Компьютерра - Компьютерра PDA N75 (20.11.2010-26.11.2010)

– Что такое генератор термической плазмы? В чем специфика плазмотронов, созданных в вашем институте?

– В Институте теплофизики со дня его основания занимаются исследованием и применением газоразрядной низкотемпературной плазмы. Плазма при повышенном давлении, когда температура электронов, ионов и тяжелых частиц одинакова, называется термической плазмой. Генераторы термической плазмы – это генераторы плазменных струй или плазменных потоков. Это газ, нагретый до 5-10 тысяч градусов с помощью электрической дуги.

Подобными генераторами плазмы занимаются многие, но каждая разработка имеет свою специфику. В Исследовательском центре им. М. В. Келдыша занимаются коаксиальными плазмотронами, в Санкт-Петербургском политехническом университете – высокочастотной плазмой, в Институте электрофизики РАН – плазмогенераторами переменного тока, а новосибирская школа под руководством академика М. Ф. Жукова с самого начала занималась генераторами электродуговой плазмы с газовихревой стабилизацией дуги в разрядной камере.

Простота конструкции таких устройств обеспечила разработку широкого ряда генераторов плазмы от десятков до нескольких тысяч киловатт. Эти плазмотроны работают с разнообразными газами: азот, аргон, водород, гелий, воздух, водяной пар, природный газ и их всевозможные смеси. При этом ресурс работы электродов составляет сотни часов, что уже сегодня вполне удовлетворяет требования многих электротехнологий. Выбор той или иной газовой среды зависит от технологического применения плазмотрона.

– Какие именно техногенные отходы можно перерабатывать с помощью плазмотронов?

– К техногенным относится любой вид отходов, созданный в результате деятельности человека. Это бытовые, все муниципальные, медицинские, биологические отходы, сточные воды. Они могут быть промышленными или бытовыми, сюда же относится мусор различных предприятий.

– А вы с какими работаете?

– Мы проводили исследования с различными отходами: бытовые, биологические, например, иловые осадки и рисовая шелуха. Как правило, перерабатываются отходы, которые содержат в своей основе углерод, то есть углеродсодержащие материалы, вся органика. Это позволяет нам получать синтетический газ, состоящий из монооксида углерода и водорода, то есть горючий газ. При пламенной переработке отходов мы получаем 90-95 объемных процента газа, состоящего именно из синтетического горючего газа и в меньшей степени из балластного (азот и углекислый газ).

Синтетический газ – это ценное сырье для энергетики, с помощью которого можно получать тепло для теплоснабжения населенных пунктов, электроэнергию. При этом можно использовать те же паровые турбины, которые используются на тепловых станциях. Большое содержание синтез-газа в дымовых газах позволяет использовать его для получения, например, синтетического жидкого топлива, высокооктанового бензина. Синтез-газ – это ценный продукт, сродни природному, который Д. И. Менделеев советовал не сжигать в топках, а использовать его в химии.

l

– В чем преимущества метода, предложенного вашим институтом? Сейчас плазмотроны используются только для розжига котлов. Чем это лучше традиционного метода розжига?

– Преимущество плазменного метода по сравнению, например, с огневыми высокотемпературными методами заключается в том, что уровень температур выше 1300 градусов Цельсия позволяет разложить все сложные вещества на простейшие. И последующая быстрая закалка химических реакций не позволяет обратному соединению этих продуктов, то есть исключает появление вредных выбросов типа диоксинов или фуранов, потому что синтетический газ – это восстановительная среда для других газов, и они не позволяют образоваться вредным выбросам. Если, например, мы работаем с хлором, в частности, это возможно при переработке различных пластиков, то при закалке образуется хлористый водород, но при этом он нейтрализуется в щелочном растворе в процессе очистки газа.

Еще одним существенным плюсом плазменного метода является его экологическая чистота. Также важно отметить то, что высокий уровень температур позволяет перерабатывать любое вещество в твердом, жидком и газообразном состоянии. А что касается твердых бытовых отходов, то при нашем методе не требуется их сортировка: не надо отбирать пластик, картон, пищевые продукты и так далее. Все виды отходов сжигаются в одной реакционной камере, например, в плазменно-шахтной печи. Проведенные нами эксперименты показали, что удельные энергозатраты на переработку одной тонны бытовых отходов составляют до 500 киловатт-часов. Это достаточно большая цифра, но это не так уж и много, если вспомнить о вопросе экологии, а также о том, что бытовые отходы – это возобновляемое энергетическое сырье. Из него можно получать электроэнергию.

– Вот это особенно интересно.

– Сжигая в топке котла синтез-газ, который образуется в больших количествах (с одного килограмма – кубометр газа), мы получаем электроэнергию. Но если мы затратили 1 киловатт электроэнергии, то получаем до полутора киловатт вторичной электроэнергии. Так что переработка отходов плазменным методом – экономически выгодный процесс. Поскольку электрическая энергия сегодня – это самый дорогой вид энергии на Земле, то желательно использовать его наиболее эффективно и бережно. Поэтому сейчас, при переработке отходов, есть несколько другой подход к этой проблеме. Например, можно сжигать мусор в мусоросжигательных печах, сжигать твердые бытовые отходы, а образующуюся золу, которая содержит вредные вещества (инфекции, бактерии, диоксины) – перерабатывать в плазменных печах для получения остеклованного шлака. Такой шлак хорош тем, что он нейтрален по отношению к почве, к воде, к окружающей среде. Из него можно строить дороги, одноэтажные дома.

– Что нужно для промышленного внедрения этой технологии?

– Для промышленного внедрения этой технологии, как и всяких новых, нужно финансирование. К сожалению, Россия не такая богатая страна, чтобы использовать плазменную технику для переработки и утилизации техногенных, в частности, бытовых отходов. Сегодня наиболее перспективным применением плазменной технологии является уничтожение особо токсичных веществ, например, медицинских отходов, которые являются переносчиками различных инфекций, туберкулеза, ВИЧ и прочих бактерий. Такие отходы могут уничтожаться в небольших плазменных печах, рассчитанных на переработку 100-200 кг в час. Для сравнения: если речь идет о бытовых отходах крупномасштабного производства, то нужна производительность установки около 5 тонн в час. А здесь, всего какие-то 100-200 кг в час, этого вполне достаточно для любого большого больничного комплекса. Можно свозить отходы и со всего города в одно место, чтобы не строить такие печи при каждой крупной больнице или исследовательском центре. Потом, сегодня много полихлорбифинилов, отравляющих веществ, которые также желательно перерабатывать в таких плазменных печах.