التغويز بالبلازما

التغويز بالبلازما عملية حرارية تحول المواد العضوية إلى غاز اصطناعي (سينغاز) يتكون أساسًا من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون . يعمل موقد البلازما، المُشغل بقوس كهربائي ، على تأيين الغاز وتحويل المواد العضوية إلى غاز اصطناعي ، مُنتجًا الخبث ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} كمنتج ثانوي. يُستخدم هذا الأسلوب تجاريًا كأحد أشكال معالجة النفايات . وقد تم اختباره لتغويز الوقود المُشتق من النفايات ، والكتلة الحيوية ، والنفايات الصناعية ، والنفايات الخطرة ، والهيدروكربونات الصلبة ، مثل الفحم ، والرمال النفطية ، وفحم الكوك البترولي ، والصخر الزيتي . ^{[ 2 ]}

يمرر موقد البلازما تيارًا كهربائيًا قويًا بجهد عالٍ بين قطبين كهربائيين على شكل قوس كهربائي . ويتأين الغاز المضغوط أثناء مروره عبر البلازما المتكونة من هذا القوس. تتراوح درجة حرارة الموقد بين 2000 و14000 درجة مئوية (3600 إلى 25200 درجة فهرنهايت) . ^{[ 4 ]} وتحدد درجة الحرارة بنية البلازما والغاز المتشكل. ^{[ 5 ]}  

تُسخّن النفايات وتُصهر ثم تُبخر . في هذه الظروف، يحدث تفكك جزيئي عن طريق كسر الروابط الجزيئية . تُفصل الجزيئات المعقدة إلى ذرات منفردة . وتكون المكونات العنصرية الناتجة في حالة غازية ( غاز التخليق ). يُشار إلى التفكك الجزيئي باستخدام البلازما باسم " التحلل الحراري بالبلازما ". ^{[ 6 ]}

تستخدم المشاعل الصغيرة عادةً غازًا خاملًا مثل الأرجون ، بينما تتطلب الأحجام الأكبر غاز النيتروجين . وتختلف الأقطاب الكهربائية من النحاس أو التنجستن إلى الهافنيوم أو الزركونيوم ، بالإضافة إلى سبائك أخرى .

تتمثل المزايا الرئيسية لتقنيات شعلة البلازما في معالجة النفايات فيما يلي:

• منع وصول النفايات الخطرة إلى مكبات النفايات ^{[ 11 ] [ 12 ]}
• تم تصميم بعض العمليات لاستعادة الرماد المتطاير والرماد القاعي ومعظم الجسيمات الأخرى، لتحقيق تحويل بنسبة 95٪ أو أفضل من مكبات النفايات، وعدم وجود انبعاثات ضارة من النفايات السامة ^{[ 13 ] .}
• الإنتاج المحتمل للخبث المزجج الذي يمكن استخدامه كمادة بناء ^{[ 14 ]}
• معالجة نفايات الكتلة الحيوية وتحويلها إلى غاز اصطناعي قابل للاحتراق لتوليد الطاقة الكهربائية والحرارة ^{[ 15 ]} أو لتصنيعها إلى وقود أو مواد كيميائية.
• إنتاج منتجات ذات قيمة مضافة (معادن) من الخبث ^{[ 16 ]}
• وسائل آمنة للتخلص من النفايات الطبية ^{[ 17 ]} والعديد من النفايات الخطرة الأخرى . ^{[ 1 ] [ 18 ]}
• يمكن لعملية التغويز مع الاحتراق المتقطع والتبريد السريع للغاز التخليقي من درجات الحرارة المرتفعة أن تتجنب إنتاج الديوكسينات والفيورانات الشائعة في محارق النفايات.
• يمكن أن تكون انبعاثات الهواء أنظف من مدافن النفايات ومماثلة لانبعاثات محارق النفايات.

تتمثل العيوب الرئيسية لتقنيات شعلة البلازما في معالجة النفايات فيما يلي:

• تكاليف استثمار أولية كبيرة مقارنة بالبدائل، بما في ذلك مكب النفايات ^{[ 19 ]} والحرق .
• تُعد التكاليف التشغيلية مرتفعة مقارنة بتكاليف الحرق.
• يؤدي استخدام المواد الأولية الرطبة إلى تقليل إنتاج الغاز التخليقي وزيادة استهلاك الطاقة.
• إنتاج طاقة صافٍ ضئيل أو سلبي عند أخذ جميع مدخلات الطاقة في الاعتبار.
• الصيانة المتكررة وتوافر المعدات المحدود.

تُستخدم عملية التغويز بشعلة البلازما تجاريًا للتخلص من النفايات ^{[ 31 ]} في خمسة مواقع حول العالم بسعة تصميمية مجمعة تبلغ 200 طن من النفايات يوميًا، نصفها نفايات الكتلة الحيوية.

يتم استخدام استخلاص الطاقة من تيارات النفايات باستخدام التغويز بالبلازما في منشأة أو اثنتين لمعالجة 25-30 طنًا يوميًا.

تستخدم البحرية الأمريكية نظام تدمير النفايات بقوس البلازما (PAWDS) على حاملات الطائرات من الجيل الأحدث من فئة جيرالد آر. فورد . يعالج هذا النظام الصغير جميع النفايات الصلبة القابلة للاحتراق. ^{[ 32 ]}

• التغويز
• إصلاحات مرحلية
• إدارة النفايات
• تحويل النفايات إلى طاقة
• تجمع الصناعات التحويلية في شمال شرق إنجلترا (NEPIC)

• وزارة التجارة والصناعة - استخدام تقنية البلازما الحرارية لإنتاج منتج ذي قيمة من النفايات الخطرة