Plasmabehandling, pyrolys, förgasning, nedbrytning och förbränning av sjukvårdsavfall, biomedicinskt avfall och sjukhusavfall

I takt med att antalet vårdinrättningar har ökat och covid-19-pandemin inträffat har sjukvårdsavfall (MW) blivit en kritisk fråga när det gäller hälsorisker, miljöförorening och hållbarhet. Avfall från hälso- och sjukvården omfattar allt avfall som uppstår inom vårdinrättningar, forskningscentrum och laboratorier i samband med medicinska åtgärder. Vanligen används termen sjukvårdsavfall omväxlande med termen avfall från hälso- och sjukvården. Samtidigt förekommer skiftande definitioner världen över. Med sjukvårdsavfall avses allt farligt avfall från hälso- och sjukvården som är potentiellt smittförande, patologiskt, farmaceutiskt, cytotoxiskt, kemiskt eller radioaktivt, liksom allt icke-farligt avfall från hälso- och sjukvården.

Plasmapyrolys av sjukvårdsavfall är en toppmodern teknik för säkert bortskaffande av sjukvårdsavfall. Det är en miljövänlig teknik som omvandlar organiskt avfall till kommersiellt användbara biprodukter. Den intensiva värme som plasmat alstrar gör det möjligt att bortskaffa alla typer av avfall – kommunalt avfall, biomedicinskt avfall och farligt avfall – på ett säkert och tillförlitligt sätt. Sjukvårdsavfallet pyrolyseras till CO, H₂ (CO, H₂, CO₂, H₂O och CH₄) och kolväten när det kommer i kontakt med plasmat. Dessa gaser förbränns och ger en hög temperatur. I plasmapyrolysprocessen snabbkyls de heta gaserna från 500 °C till 70 °C för att undvika rekombinationsreaktioner mellan gasformiga molekyler och därigenom förhindra att dioxiner och furaner bildas. Gasanalyserna visar att de giftiga gaser som påträffas efter förbränningen ligger väl inom gränserna för Central Pollution Control Boards utsläppsnormer. Plasmamiljön avdödar dessutom termiskt stabila bakterier.

Plasmaförgasning är en av de mest lovande teknikerna för avfallsbehandling tack vare sina högtemperaturegenskaper och lägre utsläpp av farliga ämnen. Plasma definieras som materiens fjärde aggregationstillstånd och består av radikaler, fria elektroner, laddade partiklar och joner. När ett ämne övergår till plasmafas sker olika kemiska reaktioner – kedjor av jonisering, dissociation och återassociation i det fluida mediet – vilket leder till termisk dissociation av ämnet. Tack vare dessa egenskaper används termiska plasmageneratorer i stor utsträckning inom energibranschen för termiska processer som kräver höga temperaturer, till exempel förbränning och pyrolys.

Den totala bildningen av PCDD/PCDF vid plasmaförgasning av fast sjukhusavfall har dessutom befunnits vara lägre än 0,01 ng toxisk ekvivalent (TEQ), ett värde som enligt gränserna i Europeiska kommissionens direktiv 2000/76/EG inte får överstiga 0,1 ng TEQ/m³. Plasmaförgasning kan vara ett hållbart och miljövänligt alternativ för behandling av sjukvårdsavfall, samtidigt som vätgasrik syntesgas erhålls under processen.

Som utgångsparameter och processutformning för sjukvårdsavfall hos Plasma Power gäller att varje medicinskt element anses innebära en stor potentiell fara både för miljön och för befolkningen; sjukvårdsavfall måste därför desinficeras före bortskaffandet, utan att ens det allra minsta element släpps ut i den yttre miljön. Den termiska processen inuti plasmareaktorn, utan att behållaren öppnas, gör det möjligt att bryta ned avfallet med högsta möjliga säkerhet.

De plasmageneratorer som vanligen används i plasmaförgasare kan anges som mikrovågsplasmabrännare (magnetroner, klystroner med mera) och plasmabrännare med överförd respektive icke överförd ljusbåge. Med kontinuerlig tillförsel av el och arbetsmedium till dessa brännare kan högtemperaturplasmastrålar på upp till 10 000 K uppnås i förgasaren, vilket ger pyrolys av det tillförda materialet, till exempel bränslen och avfall. I många fall är plasmamediet luft, vatten, ånga, kväve, koldioxid eller blandningar av dessa. Vid pyrolysen av insatsmaterialet bildas syntesgas som innehåller betydande mängder vätgas (H₂) och kolmonoxid (CO) och som senare kan användas för elproduktion med kolvmotorer eller bränsleceller.

Med vår unika teknik fångas dessutom värdefulla material som metalliska ämnen (innehållande järn (Fe), kadmium (Cd), krom (Cr), koppar (Cu), kvicksilver (Hg) med mera) eller material med hög kolhalt som grafit upp i restslaggen, som kan samlas in som smält slagg under förgasningsprocessen. De utsläpp som sker vid plasmaförgasning av kommunalt avfall anges till 18 ppm NOₓ, 6 ppm SOx, 5 ppm CO, 0,38 ppm HCl och 0,43 mg/m³ stoft, vilket är avsevärt lägre än gränserna i de europeiska standarderna (159 ppm NOₓ, 19 ppm SOx, 10 mg/m³ CO, 7 ppm HCl, 10 mg/m³ stoft).

Plasmaförgasning är ofullständig oxidation av organiskt material, som omvandlas till en brännbar eller syntetisk gas (en blandning av H₂, CO, CO₂, CH₄ och andra kolväten). För avfall som innehåller oorganiskt material förglasas den oorganiska fraktionen samtidigt till en icke lakbar slagg. Jämfört med konventionell förgasning kräver den en mindre anläggning och ger renare utsläpp till luft, men förbrukar mer energi. Sjukvårdsavfall med hög organisk halt lämpar sig för plasmaförgasning, som är en effektiv teknik för energiåtervinning ur avfall. Plasmaförgasningsprocessen har fördelen att den kan framställa syntesgas och andra värdefulla produkter.

Med pyrolys avses en process där organiskt material bryts ned termiskt i frånvaro av syre så att mindre molekyler bildas. Mer specifikt för plasmapyrolys består produkterna enbart av CO, H₂ och en liten mängd högre kolväten. För sjukvårdsavfall utgörs dessa organiska fraktioner huvudsakligen av plast, papper och textilföremål. Efter pyrolysen erhålls tre huvudprodukter: bränslegas, pyrolyskoks och olja. Generellt spelar inte bara avfallstypen utan även pyrolysprocessens typ en betydande roll för variationen i dessa pyrolysprodukter. Utifrån uppvärmningshastigheten kan pyrolysprocesserna delas in i långsam pyrolys, snabbpyrolys och flashpyrolys. Dessa processer har utvecklats med olika önskade mål, främst för att styra slutprodukterna.

Plasmaförbränning (plasmaoxidation) är en vidareutvecklad förbränningsprocess där en plasmabrännare används som värmekälla med syreöverskott. Det har hävdats att plasmat tillför olika aktiva species som förstärker förbränningen och aktiverar oxidationsvägar för bränslet, särskilt vid låga och medelhöga temperaturer. Denna plasmakatalytiska effekt förstärker inte bara förbränningen vid lägre temperatur, utan minskar också luftbehovet. Till skillnad från vid plasmapyrolys och plasmaförgasning utgör brännbara komponenter inte huvudbeståndsdelen i processgasen efter plasmaförbränningsugnen. Om en efterbrännkammare ska läggas till beror därför på processgasens kvalitet och på de efterföljande enheternas krav på ingående gas.