Plasmabehandlung, Pyrolyse, Vergasung, Zerstörung und Verbrennung medizinischer, biomedizinischer und Krankenhausabfälle

Mit der wachsenden Zahl von Gesundheitseinrichtungen und dem Auftreten der COVID-19-Pandemie sind medizinische Abfälle (MW) zu einem kritischen Thema für Gesundheitsrisiken, Umweltbelastung und Nachhaltigkeit geworden. Zu den Abfällen aus dem Gesundheitswesen zählen sämtliche Abfälle, die in Gesundheitseinrichtungen, Forschungszentren und Laboratorien im Zusammenhang mit medizinischen Maßnahmen anfallen. Im Allgemeinen werden die Begriffe medizinische Abfälle und Abfälle aus dem Gesundheitswesen synonym verwendet. Zugleich sind weltweit unterschiedliche Definitionen in Gebrauch. Als medizinische Abfälle gelten alle gefährlichen Abfälle aus dem Gesundheitswesen, die potenziell infektiös, pathologisch, pharmazeutisch, zytotoxisch, chemisch oder radioaktiv sind, ebenso wie alle nicht gefährlichen Abfälle aus dem Gesundheitswesen.

Die Plasmapyrolyse medizinischer Abfälle ist ein hochmodernes Verfahren zu deren sicherer Beseitigung. Sie ist umweltverträglich und wandelt organische Abfälle in wirtschaftlich nutzbare Nebenprodukte um. Die vom Plasma erzeugte intensive Hitze ermöglicht die sichere und zuverlässige Beseitigung aller Abfallarten, einschließlich Siedlungsabfall, biomedizinischer Abfälle und gefährlicher Abfälle. Beim Kontakt mit dem Plasma werden medizinische Abfälle zu CO, H₂ (CO, H₂, CO₂, H₂O und CH₄) sowie Kohlenwasserstoffen pyrolysiert. Diese Gase werden verbrannt und erzeugen dabei eine hohe Temperatur. Im Plasmapyrolyseprozess werden die heißen Gase von 500 °C auf 70 °C abgeschreckt, um Rekombinationsreaktionen der Gasmoleküle zu vermeiden und so die Bildung von Dioxinen und Furanen zu unterbinden. Die Gasanalysen zeigen, dass die nach der Verbrennung nachgewiesenen toxischen Gase deutlich innerhalb der Emissionsgrenzwerte des Central Pollution Control Board liegen. Die Plasmaatmosphäre tötet zudem thermisch stabile Bakterien ab.

Die Plasmavergasung zählt aufgrund ihrer hohen Prozesstemperaturen und der geringeren Emission gefährlicher Stoffe zu den aussichtsreichsten Verfahren der Abfallbehandlung. Plasma wird als vierter Aggregatzustand definiert und besteht aus Radikalen, freien Elektronen, geladenen Teilchen und Ionen. Beim Übergang eines Stoffes in die Plasmaphase laufen im fluiden Medium verschiedene chemische Reaktionen ab – Ketten aus Ionisation, Dissoziation und Reassoziation –, die die thermische Dissoziation des Stoffes bewirken. Aufgrund dieser Eigenschaften werden thermische Plasmageneratoren in der Energiewirtschaft in großem Umfang für thermische Prozesse eingesetzt, die hohe Temperaturen erfordern, etwa Verbrennung und Pyrolyse.

Darüber hinaus liegt die gesamte PCDD/PCDF-Bildung bei der Plasmavergasung fester Krankenhausabfälle unter 0,01 ng Toxizitätsäquivalent (TEQ) und damit unterhalb von 0,1 ng TEQ/m³, die nach den Grenzwerten der Richtlinie 2000/76/EG der Europäischen Kommission nicht überschritten werden dürfen. Die Plasmavergasung kann eine nachhaltige und umweltfreundliche Alternative für die Behandlung medizinischer Abfälle sein, wobei im Prozess zugleich H₂-reiches Synthesegas gewonnen werden kann.

Als Ausgangsparameter und Grundlage der Verfahrensauslegung für medizinische Abfälle geht Plasma Power davon aus, dass jedes medizinische Element ein erhebliches Gefährdungspotenzial sowohl für die Umwelt als auch für die Bevölkerung birgt; medizinische Abfälle müssen daher vor der Beseitigung desinfiziert werden, ohne dass auch nur kleinste Bestandteile in die äußere Umgebung gelangen. Der thermische Prozess im Plasmareaktor, bei dem der Behälter nicht geöffnet wird, ermöglicht die Zerstörung der Abfälle mit höchster Sicherheit.

Als Plasmageneratoren kommen in Plasmavergasern üblicherweise Mikrowellen-Plasmabrenner (Magnetrons, Klystrons usw.) sowie Lichtbogen-Plasmabrenner mit übertragenem oder nicht übertragenem Lichtbogen zum Einsatz. Durch die kontinuierliche Zufuhr von elektrischer Energie und Arbeitsmedium in diese Brenner lassen sich im Vergaser Hochtemperatur-Plasmastrahlen von bis zu 10.000 K erzeugen, die die Pyrolyse der zugeführten Stoffe wie Brennstoffe und Abfälle bewirken. Als Plasmamedium dienen in vielen Fällen Luft, Wasser, Wasserdampf, Stickstoff, Kohlendioxid oder deren Gemische. Bei der Pyrolyse des Einsatzstoffs entsteht Synthesegas mit erheblichen Anteilen an Wasserstoff (H₂) und Kohlenmonoxid (CO), das anschließend in Kolbenmotoren oder Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

Darüber hinaus werden mit unserer einzigartigen Technologie Wertstoffe wie metallische Substanzen (mit Eisen (Fe), Cadmium (Cd), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Quecksilber (Hg) usw.) oder kohlenstoffreiche Materialien wie Graphit in der Restschlacke gebunden, die während der Vergasung als Schmelzschlacke abgezogen werden kann. Für die Plasmavergasung von Siedlungsabfall werden Emissionen von 18 ppm NOₓ, 6 ppm SOx, 5 ppm CO, 0,38 ppm HCl und 0,43 mg/m³ Staub angegeben und liegen damit deutlich unter den Grenzwerten der europäischen Normen (159 ppm NOₓ, 19 ppm SOx, 10 mg/m³ CO, 7 ppm HCl, 10 mg/m³ Staub).

Die Plasmavergasung ist die unvollständige Oxidation organischer Stoffe, bei der diese in ein brennbares Gas bzw. Synthesegas (ein Gemisch aus H₂, CO, CO₂, CH₄ und weiteren Kohlenwasserstoffen) überführt werden. Bei Abfällen mit anorganischen Bestandteilen wird die anorganische Fraktion gleichzeitig zu einer eluatstabilen Schlacke verglast. Gegenüber der konventionellen Vergasung fällt die Anlage kleiner aus und die Luftemissionen sind sauberer, der Energieverbrauch ist jedoch höher. Medizinische Abfälle mit hohem organischem Anteil eignen sich für die Plasmavergasung, die eine wirksame Technologie der energetischen Abfallverwertung darstellt. Der Vorteil der Plasmavergasung liegt darin, dass sie Synthesegas und weitere Wertprodukte liefern kann.

Als Pyrolyse bezeichnet man einen Prozess, bei dem organische Substanz unter Sauerstoffausschluss thermisch zu kleineren Molekülen zersetzt wird. Speziell bei der Plasmapyrolyse bestehen die Produkte ausschließlich aus CO, H₂ und einem geringen Anteil höherer Kohlenwasserstoffe. Bei medizinischen Abfällen sind diese organischen Fraktionen vor allem Kunststoffe, Papier und Textilien. Nach der Pyrolyse liegen drei Hauptprodukte vor: Brenngas, Pyrolysekoks und Öl. Für die Schwankungsbreite dieser Pyrolyseprodukte sind in der Regel nicht nur die Abfallart, sondern auch die Art des Pyrolyseverfahrens maßgeblich. Nach der Aufheizgeschwindigkeit lassen sich die Pyrolyseverfahren in langsame Pyrolyse, Schnellpyrolyse und Flash-Pyrolyse einteilen. Diese Verfahren wurden mit unterschiedlichen Zielsetzungen entwickelt, vor allem um die Endprodukte gezielt einzustellen.

Die Plasmaverbrennung (Plasmaoxidation) ist ein weiterentwickeltes Verbrennungsverfahren, bei dem ein Plasmabrenner als Wärmequelle bei Sauerstoffüberschuss dient. Es wird behauptet, dass das Plasma verschiedene reaktive Spezies bereitstellt, die die Verbrennung verstärken und Oxidationspfade des Brennstoffs aktivieren, insbesondere bei niedrigen und mittleren Temperaturen. Dieser Effekt der Plasmakatalyse verbessert nicht nur die Verbrennung bei niedrigerer Temperatur, sondern senkt auch den Luftbedarf. Anders als bei Plasmapyrolyse und -vergasung bilden brennbare Bestandteile nach dem Plasmaverbrennungsofen nicht den Hauptanteil des Abgases. Ob eine Nachbrennkammer ergänzt wird, hängt daher von der Abgasqualität und den Eingangsanforderungen der nachgeschalteten Einheiten ab.