Tıbbi, biyomedikal ve hastane atıklarının plazmayla işlenmesi, pirolizi, gazlaştırılması, parçalanması ve yakılması

Sağlık tesislerinin sayısının artması ve COVID-19 salgınının ortaya çıkmasıyla birlikte tıbbi atık; sağlık riskleri, çevre kirliliği ve sürdürülebilirlik açısından kritik bir sorun hâline gelmiştir. Sağlık kuruluşu atıkları, sağlık tesislerinde, araştırma merkezlerinde ve laboratuvarlarda tıbbi işlemlerle bağlantılı olarak oluşan bütün atıkları kapsar. Genel olarak tıbbi atık terimi, sağlık kuruluşu atığı terimiyle birbirinin yerine kullanılmaktadır. Bununla birlikte dünya genelinde farklı tanımlar kullanılmaktadır. Tıbbi atık; potansiyel olarak enfeksiyöz, patolojik, farmasötik, sitotoksik, kimyasal ve radyoaktif atıklar olan her türlü tehlikeli sağlık kuruluşu atığını ve ayrıca tehlikesiz sağlık kuruluşu atıklarını ifade eder.

Tıbbi atıkların plazma pirolizi, bu atıkların güvenli bertarafı için son teknoloji ürünü bir yöntemdir. Organik atığı ticari olarak değerli yan ürünlere dönüştüren, çevre dostu bir teknolojidir. Plazmanın ürettiği yoğun ısı; kentsel katı atık, biyomedikal atık ve tehlikeli atık dâhil her türden atığın güvenli ve güvenilir biçimde bertaraf edilmesini sağlar. Tıbbi atık, plazmayla temas ettiğinde piroliz yoluyla CO, H₂ (CO, H₂, CO₂, H₂O ve CH₄) ve hidrokarbonlara dönüşür. Bu gazlar yakılır ve yüksek bir sıcaklık üretir. Plazma piroliz sürecinde sıcak gazlar, gaz moleküllerinin yeniden birleşme tepkimelerini önlemek ve böylece dioksin ile furan oluşumunu engellemek amacıyla 500 °C'den 70 °C'ye ani soğutmaya tabi tutulur. Gaz analizi sonuçları, yanma sonrasında saptanan toksik gazların Central Pollution Control Board emisyon standartlarının sınırlarının oldukça altında kaldığını göstermektedir. Plazma ortamı ayrıca ısıya dayanıklı bakterileri de öldürür.

Plazma gazlaştırma, yüksek sıcaklık özellikleri ve daha düşük tehlikeli emisyonları sayesinde atık işlemenin en umut verici tekniklerinden biridir. Plazma, radikallerden, serbest elektronlardan, yüklü parçacıklardan ve iyonlardan oluşan, maddenin dördüncü hâli olarak tanımlanır. Bir maddenin plazma fazına dönüşümü sırasında akışkan ortamda iyonizasyon, ayrışma ve yeniden birleşme zincirlerinden oluşan çeşitli kimyasal tepkimeler gerçekleşir; bunlar maddenin ısıl olarak ayrışmasına yol açar. Bu özellikleri sayesinde termal plazma jeneratörleri, enerji sektöründe yanma ve piroliz gibi yüksek sıcaklık gerektiren ısıl süreçlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ayrıca hastane katı atıklarının plazmayla gazlaştırılmasında oluşan toplam PCDD/PCDF miktarının, Avrupa Komisyonu'nun 2000/76/AT sayılı Direktifi'nin sınırlarına göre 0,1 ng TEQ/m³'ü aşmaması gerekirken, 0,01 ng toksik eşdeğerin (TEQ) altında kaldığı belirlenmiştir. Plazma gazlaştırma, tıbbi atıkların işlenmesi için sürdürülebilir ve çevre dostu bir alternatif olabilir; üstelik süreç sırasında H₂ bakımından zengin sentez gazı da elde edilebilir.

Plasma Power'da tıbbi atığa ilişkin başlangıç parametresi ve proses tasarımı, her tıbbi unsurun hem çevre hem de halk için büyük bir potansiyel tehlike taşıdığı kabulüne dayanır; bu nedenle tıbbi atıklar, en küçük bir unsur bile dış ortama kaçmadan, bertaraf edilmeden önce dezenfekte edilmelidir. Kap açılmadan plazma reaktörünün içinde yürütülen ısıl süreç, atığın en yüksek güvenlik düzeyinde parçalanmasına olanak tanır.

Plazma gazlaştırıcılarda yaygın olarak kullanılan plazma jeneratörleri, mikrodalga plazma torçları (magnetronlar, klistronlar vb.) ile transferli/transfersiz ark plazma torçları olarak sıralanabilir. Bu torçlara elektriğin ve çalışma akışkanının sürekli beslenmesiyle gazlaştırıcıda 10.000 K'e varan yüksek sıcaklıkta plazma jetleri elde edilebilir; bu da yakıt ve atık gibi besleme malzemelerinin pirolizine yol açar. Çoğu durumda plazma ortamı hava, su, su buharı, azot, karbon dioksit ya da bunların karışımlarıdır. Besleme hammaddesinin pirolizi sırasında, önemli miktarda hidrojen (H₂) ve karbon monoksit (CO) içeren sentez gazı üretilir; bu gaz daha sonra pistonlu motorlar ya da yakıt hücreleri kullanılarak elektrik üretiminde değerlendirilebilir.

Üstelik eşsiz teknolojimiz sayesinde, metalik maddeler (demir (Fe), kadmiyum (Cd), krom (Cr), bakır (Cu), cıva (Hg) vb. içeren) ya da grafit gibi yüksek karbon içerikli malzemeler gibi değerli maddeler kalıntı cürufta tutulur; bu cüruf, gazlaştırma süreci boyunca ergimiş cüruf olarak toplanabilir. KKA'nın plazmayla gazlaştırılması sırasında salınan emisyonlar 18 ppm NOₓ, 6 ppm SOx, 5 ppm CO, 0,38 ppm HCl ve 0,43 mg/m³ toz olarak bildirilmektedir; bu değerler Avrupa Standartlarının sınırlarının (159 ppm NOₓ, 19 ppm SOx, 10 mg/m³ CO, 7 ppm HCl, 10 mg/m³ toz) belirgin biçimde altındadır.

Plazma gazlaştırma, organik maddelerin eksik oksidasyonuyla yanıcı bir gaza ya da sentetik gaza (H₂, CO, CO₂, CH₄ ve diğer hidrokarbonların karışımı) dönüştürülmesidir. İnorganik madde içeren atıklarda inorganik fraksiyon, eş zamanlı olarak liç edilemeyen bir cürufa dönüşecek biçimde camlaştırılır. Geleneksel gazlaştırmayla karşılaştırıldığında daha küçük bir tesis ve daha temiz hava emisyonu sunar, ancak daha fazla enerji tüketir. Organik içeriği yüksek tıbbi atıklar, etkili bir atıktan enerji teknolojisi olan plazma gazlaştırma için uygundur. Plazma gazlaştırma sürecinin avantajı, sentez gazı ve başka değerli ürünler üretebilmesidir.

Piroliz, organik maddenin oksijensiz ortamda ısıl olarak ayrıştırılarak daha küçük moleküllere dönüştürüldüğü süreci ifade eder. Özel olarak plazma pirolizinde ürünler yalnızca CO, H₂ ve az miktarda ağır hidrokarbondan oluşur. Tıbbi atıklarda bu organik fraksiyonlar başlıca plastikler, kâğıt ve kumaş malzemelerdir. Pirolizin ardından üç ana ürün elde edilir: yakıt gazı, char (piroliz kömürü) ve yağ. Genel olarak bu piroliz ürünlerinin değişkenliğinde yalnızca atık türü değil, piroliz süreci türü de önemli rol oynar. Isınma hızına göre piroliz süreci türleri yavaş piroliz, hızlı piroliz ve flaş piroliz olarak sınıflandırılabilir. Bu süreçler, başlıca nihai ürünlerin ayarlanması olmak üzere çeşitli amaçlar doğrultusunda geliştirilmiştir.

Plazmayla yanma (plazma oksidasyonu), fazla oksijen ortamında plazma torcunun ısı kaynağı olarak kullanıldığı gelişmiş bir yakma sürecidir. Plazmanın, özellikle düşük ve orta sıcaklıklarda yanmayı güçlendiren ve yakıtın oksidasyon yollarını etkinleştiren çeşitli etkin türler sağladığı öne sürülmüştür. Plazma katalizinin bu etkisi yalnızca daha düşük sıcaklıkta yanmayı güçlendirmekle kalmaz, hava ihtiyacını da azaltır. Plazma pirolizinin ve gazlaştırmanın aksine, plazmayla yanma fırınından çıkan gazın başlıca bileşenini yanıcı bileşenler oluşturmaz. Dolayısıyla bir ikincil yakıcının eklenmesi, çıkış gazının kalitesine ve sonraki ünitelerin giriş gereksinimine bağlıdır.