Technologie Plazmowe opracowane w ITR

Działalność badawcza

maszyna do utylizacja odpadów

W Centrum Urządzeń Cieplno-Chemicznych rozwijana jest działalność badawcza związana z procesami plazmowymi.

Technologie obejmujące procesy plazmowe należą do technologii zaawansowanych, a ich burzliwy rozwój nastąpił w ciągu ostatnich 20 lat. Procesy plazmowe znalazły najszersze zastosowanie w urządzeniach i technologiach modyfikacji powierzchni takich jak oczyszczanie zabrudzonych powierzchni, wytrawianie powłok czy nanoszenie cienkich warstw o wysokiej wytrzymałości i szerokim zastosowaniu.

Techniki plazmowe są stosowane również w technologii niszczenia odpadów niebezpiecznych. Destrukcja odpadów polega na bezpośrednim oddziaływaniu plazmy na odpad. Sposób prowadzenia procesu zależy od właściwości odpadu i konstrukcji urządzenia. W każdym ze sposobów plazma jest źródłem energii niezbędnej do rozkładu odpadu. W przeważającej liczbie technologii plazmowych niskotemperaturowa plazma równowagowa, inaczej plazma termiczna, jest generowana pod ciśnieniem atmosferycznym w łuku elektrycznym lub plazmotronach łukowych o różnych konstrukcjach.

Działalność badawcza Centrum Urządzeń Cieplno-Chemicznych związana z procesami plazmowymi skupia się w trzech głównych obszarach:

  1. Utylizacji odpadów.
  2. Magazynowania energii.
  3. Modyfikacji powierzchni.

Utylizacja odpadów

maszyna do utylizacja odpadów

W odróżnieniu od komercyjnych plazmowych metod utylizacji odpadów, metoda opracowana w ramach projektów badawczych realizowanych w Instytucie Tele- i Radiotechnicznym nie polega na bezpośrednim oddziaływaniu strumienia plazmy na rozkładany odpad. Pirolityczno-plazmowa metoda utylizacji odpadów polega na wieloetapowym rozkładzie niebezpiecznego materiału a finalnym produktem procesu są ditlenek węgla oraz woda. Proces utylizacji niebezpiecznego materiału przebiega zasadniczo w trzech etapach. W pierwszym etapie stały odpad poddawany jest rozkładaniu termicznemu w komorze reaktora pirolitycznego. W wyniku działania temperatury odpad wydziela gaz i parę, które wprowadzane są do reaktora plazmowego w strumieniu gorącego argonu. W drugim etapie gaz po pirolizie odpadu jest utleniany w strumieniu plazmy generowanej w wyładowaniu poślizgowym. W trzecim etapie ochłodzony w chłodnicy wodnej gaz po reakcji utleniania podlega procesowi oczyszczania i neutralizacji w ostatnim module urządzenia.

Proces utylizacji odpadów może mieć szerokie zastosowanie w niszczeniu i/lub recyklingu różnych materiałów, m.in.:

  • stałych lub ciekłych materiałów zawierających składniki mogące być prekursorami powstawania toksycznych dioksan i furanów, np. płytki obwodów drukowanych, elementy z tworzyw sztucznych zawierających halogeny;
  • odpadów stałych zanieczyszczonych różnego rodzaju substancjami oleistymi; np. zgorzeliny metalu z procesów hutniczych;
  • odpadów z przemysłu drzewnego jako element odzyskiwania energii i surowca z biomasy.

Magazynowanie energii

Reaktor plazmowy działający na zasadzie wyładowania poślizgowego pod ciśnieniem atmosferycznym wykorzystywany w metodzie utylizacji odpadów znajduje zastosowanie w szeregu innych reakcji chemicznych, gdyż ze względu na swoją budowę umożliwia prowadzenie rozmaitych reakcji chemicznych w fazie gazowej. Badania podejmowane w Centrum Urządzeń Cieplno-Chemicznych dotyczą m.in.:

  • utylizacji CO2 poprzez przeprowadzenie reakcji chemicznego uwodornienia ditlenku węgla; reakcja ta znalazłaby zastosowanie w procesie chemicznego wzbogacania biogazu;
  • otrzymywanie wodoru z biokomponentów (metanol, etanol, biogaz).

Modyfikacja powierzchni

Reaktor plazmowy działający na zasadzie wyładowania barierowego pod ciśnieniem atmosferycznym znajduje zastosowanie w szeregu reakcji polegającej na oddziaływaniu wyładowania na powierzchnie. Badania podejmowane w ramach tej tematyki obejmują m.in.:

  • oczyszczania powierzchni metolowych z zanieczyszczeń organicznych (oleje, smary);
  • trawienie powierzchni tworzyw sztucznych, sztywnych i giętkich, różnych materiałów syntetycznych;
  • nanoszenie cienkich warstw na różnego rodzaju płaskie powierzchnie, giętkie i sztywne.

Podejmowana tematyka prac badawczych mieści się w priorytetach polityki naukowej i innowacyjnej do roku 2020 określonych dokumentem Krajowa Inteligentna Specjalizacja.

Dostępna infrastruktura badawcza:

  1. Prototypowe urządzenie w skali wielkolaboratoryjnej do badania rozkładu odpadów nową metoda pirolityczno-plazmową. Urządzenie jest dostosowane do utylizacji odpadów stałych, ciekłych lub gazowych.
  2. Wielkolaboratoryjny reaktor plazmowy działający na zasadzie wyładowania ślizgowego (Glid Arc).
  3. Laboratoryjny reaktor działający na zasadzie wyładowania barierowego (DBD), który jest przez stosowany do modyfikacji różnych powierzchni.
  4. Dwa chromatografy gazowe 2014 GC firmy Shimadzu (detektory FID I TCD).
  5. Laboratorium wyposażone w system dostarczania gazów, system pomiarowy, półautomatyczny system rejestracji danych, układ dozowania gazów poreakcyjnych.

Kontakt

Wszelkich informacji dot. prezentowanej technologii, udzieli Państwu:

Bartłomiej Wnęk
Zakład Urządzeń Cieplno-CHemicznych
tel.: 22-831-52-21 wew. 370
bartlomiej.wnek@itr.org.pl