現代社会の主要な課題の一つは、人間の活動によって発生する固形廃棄物の増加率であり、これは大きな環境上の懸念を生んでいます。乗用車やトラックの自動車用タイヤ、自転車用タイヤ、二輪車用タイヤ、農業機械用タイヤをはじめとする使用済みタイヤ、およびその他のポリイソプレン系製品の処分はその問題の大きな部分を占めており、世界全体で年間 13 億本のタイヤが使用済みになると推定されています。
Plasma Power では、経済面と環境面を同時に満たすため、最も経済的で先進的な手法をプラントの設計・製造に用います。膨大な量のこうした材料を再処理する解決策として、熱的有効利用も台頭しつつあります。熱的有効利用の主要な技術は、熱分解、ガス化、燃焼の三つです。
- 01熱分解：酸素のない条件下での熱的分解。
- 02燃焼：酸素の存在下での熱的分解。
- 03ガス化：ガス化剤（水蒸気流、空気など）の存在下での熱的分解。
ガス化
ガス化は熱的プロセス（T > 750 °C）であり、酸素または水蒸気の量を制御しながら、有機性廃棄物やバイオマスなどの含炭素材料を一酸化炭素と水素に転換します。生成する混合ガスは合成ガス（シンガス）とも呼ばれ、ガスタービンや燃料電池を駆動するのに適した供給源となります。
熱分解
重要な回収技術の一つが熱分解です。有機性の廃棄物（油泥：燃料タンク底部の残渣、燃料フィルターに堆積した燃料残渣、潤滑油の精製で生じる残渣、油性廃棄物、都市ごみ中の有機物：油、石けん、タイヤ、プラスチック、繊維など）を有用な製品へ転換する手段としての熱分解については、数十年にわたり広範な知見が蓄積されてきました。タイヤの熱分解は、不活性雰囲気下の温度域（300 °C～900 °C）でタイヤのゴムを熱的に分解するものです。廃タイヤの熱分解は、プロセス条件を最適化することで、タイヤのスチールカーカスに加えて高エネルギーのオイル、ガス、残渣チャーを得られることから、関心が高まっています。スチールは製鉄・鉄鋼業へと再びリサイクルされます。残る三つの製品は、エネルギー（燃料）および／または化学原料として利用されます。
熱分解プロセスでは、タイヤの有機揮発分が低分子量の生成物、液体、または気体へと分解されます。無機成分と不揮発性のカーボンブラックは比較的変質しないまま固体残渣として残るため、価値ある用途にリサイクルできます。
熱分解プロセスは、自動車シュレッダーダスト（ASR）のように、多種多様なプラスチックが他の材料（土砂、繊維、ガラスなど）と混ざり合った複雑な廃棄物にとりわけ適しており、前処理としての洗浄工程を必要とせず、固体生成物は金属製造やカーボンブラックの賦活に利用できます。
熱プラズマ熱分解技術
プラズマは、より身近な固体、液体、気体に続く物質の第四の状態と広く考えられています。気体に十分なエネルギーを加えると、その気体はプラズマになります。言い換えれば、プラズマとは、たとえば放電によって生じる電離した気体です。熱プラズマ熱分解は、高温域（10000 °C > T > 5000 °C）で含炭素固体を限られた量の酸素と反応させるプロセスと説明できます。発熱量 4～9 MJ/Nm³ の可燃性ガスと含炭素の固体生成物を得るためであり、液体生成物は生じません。反応性の高いプラズマ領域には、高エネルギー放射とともに、電子、イオン、励起分子が大きな割合で存在します。含炭素材料をプラズマ中に投入すると、プラズマによって非常に急速に加熱されます。揮発分が放出されてクラッキングされ、水素と、メタンやアセチレンなどの軽質炭化水素が生じます。高温とプラズマの高い昇温速度が相まって有機性廃棄物の分解をもたらし、その結果、投入物の性状と運転条件に応じてさまざまな性質を持つガスと固体残渣が生成します。ガス生成物の量は投入量の最大 70～80 % に達し、比較すると、廃タイヤの従来型熱分解で生じる気体生成物は低速熱分解でわずか 10～20 %、高速熱分解で 30～50 % にとどまります。ガス生成物の発熱量は、これに応じて 4～9 Mj/Nm³ の範囲になります。
そのため、ボイラー、ガスタービン、ガスエンジンでの直接燃焼など、さまざまなエネルギー用途で燃料としてそのまま利用できます。プラズマ熱分解で得られるチャーの発熱量は通常、褐炭やコークスに匹敵するため、固体燃料として直接利用できます。
熱プラズマリアクターは、高い処理温度を得るために多量のエネルギー投入を必要とします。そのため運転コストが高くなります。Plasma Power では、熱分解生成物の持つエネルギーを活用・循環させる形でプロセスを設計し、最適化しています。その結果、プラズマ熱分解処理プロセスはエネルギー的に自立し、運転コストが大幅に低減されます。プラズマ熱分解には次のような利点があります。
- 01熱エネルギーを効率的に供給し、廃棄物中の物理的変化と化学的変化を同時に急速に進行させます。
- 02非常にコンパクトで処理量が大きく応答の速いリアクターで、高温かつ効果的な処理温度を容易に達成できます。
- 03プラズマ熱分解生成物の性状はエネルギー生産に適しています。
- 04環境を汚染せず、人の健康に有害な物質を分解できるうえ、生成物も予測可能で無害であり、公衆衛生と環境の観点から受け入れられるものです。
熱分解（またはプラズマ熱分解、アークプラズマ熱分解）リアクター内でタイヤに熱を作用させると炭化水素ガスが生成し、これを凝縮させて合成液体燃料が得られるとともに、鉱物残渣がスラグとして生じます。スラグはプラズマガス化ユニットの原料として利用され、合成液体燃料はガソリン留分およびディーゼル留分の製造で商業化できます。スチールコードは前処理段階で選別されるか、鉱物残渣の排出系統から排出され、販売用の原料として利用されます。
経済性、性能、環境の各側面を含む顧客のニーズに基づくプラズマ利用プラントの設計・製造
有害廃棄物（使用期限切れの医薬品、使用禁止農薬、プラスチック製歯車、病理廃棄物、容器など）を完全かつ安全に除去する方法が、高温（プラズマ）熱分解です。Plasma Power のプラズマ化学リアクターは、あらゆるガス化プラントの中核部分として用いられ、顧客ごとの物質組成と用途に基づいて設計・最適化・製造され、次の用途向けにそれぞれ異なる構成と仕様で提供されます。
- 01医療廃棄物
- 02生物学的廃棄物
- 03都市ごみのガス化
- 04有機溶剤、塗料、ワニス、接着剤、マスチック、樹脂などの塗料・ワニス系液状廃棄物の分解
- 05排水処理および水利用における水質調整に伴う廃棄物、ならびに排水処理施設の液状廃棄物
- 06化学兵器および生物兵器の構成要素の分解
- 07当社のアーク放電プラズマ技術は、有害廃棄物処理をはじめとする多様な用途に有効な手段です
原子力産業におけるプラズマ技術の応用
有害物質の無害化プロセスへの応用において、プラズマ技術への関心はきわめて高まっています。プラズマ媒体中での化学反応（メタンの熱分解、酸化チタンの製造、酸化物や塩化物からの純物質の還元：ウラン、チタン、ゲルマニウム、タンタルなど）、原子力発電所向けウラン酸化物のプラズマ化学的製造、四フッ化ケイ素 SiF4 の水素化熱分解とそこからのフッ化水素 HF および超微粒子酸化ケイ素 Si02 の製造、塩化チタン TiCl4 からの二酸化チタン Ti02 の製造などに利用できます。