Avec la multiplication des établissements de santé et la survenue de la pandémie de COVID-19, les déchets médicaux (MW) sont devenus une question critique du point de vue des risques sanitaires, de la pollution de l'environnement et de la durabilité. Les déchets d'activités de soins englobent l'ensemble des déchets produits au sein des établissements de santé, des centres de recherche et des laboratoires en lien avec des actes médicaux. Le terme de déchets médicaux est généralement employé de façon interchangeable avec celui de déchets d'activités de soins. Les définitions retenues varient toutefois d'un pays à l'autre. Les déchets médicaux désignent tout déchet d'activités de soins dangereux – potentiellement infectieux, anatomique, pharmaceutique, cytotoxique, chimique ou radioactif – ainsi que tout déchet d'activités de soins non dangereux.
La pyrolyse par plasma des déchets médicaux est une technologie de pointe pour leur élimination en toute sécurité. C'est une technologie respectueuse de l'environnement, qui convertit les déchets organiques en sous-produits commercialement utiles. La chaleur intense dégagée par le plasma permet d'éliminer de manière sûre et fiable tous les types de déchets, y compris les déchets ménagers et assimilés, les déchets biomédicaux et les déchets dangereux. Au contact du plasma, les déchets médicaux sont pyrolysés en CO, H₂ (CO, H₂, CO₂, H₂O et CH₄) et en hydrocarbures. Ces gaz sont brûlés et produisent une température élevée. Dans le procédé de pyrolyse par plasma, les gaz chauds sont trempés (refroidissement rapide) de 500 °C à 70 °C afin d'éviter les réactions de recombinaison des molécules gazeuses, ce qui inhibe la formation de dioxines et de furanes. Les analyses de gaz montrent que les gaz toxiques présents après combustion restent très en deçà des valeurs limites d'émission du Central Pollution Control Board. Le milieu plasma détruit également les bactéries thermorésistantes.
La gazéification par plasma compte parmi les techniques de traitement des déchets les plus prometteuses, du fait des hautes températures atteintes et de la moindre émission de substances dangereuses. Le plasma se définit comme le quatrième état de la matière, constitué de radicaux, d'électrons libres, de particules chargées et d'ions. Lors du passage d'une substance à l'état de plasma, diverses réactions chimiques se produisent dans le milieu fluide – chaînes d'ionisation, de dissociation et de recombinaison –, qui entraînent la dissociation thermique de la substance. Ces propriétés valent aux générateurs de plasma thermique un large emploi dans l'industrie de l'énergie pour les procédés thermiques exigeant de hautes températures, tels que la combustion et la pyrolyse.
La production totale de PCDD/PCDF lors de la gazéification par plasma des déchets solides hospitaliers s'avère par ailleurs inférieure à 0,01 ng équivalent toxique (TEQ), valeur qui ne doit pas dépasser 0,1 ng TEQ/m³ selon les limites fixées par la directive 2000/76/CE de la Commission européenne. La gazéification par plasma peut constituer une solution durable et respectueuse de l'environnement pour le traitement des déchets médicaux, le procédé permettant en outre d'obtenir un gaz de synthèse riche en H₂.
Comme paramètre initial et principe de conception du procédé appliqué aux déchets médicaux chez Plasma Power, on considère que tout élément médical présente un danger potentiel majeur, tant pour l'environnement que pour la population ; les déchets médicaux doivent donc être désinfectés avant élimination, sans qu'aucun élément, si petit soit-il, ne s'échappe vers le milieu extérieur. Le traitement thermique conduit à l'intérieur du réacteur à plasma, sans ouverture du conteneur, permet de détruire les déchets avec le plus haut degré de sécurité.
Les générateurs de plasma couramment employés dans les gazéifieurs à plasma sont les torches à plasma micro-ondes (magnétrons, klystrons, etc.) et les torches à plasma d'arc, à arc transféré ou non transféré. L'alimentation continue de ces torches en électricité et en fluide de travail permet d'obtenir dans le gazéifieur des jets de plasma à haute température, jusqu'à 10 000 K, qui provoquent la pyrolyse des matières entrantes telles que combustibles et déchets. Le milieu plasmagène est bien souvent l'air, l'eau, la vapeur d'eau, l'azote, le dioxyde de carbone ou un mélange de ceux-ci. La pyrolyse de la charge produit un gaz de synthèse contenant des quantités appréciables d'hydrogène (H₂) et de monoxyde de carbone (CO), qui pourra ensuite servir à produire de l'électricité au moyen de moteurs alternatifs ou de piles à combustible.
Grâce à notre technologie unique, des matières de valeur telles que les substances métalliques (contenant du fer (Fe), du cadmium (Cd), du chrome (Cr), du cuivre (Cu), du mercure (Hg), etc.) ou les matériaux à forte teneur en carbone comme le graphite sont en outre piégées dans le laitier résiduel, que l'on peut recueillir à l'état de laitier fondu au cours de la gazéification. Les rejets indiqués pour la gazéification par plasma des déchets ménagers et assimilés s'établissent à 18 ppm de NOₓ, 6 ppm de SOx, 5 ppm de CO, 0,38 ppm de HCl et 0,43 mg/m³ de poussières, valeurs très inférieures aux limites des normes européennes (159 ppm de NOₓ, 19 ppm de SOx, 10 mg/m³ de CO, 7 ppm de HCl, 10 mg/m³ de poussières).
Le procédé de gazéification par plasma
La gazéification par plasma est l'oxydation incomplète des matières organiques, qu'elle convertit en un gaz combustible ou de synthèse (mélange de H₂, CO, CO₂, CH₄ et d'autres hydrocarbures). Lorsque les déchets contiennent des matières minérales, la fraction minérale est simultanément vitrifiée en un laitier non lixiviable. Comparée à une gazéification conventionnelle, elle demande une installation plus compacte et produit des rejets atmosphériques plus propres, mais consomme davantage d'énergie. Les déchets médicaux à forte teneur organique se prêtent bien à la gazéification par plasma, technologie efficace de valorisation énergétique des déchets. Le procédé de gazéification par plasma a l'avantage de pouvoir produire un gaz de synthèse ainsi que d'autres produits de valeur.
Le procédé de pyrolyse par plasma
La pyrolyse désigne un procédé dans lequel la matière organique est décomposée thermiquement en l'absence d'oxygène pour donner des molécules plus petites. Dans le cas particulier de la pyrolyse par plasma, les produits se composent uniquement de CO, de H₂ et d'une faible quantité d'hydrocarbures supérieurs. Pour les déchets médicaux, ces fractions organiques sont principalement des plastiques, du papier et des articles textiles. La pyrolyse donne trois produits principaux : un gaz combustible, du charbon de pyrolyse et une huile. D'une manière générale, la nature du déchet, mais aussi le type de procédé de pyrolyse, jouent un rôle déterminant dans la variabilité de ces produits. Selon la vitesse de chauffe, on distingue la pyrolyse lente, la pyrolyse rapide et la pyrolyse éclair. Ces procédés ont été mis au point avec des objectifs divers, essentiellement pour ajuster la nature des produits finaux.
Le procédé de combustion par plasma
La combustion par plasma (oxydation par plasma) est un procédé d'incinération évolué dans lequel une torche à plasma sert de source de chaleur en présence d'un excès d'oxygène. Il a été avancé que le plasma apporte diverses espèces actives qui intensifient la combustion et activent les voies d'oxydation du combustible, en particulier aux températures basses et intermédiaires. Cet effet de catalyse par plasma intensifie non seulement la combustion à plus basse température, mais réduit aussi le besoin en air. À la différence de la pyrolyse et de la gazéification par plasma, les composants combustibles ne constituent pas l'essentiel du gaz de sortie du four de combustion par plasma. L'ajout d'un post-combusteur dépend donc de la qualité du gaz de sortie et des exigences d'entrée des unités situées en aval.