Sơ đồ nguyên lý xử lý rác theo công nghệ khí hóa plasma (Alter NRG Corp.)
Khí hóa bằng plasma hay khí hóa với trợ giúp của plasma có thể được sử dụng để chuyển các vật liệu chứa carbon thành khí tổng hợp dùng trong sản xuất điện năng và sản xuất các sản phẩm hữu ích khác, ví dụ như: sản xuất nhiên liệu cho các phương tiện giao thông. Với nỗ lực nhằm giảm các chi phí khi xử lý rác thải rắn đô thị (bao gồm cả phế thải xây dựng), một số thành phố trên thế giới đã phối hợp với các công ty khí hóa plasma để chuyển đổi rác thải đô thị bằng cách thiêu kết nó trong các thiết bị xử lý rác. Một vài thành phố của Nhật đã thực hiện việc khí hóa rác để sản xuất điện. Ngoài ra, một số ngành công nghiệp, mà trong quá trình sản xuất của nó sẽ tạo ra các phế thải độc hại (như công nghiệp hóa học và lọc dầu), cũng có thể áp dụng công nghệ khí hóa bằng plasma như một biện pháp hiệu quả để xử lý những phế thải này.
Plasma
Plasma là quá trình tạo khí ở dạng ion hóa nhờ sự phóng điện trong khí. Tia chớp hình thành khi có sét là ví dụ về plasma trong tự nhiên. Đầu đốt plasma và hồ quang điện (là plasma nhân tạo) có thể chuyển một lượng lớn điện năng thành nhiệt năng. Đầu đốt plasma và hồ quang điện có thể tạo nhiệt độ lên tới 10.000 ºF (khoảng 5.500 ºC). Khi sử dụng trong nhà máy khí hóa, đầu đốt plasma và hồ quang điện tạo ra lượng nhiệt cực lớn, khơi mào, duy trì và tăng tốc các phản ứng khí hóa khiến quá trình khí hóa trở nên hiệu quả hơn.
Khí hóa bằng công nghệ plasma
Trong lò phản ứng khí hóa rác thải (rác thải rắn đô thị, rác thải phá dỡ ô tô, rác thải y tế, sinh khối hoặc phế thải độc hại), khí nóng từ đầu đốt plasma hoặc hồ quang tiếp xúc với rác thải (được nạp vào lò để xử lý), thiêu kết chúng ở nhiệt độ hơn 3.000 ºF (hơn 1.650 ºC). Lượng nhiệt rất lớn này có tác dụng duy trì các phản ứng khí hóa bằng cách phá vỡ các liên kết hóa học của rác và chuyển chúng thành khí tổng hợp. Thành phần chủ yếu của khí tổng hợp này là khí carbon monoxide và khí hydrogen (CO và H2) – những khí nguyên liệu cơ bản để sản xuất hóa chất, phân bón, khí cháy. Khí tổng hợp cũng được dẫn đến turbin khí, đốt tạo hơi nước để chạy turbin hơi trong quá trình sản xuất điện.
Do rác trong lò khí hóa được chuyển thành các thành phần cháy cơ bản (CO và H2), nên các loại rác độc hại cũng trở thành nhiên liệu khí hữu ích. Các vật liệu vô cơ trong rác được nung chảy và chuyển thành xỉ dạng pha thủy tinh, không độc hại và có thể sử dụng làm cốt liệu trong xây dựng.
Lò khí hóa plasma (Alter NRG Corp.)
Sử dụng thương mại
Công nghệ plasma đã được sử dụng hơn 30 năm trong một số ngành công nghiệp như: hóa chất và luyện kim. Tuy vậy, thời kỳ đầu, công nghệ này đã được sử dụng để phân hủy các phế thải độc hại cũng như để thiêu chảy tro của các lò đốt sinh khối nhằm tạo ra loại xỉ an toàn, không bị chiết tách (chất độc hại). Việc sử dụng công nghệ plasma thiêu kết rác và sinh ra năng lượng là hướng phát triển mới đây.
Hiện nay, một số nhà máy khí hóa rác bằng plasma đang hoạt động tại Nhật, Mỹ, Canada, Nga, Ấn Độ,... Trong đó, nhà máy khí hóa rác thải, khi phá dỡ ô tô, để phát điện đã hoạt động tại Utashinai (Nhật Bản) từ năm 2001.
Lợi ích của công nghệ khí hóa plasma
Công nghệ khí hóa plasma đem lại một số lợi ích chủ yếu:
- Cho phép sử dụng lượng nhiệt lớn nhất từ rác thải;
- Rác nạp có thể là hỗn hợp của rác thải rắn đô thị, rác thải phá dỡ ô tô, rác thải y tế, sinh khối và phế thải độc hại;
- Không tạo ra khí methane, một loại khí nhà kính tiềm năng;
- Do không đốt mà thiêu kết nên không tạo tro đáy hoặc tro bay có tính chiết tách;
- Giảm nhu cầu diện tích các bãi chứa rác;
- Tạo khí tổng hợp để sử dụng trong sản xuất điện hoặc tiếp tục chế biến thành các sản phẩm hóa học, phân bón, khí đốt;
- Có mức độ phát thải nguy hại ra môi trường thấp nhất so với các công nghệ xử lý rác khác.
