Con l’aumento del numero di strutture sanitarie e con l’arrivo della pandemia di COVID-19, i rifiuti sanitari sono diventati una questione critica sotto il profilo dei rischi per la salute, dell’inquinamento ambientale e della sostenibilità. I rifiuti sanitari comprendono tutti i rifiuti prodotti all’interno di strutture sanitarie, centri di ricerca e laboratori in relazione alle procedure mediche. In genere il termine «rifiuti medicali» è usato come sinonimo di «rifiuti sanitari». Nel mondo si utilizzano peraltro definizioni fra loro diverse. Per rifiuti medicali si intende qualunque rifiuto sanitario pericoloso, potenzialmente infettivo, patologico, farmaceutico, citotossico, chimico e radioattivo, nonché qualunque rifiuto sanitario non pericoloso.
La pirolisi al plasma dei rifiuti sanitari è una tecnologia allo stato dell’arte per il loro smaltimento in sicurezza. È una tecnologia a basso impatto ambientale, che converte i rifiuti organici in sottoprodotti commercialmente utili. L’intenso calore generato dal plasma consente di smaltire in modo sicuro e affidabile tutti i tipi di rifiuto, compresi i rifiuti solidi urbani, i rifiuti biomedicali e i rifiuti pericolosi. A contatto con il plasma i rifiuti sanitari vengono pirolizzati in CO, H₂ (CO, H₂, CO₂, H₂O e CH₄) e idrocarburi. Questi gas vengono bruciati e producono una temperatura elevata. Nel processo di pirolisi al plasma i gas caldi sono sottoposti a raffreddamento rapido (quenching) da 500 °C a 70 °C, per evitare le reazioni di ricombinazione delle molecole gassose che inibiscono la formazione di diossine e furani. I risultati delle analisi dei gas mostrano che i gas tossici rilevati dopo la combustione rientrano ampiamente nei limiti di emissione stabiliti dal Central Pollution Control Board. L’ambiente di plasma abbatte inoltre i batteri termicamente stabili.
La gassificazione al plasma è una delle tecniche più promettenti per il trattamento dei rifiuti, grazie alle sue caratteristiche di alta temperatura e alle minori emissioni pericolose. Il plasma è definito come il quarto stato della materia ed è costituito da radicali, elettroni liberi, particelle cariche e ioni. Durante la trasformazione di una sostanza in fase di plasma si verificano diverse reazioni chimiche, costituite da catene di ionizzazione, dissociazione e riassociazione che avvengono nel mezzo fluido e che provocano la dissociazione termica della sostanza. Grazie a queste caratteristiche i generatori di plasma termico sono ampiamente impiegati nell’industria energetica per i processi termici che richiedono temperature elevate, come la combustione e la pirolisi.
Inoltre la produzione totale di PCDD/PCDF nella gassificazione al plasma dei rifiuti solidi ospedalieri risulta inferiore a 0,01 ng di tossicità equivalente (TEQ), valore che non deve superare 0,1 ng TEQ/m³ secondo i limiti fissati dalla direttiva 2000/76/CE della Commissione europea. La gassificazione al plasma può rappresentare un’alternativa sostenibile ed ecocompatibile per il trattamento dei rifiuti sanitari, dalla quale è possibile ottenere anche un syngas ricco di H₂.
Nella definizione dei parametri iniziali e della progettazione di processo per i rifiuti sanitari, in Plasma Power si assume che qualsiasi elemento di origine medica costituisca un grave rischio potenziale sia per l’ambiente sia per la popolazione; i rifiuti sanitari devono pertanto essere disinfettati prima dello smaltimento, senza che alcun elemento, neppure di dimensioni minime, possa disperdersi nell’ambiente esterno. Il processo termico all’interno del reattore al plasma, senza apertura del contenitore, consente di distruggere i rifiuti con il massimo grado di sicurezza.
I generatori di plasma comunemente impiegati nei gassificatori al plasma sono le torce al plasma a microonde (magnetron, klystron ecc.) e le torce al plasma ad arco trasferito e non trasferito. Con l’alimentazione continua di energia elettrica e di fluido di lavoro a queste torce, nel gassificatore si ottengono getti di plasma ad alta temperatura fino a 10.000 K, che provocano la pirolisi dei materiali in ingresso, come combustibili e rifiuti. In molti casi il mezzo plasmogeno è aria, acqua, vapore, azoto, anidride carbonica o una loro miscela. Durante la pirolisi della carica si produce un syngas contenente quantità significative di idrogeno (H₂) e monossido di carbonio (CO), successivamente utilizzabile per la produzione di energia elettrica con motori alternativi o celle a combustibile.
Inoltre, grazie alla nostra tecnologia esclusiva, i materiali di valore quali le sostanze metalliche (contenenti ferro (Fe), cadmio (Cd), cromo (Cr), rame (Cu), mercurio (Hg) ecc.) o i materiali ad alto tenore di carbonio come la grafite vengono catturati nella scoria residua e possono essere raccolti come scoria fusa durante il processo di gassificazione. Le emissioni prodotte durante la gassificazione al plasma degli RSU sono indicate in 18 ppm di NOₓ, 6 ppm di SOx, 5 ppm di CO, 0,38 ppm di HCl e 0,43 mg/m³ di polveri, valori nettamente inferiori ai limiti delle norme europee (159 ppm di NOₓ, 19 ppm di SOx, 10 mg/m³ di CO, 7 ppm di HCl, 10 mg/m³ di polveri).
Processo di gassificazione al plasma
La gassificazione al plasma è l’ossidazione incompleta delle sostanze organiche, che vengono convertite in un gas combustibile o di sintesi (una miscela di H₂, CO, CO₂, CH₄ e altri idrocarburi). Nel caso di rifiuti contenenti sostanze inorganiche, la frazione inorganica viene contestualmente vetrificata in una scoria non lisciviabile. Rispetto alla gassificazione convenzionale richiede un impianto più compatto e produce emissioni in atmosfera più pulite, ma consuma più energia. I rifiuti sanitari ad alto contenuto organico si prestano alla gassificazione al plasma, che è un’efficace tecnologia di recupero energetico dai rifiuti. Il processo di gassificazione al plasma ha il vantaggio di poter produrre syngas e altri prodotti di valore.
Processo di pirolisi al plasma
Per pirolisi si intende un processo in cui la sostanza organica viene decomposta termicamente in assenza di ossigeno per produrre molecole più piccole. Più precisamente, nella pirolisi al plasma i prodotti sono costituiti soltanto da CO, H₂ e da una piccola quantità di idrocarburi superiori. Nei rifiuti sanitari queste frazioni organiche sono principalmente materie plastiche, carta e tessuti. Dopo la pirolisi si ottengono tre prodotti principali: gas combustibile, char e olio. In generale, non soltanto la tipologia di rifiuto ma anche il tipo di processo pirolitico incide in misura significativa sulla variabilità di questi prodotti di pirolisi. In base alla velocità di riscaldamento, i processi di pirolisi si classificano in pirolisi lenta, pirolisi rapida e pirolisi flash. Questi processi sono sviluppati con finalità diverse, soprattutto per modulare i prodotti finali.
Processo di combustione al plasma
La combustione al plasma (ossidazione al plasma) è un processo di incenerimento evoluto in cui la torcia al plasma è impiegata come sorgente di calore in eccesso di ossigeno. Si sostiene che il plasma metta a disposizione diverse specie attive che intensificano la combustione e attivano i percorsi di ossidazione del combustibile, soprattutto alle temperature basse e intermedie. Questo effetto di catalisi al plasma non solo intensifica la combustione a temperature più basse, ma riduce anche il fabbisogno d’aria. A differenza della pirolisi e della gassificazione al plasma, i componenti combustibili non costituiscono la frazione principale dei gas in uscita dal forno di combustione al plasma. L’aggiunta di un post-combustore dipende quindi dalla qualità dei gas in uscita e dai requisiti in ingresso delle unità successive.