Dopravní uzel s inovativním průmyslem
Pohled z praxe
2. 5. 2024 14:34
Pardubický kraj patří co do rozlohy i počtu obyvatel spíše k těm menším, má však výhodnou polohu uprostřed České republiky, nízkou nezaměstnanost...
Vědci na ÚFP AV ČR vytvořili světově unikátní plazmatron. Jeho pomocí zkoumají, jak odpad využít jako zdroj dalších surovin. Přestože je jeho provoz relativně energeticky náročný, může se vyplatit. Stačí využít jednoduchý „fígl“. Alespoň to ve zvukové reportáži říká fyzik Michal Jeremiáš.
„Tady vidíte plazmatron, který jsme vyvinuli u nás v ústavu. Je to světový unikát,“ hrdě ukazuje Michal Jeremiáš, vedoucí oddělení Plazmochemické technologie z Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR. Jsem s ním v prostorné hale plné velkých přístrojů. Spíš než výzkumné pracoviště mi to tu připomíná továrnu.
Zmíněný plazmatron vypadá jako deska, ke které vede nespočet hadic. „Jde o vodou stabilizovaný plazmatron, takže ty hadice převážně vedou vodu. A také elektřinu. Je tam poměrně vysoké napětí a proud, proto kabely musí být tlusté,“ vysvětluje Jeremiáš. Kombinace vody a elektřiny mě poněkud zaskočí, ale vědec mě uklidňuje: „To je právě specifikum tohoto plazmatronu. Vodu přeměníme na ionizovaný plyn, tedy na směs ionizovaného vodíku a kyslíku. Médium, které se ionizuje v jednodušších plazmatronech, bývá typicky vzduch. Jenže tím se nedosáhne tak vysoké teploty jako v případě toho našeho plazmatronu a také bychom si tam zanesli spoustu dusíku ze vzduchu. To ale nechceme, protože bychom si naředili výstupní produkt – syntézní plyn.“
Proč plazma?
Plazmatron vede do velké nádoby pod ním, do reaktoru. I ten je světově unikátní, patří totiž mezi největší experimentální zařízení svého druhu. A právě v něm probíhají reakce, které vědci sledují. Například tzv. plazmové zplyňování odpadu. Michal Jeremiáš věří, že tento způsob zpracování odpadu má před sebou slibnou budoucnost.
Plazma v reaktoru dosáhne teploty až 10 000°C. „Tuto vysokou teplotu a záření, které je s ní spojené, využíváme k rozkládání organických látek, které bychom jiným způsobem rozložit nedokázali,“ popisuje Jeremiáš. Rozdíl mezi spalováním a termickým rozkladem pomocí plazmatu je ten, že při termickém rozkladu odpad nehoří. Velmi vysoká teplota dodaná zvenčí – tedy právě plazmatem – odpad rozloží doslova na atomy. Zachovají se tak složky, které odpad obsahuje, například uhlík a vodík a které by v klasickém spalování shořely na vodu a oxid uhličitý. „Plazmové technologie mohou mít velký potenciál v rámci chemické recyklace. Idea je taková, že pokud odpady už nedokážeme recyklovat mechanicky, přistoupíme k chemické recyklaci, tedy že znovu využijeme ty prvky, které jsou v odpadech přítomny,“ věří Jeremiáš.
Michal Jeremiáš u plazmového reaktoru Foto: Daniel Mrázek Zdroj ekologicky získaného vodíku
Technologie plazmového zplyňování může být využita například ke zpracování sklolaminátu, průmyslového, nemocničního či nebezpečného odpadu, čistírenských kalů, ale poradí si i s vysloužilými rotory z větrných elektráren či obtížně likvidovatelnými součástmi elektromobilů.
Tady v Ústavu fyziky plazmatu (ÚFP) se vědci aktuálně soustředí na zpracování těch odpadních plastů, pro které se nenajde jiné využití než je spálit. Ještě aspoň trochu ekologická varianta by podle Jeremiáše byla, kdyby se tak stalo ve spalovnách komunálního odpadu, které vyrobí teplo a elektřinu. Jenže jejich kapacita je nízká, a proto nevyužité plasty z třídicích linek zpravidla nepřijímají. Z toho důvodu poslouží k výrobě tzv. tuhého alternativního paliva, které se spálí například v cementárnách. Oproti spalovnám se tu využije jen teplo, elektřina nevznikne. Díky plazmovému termickému rozkladu se ale z odpadních plastů může vyrobit syntézní plyn, což je velmi zajímavá surovina.
Ze syntézního plynu se dá poměrně jednoduše získat například vodík, který je čím dál žádanější. Případně se syntézní plyn díky obsahu vodíku a oxidu uhelnatého hodí k výrobě metanolu, alternativních paliv nebo dalších chemikálií. Výzkumníci z ÚFP se složení syntézního plynu navíc snaží „vylepšit“ tím, že k odpadním plastům do plazmového reaktoru přivedou i oxid uhličitý zachycený při spalování ve spalovnách směsného komunálního odpadu. Díky tomu bude mít výsledný syntézní plyn více uhlíku. A zároveň se tím přispěje ke snižování emisí oxidu uhličitého do atmosféry.
Využití oxidu uhličitého
Zpracování CO2 je jednou z velkých výzev současné společnosti. Technologie založené na termickém plazmatu mají velký potenciál přinést v tomto směru nová řešení. Náš příspěvek spočívá ve využití zachyceného CO2 (ze spalin) pro výrobu syntézního plynu z odpadních plastů, což je v souladu s filozofií CCU (Carbon Capture and Utilization, zachycování a využívání oxidu uhličitého). Hlavní výhodou je začlenění technologie, s níž máme mnohaleté zkušenosti (tj. vysokoteplotní plazmové zplyňování) do konceptu CCU a možnost skutečného ověření využití plazmového zplyňování na tento účel ve funkční jednotce. Tento koncept ověřujeme v rámci projektu MEMSEP financovaného Technologickou Agenturou ČR (TK02030155).
Zdroj: http://www.ipp.cas.cz/
Energeticky náročné, přesto prý výhodné
Ačkoliv se zatím jedná o technologii, která ještě není ani ve světě příliš rozšířená, v Česku najdeme hned několik firem, které se o ni zajímají a se kterými vědci z ÚFP spolupracují. Poměrně pokročilé zařízení funguje například ve Vědecko-technickém parku, který v Dubé u České Lípy provozuje firma Millenium Technologies, člen skupiny JRD.
Letos na jaře tam do ostrého provozu uvedli plazmový reaktor třetí generace, což je podle výkonného ředitele Millenium Technologies Miroslava Trybučka předstupněm komercializace: „Provozní testování je finálním krokem před zahájením provozu reaktoru čtvrté generace, který už bude možné zakoupit a využívat přímo v areálech průmyslových podniků, obcích, nemocničních zařízeních. Zkrátka všude tam, kde je otázka efektivní a ekologické likvidace odpadu na denním pořádku. Vzniklou energii navíc mohou firmy rovnou využít ve svém provozu.“
Kromě plazmového zplyňování existují i jiné způsoby termického zpracování odpadu, například středněteplotní pyrolýza. Plazmovým zplyňováním ale podle Michala Jeremiáše vzniknou čistější a jednodušší produkty. Na druhou stranu je používání plazmatu energeticky dost náročné. Podle Jeremiáše ale existuje řešení. Sluneční, větrné a některé další elektrárny využívající obnovitelné zdroje totiž za příhodných podmínek vyrobí více elektrické energie, než je aktuálně v síti potřeba. Plazmové technologie by se tak mohly stát vhodným nástrojem, jak přebytek využít. V mezičase, kdy žádný přebytek energie v síti není, technologie dokáže fungovat v „udržovacím“ módu s nízkou spotřebou.
Plazmovému zplyňování odpadu se věnuje i nový magazín o udržitelném rozvoji Futu.
