Žhavé plazma by mohlo sloužit jako „uklízeč“ nebezpečného odpadu

Golem. Tak vědci interně přezdívají zařízení, které dokáže pomocí plazmové technologie vykouzlit třeba z haldy nebezpečných nemocničních odpadků využitelný plyn. Smetí se v něm totiž vystavuje extrémně vysokým teplotám. I takovým, které panují na povrchu Slunce. O vysokoteplotním plazmatu jsme psali v časopise A / Věda a výzkum, který vydává Akademie věd ČR, a věnovat se mu bude i jedna z online přednášek Týdne vědy a techniky.

Vypadá jako přerostlá termoska s hodně tlus­tými stěnami. Pokusný plazmochemický reak­tor v laboratoři Ústavu fyziky plazmatu AV ČR přitom dokáže během hodiny nechat zmizet až sto kilo odpadků. Tedy ne tak docela…

„Naložíme do něj pevný nebo kapalný materiál a pomocí plazma­tického hořáku ho zahřejeme nato­lik, že se rozloží na jednotlivé atomy. Ty se následně v chladnější části sloučí v plyn, který obsahuje hlavně vodík a oxid uhelnatý,“ popisuje Michal Jeremiáš, vedoucí oddělení plazmochemických technologií Ústavu fyziky plazmatu AV ČR.

Teploty v plazmochemickém reaktoru PlasGas dosahují až dvaceti tisíc stupňů Celsia.

Vzniklý vodík lze využít třeba v rafinérském průmyslu nebo pro výrobu hnojiv. V očištěné formě pak může posloužit jako pohon vodíkových automobilů.

„Jen pro představu: z jednoho velkoobjemového kontejneru komunál­ního odpadu je touto metodou možné získat až sto třicet kilo vodíku. A tolik paliva vystačí průměrnému řidiči vodíkového auta téměř na celý rok,“ vypočítává Tomáš Mates z Fyzikálního ústavu AV ČR, který se s Michalem Jeremiášem podílí na optimalizaci metody plazmatického zplyňování pro komerční uplatnění v rámci projektu NCK MATCA financovaném Techno­logickou agenturou ČR.

Vedle energeticky využitelného plynu „vyplivne“ zařízení, jež se oficiálně jmenuje PlasGas, už jen malé množství černých lesklých kamenů. „Jde o chemicky nereaktivní strusku, kterou je možné nadrtit do silnice nebo použít jako stavební materiál,“ doplňuje Tomáš Mates.

Co dokáže extrémní horko
Teplota uvnitř reaktoru se v průměru pohybuje kolem 1200 °C. Plazma­tický hořák je však schopen bez problémů vygenerovat násobně vyšší teplo a dosáhnout více než 5000 °C, které panují na slunečním povrchu.

Právě díky tomu si zplyňovací zařízení poradí i s toxickým odpadem z nemocnic. Rozloží ho totiž na prvotní molekuly. Stříkačky, kontamino­vané jehly nebo zbytky chemikálií by tak díky němu nemusely končit na skládkách, ale proměnit se v nitru přístroje v užitečné plyny. Vysoká tep­lota v reaktoru by podle Tomáše Matese měla umožnit také bezpečnou likvidaci odpadních látek z chemických závodů a mohla by pomoci deseti­násobně zredukovat odpad z jaderných elektráren.

Tomáš Mates z Fyzikálního ústavu AV ČR (vlevo) a Michal Jeremiáš z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR

Kromě nebezpečného smetí PlasGas cílí hlavně na plast, který už není možné dále recyklovat. Materiál totiž obsahuje velké množství vodíku. A ten je ve světě stále cennější komoditou.

„Proces zplyňování se neobejde bez spotřeby elektrické energie. Naše zařízení je tedy poměrně provozně nákladné. Aby byla technologie renta­bilní, je nutné mít na vstupu co nejlevnější materiál, který nejde zpracovat jinde, a na výstupu co nejdražší produkt, jako je právě vodík nebo pevný uhlík,“ poukazuje Michal Jeremiáš. Obyčejné komunální smetí by tak pří­stroj spíše přenechal síti tuzemských spaloven a zaměřil by se na vybrané typy odpadu, které se v nich běžně nezpracovávají.

Z laboratoře do byznysu
Plazmové zplyňování odpadů není v zahraničí žádnou novinkou. Komerčně tuto technologii využívají například v Japonsku, ve Francii se pak tímto způsobem zbavují odpadního azbestu.

České experimentální zařízení však využívá světově unikátní zdroj plazmatu, za nímž stojí dlouhá léta výzkumu. Jde o hořák, který je schopen pracovat při výkonu nesrovnatelném s žádným konkurenčním přístrojem. Dokáže to díky tomu, že se plazmatický výboj udržuje v kombinovaném proudu plynu a vodní páry.

Zařízení hravě zvládne zlikvidovat nebezpečné odpady nebo plasty, které nejdou zrecyklovat.

A kdy PlasGas opustí laboratoř a začne naše smetí proměňovat v plyn ve velkém? „Samotná technologie je prakticky připravená. Už proto jednáme s firmami, které ji chtějí uvést do praxe,“ říká Michal Jeremiáš.

Pokud budou úspěšné, mohla by se tato ekologicky šetrná alternativa ke skládkování a spalování rozšířit poměrně rychle. Plazmová zplyňovací zařízení totiž nemusejí být příliš rozměrná, a dají se tak postavit ve velmi krátkém čase. Vždyť jen Golem o metrovém průměru a výšce metr a půl by v případě kontinuálního provozu s přehledem vystačil menší obci. Jeho větší následovníci by zvládli zpracovat i několik tun odpadu za hodinu. A to se bude s blížícím se zákazem skládkování, který tuzemská vláda stanovila na rok 2030, rozhodně hodit!

Celý článek i další zajímavosti si můžete přečíst v časopise A / Věda a výzkum.

3/2020 (verze k listování)
3/2020 (verze ke stažení)

Připravily: Radka Římanová a Jana Bečvářová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Shutterstock; Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR

Přečtěte si také

• Ochočené světlo: Nové mikroskopy proniknou do dříve netušených hloubek
• Deformace silou magnetu. Unikátní spektroskopie odhalila vlastnosti slitiny
• Revoluční metoda českých vědců odhaluje strukturu chromozomu
• Další úspěšný krok na cestě k termojaderné fúzi, hlásí američtí vědci
• Strážci přesné sekundy. Jak se měří, uchovává a sdílí čas?
• Pevná a ohebná jako kost. Slitina je příslibem nové generace implantátů
• Čistíme vodu efektivně? Kvalitu je možné snadno zvýšit, říkají vědci
• Výměna dvou Sluncí: jaderná fúze slibuje bezpečnou a čistou budoucnost
• Pohyb světlem od dávné vesmírné sci-fi po dnešní realitu mikrosvěta
• Vize pro energii budoucnosti nabývá konkrétních obrysů díky novému tokamaku