки мусора успешно работают во многих странах мира, позволяя практически безопасно утилизировать все категории твердых отходов.

Принцип работы плазменной установки

Принцип работы плазменной установки заключается в воздействии на отходы экстремально высоких температур не ниже 1200°С, при изолировании кислорода, создании оптимального давления и обработки массы отходов потоком низкотемпературной плазмы.

Строгое соблюдение температурных режимов позволяет избегать появления в процессе утилизации в синтез-газе жидкой фракции, смолы, которая образовывается при обработке отходов на температурах ниже.

Кроме этого, применение экстремально высоких температур позволяет достигать показателей полного разрушения токсичных или сложноразлагаемых составляющих отходов, а также исключать синтез особо токсичных веществ.

Плазменная установка состоит из таких узлов:

• шахты загрузки,
• реактора-газификатора,
• генератора плазмы, к которому подключены системы питания,
• дожигателя,
• системы охлаждения,
• системы очистки газа.

Принцип работы завода плазменной газификации можно описать следующим образом: 

1. В шахту загрузки помещаются отходы. Подача производится через герметичный шлюз накопления, скорость и объем поступления отходов регулируются.
2. В реакторе происходит подача воздуха и водяного пара, после чего смесь подлежит обработке потоком низкотемпературной плазмы.
3. Поступление сигаза с нижней части камеры реактора, осуществляется непрерывно. 
4. Полученный синтез-газ, далее может быть отправлен на сжигание в газовую котельную установки, либо в квенчер и после подвергнуться очистке и фильтрации. 
5. После очистки, синтез-газ отправляется в компрессор, далее происходит отделение влаги, фильтрация и поступление в газовую турбину.
6. Зольный остаток и некоторые несгораемые элементы поступают на дно резервуара с водой, где происходит остывание шлака и последующее его извлечение.

Для непрерывной работы завода плазменной газификации необходимо постоянное поддержание струи плазмы, а также периодическое поступление воздушно-паровой смеси и контроль уровня отходов в реакторе, по мере преобразования их в синтез-газ.

Преимущества и недостатки плазменной газификации

Сравнивая метод плазменной газификации с другими технологиями переработки отходов, стоит выделить основные преимущества первой, к ним относятся:

• Процесс переработки осуществляется при экстремально высоких температурах — более 1200°С, в связи с чем происходит разложение органических и неорганических отходов, без выделения в атмосферу токсичных опасных диоксинов и фуранов. Выделение опасных веществ минимально, благодаря воздействию плазменных потоков и специальной конструкции реакторов.
• Плазменная газификация на данный момент единственная технология, при помощи которой становится возможным максимально утилизировать отходы с примесей, а также отходы, которые относятся к категории опасных (ртуть, кадмий, свинец, ксенон, циан). 
• Метод плазменной газификации, в отличи от других, не требует тщательной сортировки мусора с разделением на фракции перед утилизацией. Единственный процесс который отходы должны пройти, это предварительное выделение из общей массы камней, кирпичей и металлических составляющих.
• В процессе утилизации не происходит выщелачивание, благодаря тому что отходы прежде чем попасть в реактор, сушатся и измельчаются.
• Плазменная переработка представляет собой закрытый процесс, без необходимости складирования отходов. Поступающий мусор сразу отправляется на утилизацию, а не хранится дожидаясь своего времени.
• Плазменная переработка мусора — это двойная выгода, так как происходит безопасное уничтожение отходов, а полученную энергию возможно использовать не только для работы станции, но также для нужд населения.
• В результате утилизации, из отходов получают твердый остаток. Объем полученного шлака составляет примерно десятую часть от изначального количества мусора. Данный материал возможно использовать в строительстве, так как он экологически безопасен и обладает необходимой прочностью.
• Для работы предприятия нет необходимости набирать большой штат сотрудников. 
• Благодаря тому, что в данном методе нет необходимости обработки и выщелачивания отходов, мусор не хранится в ожидании своего часа, есть возможность значительно сократить площадь земли, которая занимает оборудование по переработке, по сравнению с другими технологиями.
• Несмотря на сложность метода, плазменная установка не занимает много места.

Кроме массы преимуществ, технология газификации имеет несколько недостатков, о которых также стоит упомянуть.

• Работа плазменного генератора требует достаточно много затрат на электроэнергию. Но, учитывая что установка может обеспечивать этой энергией себя самостоятельно, данный пункт сложно признать недостатком.
• С целью лучшей газификации можно измельчать отходы до размеров менее 100 мм до того как они поступят в распределитель. Данная рекомендация не является обязательным условием работы установки.
• Применение данного метода предполагает полное уничтожение той категории мусора, которую возможно использовать в качестве вторичного сырья. Ситуацию можно решить, при организации на территории страны раздельного сбора ТКО на бытовом уровне. Это позволит максимально использовать полезные вторичные ресурсы для переработки, и полностью утилизировать опасные или неперерабатываемые отходы, производя из них энергию.
• Затраты на приобретение оборудования и его работу выше, чем при остальных методах утилизации мусора, поэтому и срок, когда оно окупится, будет дольше. Опыт работы таких установок позволяет прогнозировать примерный срок, через сколько окупится их приобретение и он составляет примерно 4 года.

Как видно, преимуществ у данного метода существенно больше, чем недостатков. Хочется верить, что на территории Российской Федерации плазменная переработка отходов вскоре станет привычным и обыденным делом, позволяющим не только эффективно и безопасно избавляться от гор мусора, но также производить из ТКО энергию, топливный газ и полезный в строительстве зольный остаток.