italplasma 2012

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  • Torcia al Plasma

  • Che cos'è il plasma

  • La Tecnologia

  • Schema di un impianto

  • Applicazioni

Torcia al Plasma

Nelle applicazioni industriali, la generazione di calore è, in genere, limitata ai processi di combustione, nei quali le temperature raggiunte sono limitate dalle caratteristiche del combustibile utilizzato.

La tecnologia Westinghouse ha superato tali limitazioni con la sperimentazione del plasma, le cui primissime applicazioni hanno avuto interesse nel campo militare e aerospaziale (NASA, Programma Apollo) con la ricerca e il testing di materiali avanzati con caratteristiche termiche estreme, come, ad esempio, gli schermi termici degli shuttle.

La torcia al plasma deve la sua alta densità energetica, e quindi la sua efficacia, alla generazione al suo interno di un arco elettrico tra due elettrodi; questo, interagendo con un opportuno gas vettore, conferisce alle particelle di gas caratteristiche del tutto particolari che rendono lo stato di “plasma” uno stato della materia a sé.

Il risultato complessivo è una generazione di calore estremamente concentrata all’interno dell’arco ed il raggiungimento di temperature estreme, dell’ordine dei 10,000 °C. Questo si traduce in temperature di processo, all’interno del reattore di gassificazione, intorno ai 4,000 - 5,000 °C.

Che cos'è il plasma

Il plasma è considerato il quarto stato della materia; è un gas altamente ionizzato ed è un ottimo condurre di corrente elettrica. Il plasma, in natura, è presente sotto forma di fulmine. La riproducibilità del plasma in modo industriale e ripetitivo avviene attraverso un dispositivo denominato torcia. Il trattamento al plasma dei materiali, stante l'altissima temperatura, determina il dissolvimento dei legami molecolari escludendo il loro riaggregarsi sotto forma di specie inquinanti e/o nocivi all'uomo (diossine, furani).

Italplasma ha focalizzato la sua attenzione sull’utilizzo della torcia al plasma per il trattamento di materiale post-consumo, per la bonifica e l’inertizzazione di suoli contaminati, in ambito estremamente localizzato, e per il trattamento dei rifiuti ospedalieri e di quelli urbani (RSU).

Si ottiene l'immediata gassificazione dei materiali organici e l'inertizzazione di quelli inorganici e metalli pesanti con il risultato che i primi producono un syngas utilmente impiegabile nella produzione di energia elettrica o di quant'altro il gestore di impianto è orientato ad ottenere (energia termica, biodiesel, etc.); mentre i secondi si trasformano in una sorta di ossidiana, non più lisciviabile, utilmente utilizzabile in edilizia quali mattoni ad altissima resistenza, inerti per sottofondi stradali, etc.

Contrariamente ai tradizionali sistemi di smaltimento dei rifiuti, la torcia al plasma:

Non necessita di rifiuti preselezionati. Accetta ogni tipo di tal quale: solido o anche moderatamente liquido, Non necessita di pre-trattamenti (può accettare materiali pericolosi, tossici, rifiuti medicali, amianto, pneumatici, fanghi). È un sistema chiuso che non produce ceneri; anzi è utilmente utilizzabile, a valle di impianti di incenerimento, per la inertizzazione delle ceneri, siano esse fly-ashes (ceneri volatili) che ceneri a braciere (ceneri pesanti). A differenza di impianti a diversa tecnologia non residua emissioni dirette in atmosfera. Il camino di un impianto che utilizza torcia al plasma ha generalmente un'altezza non superiore a 15 metri; quello di un inceneritore tradizionale è di circa 130 metri! Eventuali residui bituminosi sono riconvogliati nel ciclo per essere definitivamente dissolti. Le osservazioni critiche sul fatto che un impianto al plasma sia avido di energia sono smentite dal fatto che, fatto cento la produzione di energia, il ciclo produttivo ne utilizza solo il 25%. Inoltre nessun altra tecnologia massimizza l'energia prodotta come un impianto al plasma.

La Tecnologia

La torcia al plasma è in grato di funzionare con la maggior parte dei gas. Riesce a raggiungere temperature elevatissime (da 4.000° C a 12.000° C) e per un tempo prolungato; i livelli di potenza di una torcia vanno dai 100 KW a 200 MW e riescono a produrre alte densità di energia (fino a 100 MW/m3 ). La torcia al plasma riproduce ciò che in natura si manifesta sotto forma di fulmine: mediante elettrodi, si converte l’energia elettrica in energia termica.

Il plasma è un gas ionizzato, condizionato a rispondere a forze elettromagnetiche. L’arco al plasma si crea quando una corrente si stabilisce tra due punti.

Il plasma agisce come elemento resistivo riscaldante ed è estremamente vantaggioso rispetto a qualsiasi altro elemento riscaldante solido in quanto, essendo un gas, non può liquefarsi e quindi deteriorarsi. L’arco al plasma crea una “fiamma” che ha temperature che vanno dai 4000 °C a oltre i 7000 °C, temperature che si raggiungono sulla superficie del sole.

Di conseguenza, le torce al plasma operano a temperature molto più alte, entalpie più alte e a rendimenti molto più elevati di quelli dei “bruciatori” a combustibili fossili.

Viste le elevate temperature, i legami molecolari dei componenti organici dei materiali da processare si scindono per cui i gas effluenti (syngas) risultano relativamente puliti.

Questi gas poi si ricombinano in combustibile gassoso e in semplici gas acidi che vengono poi raffreddati e ripuliti in un sistema di purificazione dei gas (scrubber).

I componenti inorganici dei rifiuti vengono fusi e vetrificati in un materiale solido vetroso simile a roccia, che è altamente resistente e non lisciviabile.

Entrambi i sottoprodotti del processo (syngas e rocce) sono potenzialmente riutilizzabili, l’uno come gas combustibile e l’altro come materiale da impiegare per pavimentazioni stradali e conglomerati cementizi.


Scoria Vetrificata

Il gas viene impiegato per la produzione di elettricità di cui, circa il 30%, viene impiegata per alimentare le torce al plasma e l’impianto; il 70% dell’energia prodotta viene invecee immessa in rete. Gli impianti in oggetto, producendo energia da fonti rinnovabili o assimilate, godono di sostegno sotto forma di prezzi incentivati per l’energia elettrica prodotta (Cip6) e Certificati Verdi. Inoltre, viene eliminato il bisogno di ampie aree da adibire a discariche.

Schema di un impianto

La torcia al plasma può trattare qulsiasi tipologia di materiale, è altresì applicabile per le attività di bonifica e di inertizzazione dei suoli contaminati, oltre che al trattamento dei rifiuti ospedalieri e Rsu.

Applicazioni

L’arco al plasma crea una “fiamma” che ha temperature che vanno dai 4000 °C a oltre i 7000 °C, temperature che si raggiungono sulla superficie del sole.

Di conseguenza, le torce al plasma operano a temperature molto più alte, entalpie più alte e a rendimenti molto più elevati di quelli dei “bruciatori” a combustibili fossili.

Viste le elevate temperature, i legami molecolari dei componenti organici dei materiali da processare si scindono per cui i gas effluenti (syngas) risultano relativamente puliti.

Questi gas poi si ricombinano in combustibile gassoso e in semplici gas acidi che vengono poi raffreddati e ripuliti in un sistema di purificazione dei gas (scrubber).

I componenti inorganici dei rifiuti vengono fusi e vetrificati in un materiale solido vetroso simile a roccia, che è altamente resistente e non lisciviabile.

La torcia al plasma può trattare ogni tipologia di materiale, solido o liquido, ed ha quindi una vasta gamma di applicazioni:

Torcia al Plasma