Tecnologie Ambientali

La soluzione al problema dei rifiuti esiste: è quella di distruggerli. Teoricamente con questo metodo si potrebbero produrre quantità enormi di rifiuti, e rimarrebbe solo l’ unica preoccupazione di ridurne la produzione per motivi pratici, per non esaurire le materie prime del pianeta.
Distruggerli abbiamo detto. Come? Con il metodo della Torcia al Plasma.
La torcia al plasma è un particolare metodo di produzione di altissime temperature che causano la scissione atomica dei materiali. Non si tratta di una mera combustione, ma di una vera e propria dissociazione termica nelle componenti fondamentali atomiche. Prima di vedere come funziona questo metodo, è bene chiarire cosa è il Plasma.
Il Plasma viene considerato il 4° stato di aggregazione della materia (oltre a solido, liquido e areiforme), spesso chiamato impropriamente anche ‘areiforme denso’, esso è in realtà un gas fortemente ionizzato presente in natura nei fulmini. Il principio di produzione del plasma, infatti, si basa sullo stesso principio di formazione dei fulmini: viene creato un arco elettrico tra due estremità caricate elettricamente, e questo arco elettrico ionizza il gas (chiamato: gas vettore) che si viene a trovare interposto tra i due elettrodi,  producendo un gas denso con proprietà fisiche molto diverse da quelle del normale gas. La temperatura generata all’ arco raggiunge anche i 10000°C, permettendo di fornire temperature di processo (quando l’ arco viene ‘contenuto’ in un reattore) che vanno dai  7500-8000°C (nelle immediate vicinanze dell’ arco) fino a circa  4000°C  (nelle zone più distanti, comunque sempre abbastanza vicine all’ arco).
Qualunque materiale venga a contatto con temperature di questo ordine viene istantaneamente atomizzato, cioè ne vengono rotti i legami tra le varie componenti, ottenendo due tipi di prodotti: un prodotto gassoso (chiamato gas di sintesi, o syngas) derivato dalla gassificazione istantanea dei prodotti organici, e un prodotto pesante inerte simile all’ ossidiana, costituito da una amalgama di tutte le parti metalliche (nel senso chimico del termine) e genericamente inorganiche. Il syngas è fortemente energetico, e il prodotto solido è molto resistente e utilissimo nell’ edilizia, particolarmente quella relativa ai sottofondi stradali e ovunque si abbia necessità di altissima resistenza.
La torcia al plasma sfrutta questo tipo di processo per controllare una reazione fortemente esotermica che distrugge completamente qualsiasi cosa si trovi a riscaldare. La cosa più importante è che la torcia al plasma, se utilizzata con un adeguato sistema di carico che distribuisca in modo uniforme gli ugelli intorno al materiale da scomporre, non ha bisogno che la carica alimentata sia omogenea. Possono essere trattati istantaneamente e contemporaneamente frigoriferi, terreno, plastica, vetro, carta, componenti elettroniche, residuo organico (purchè abbia subito prima una minima scolatura dei liquidi presenti) e quant’ altro, senza filtrazioni, separazioni, ordinamenti in pile  o cumuli omogenei o altro genere di trattamento. Il grosso vantaggio del trattamento con torcia al plasma é che non produce sostanze tossiche, problema principale degli impianti di incenerimento, perchè le sostanze che normalmente genererebbero diossine, furani, e vapori nocivi (CFC e altri) vengono scisse nei loro componenti fondamentali. In questo stato cessano di esistere come 'composti' e rimangono allo stato atomico. Questo gas  atomizzato poi viene raffreddato e le componenti ionizzate si combinano in sostanze diverse abbattute tramite uno scrubber chiuso (si tratta di un separatore verticale generalmente a battente di liquido), evitando la fuoriuscita di sostanze volatili. Raggiunta la temperatura più bassa (ambientale) i 'nuovi composti' formatisi dalla ri aggregazione degli atomi non possono più disperdersi nell' ambiente come gas. Le perdite dall' ambiente chiuso di lavoro sono evitate anche grazie al fatto che l' intero processo di atomizzazione avviene sotto leggero vuoto, e i gas prodotti sono diretti nelle fasi successive tramite un blower (una pompa a soffiaggio).
Alternativamente, se rinunciamo allo scambio di calore tramite il quale raffreddiamo totalmente il gas, e ci limitiamo ad un raffreddamento parziale, possiamo dirigere il gas ancora caldo (con qualche centinaio di gradi centigradi di temperatura) direttamente alle turbine, evitando il passaggio  attraverso lo scrubber.
La frazione solida invece, che non presenta ceneri né volatili né pesanti, ma si compone solo di un materiale vetroso resistentissimo, compatto, di volume irrisorio (mediamente il residuo solido di un processo tipo torcia  al plasma  é dello 0.3 / 0.4%), inerte, é comodamente riutilizzabile in edilizia.
Il processo con la torcia al plasma é fortemente energetico e ha una resa  medio alta,  con punte di conversione in energia dell' 85-88% e una quantità di circa il 25% di energia prodotta e riutilizzata per alimentare l' impianto stesso, più un 75% circa di produzione netta convogliabile sulla rete elettrica verso gli utenti.  Ciò significa che un impianto di torcia al plasma richiede alimentazione esterna solo per lo start-up e fino a regime, momento nel quale parte dell' energia prodotta viene convogliata in alimentazione escludendo  le fonti esterne. Cosa molto importante, il rendimento energetico dei processi al plasma é molto stabile, cioè risente pochissimo della 'taglia' dell' impianto. Così un impianto medio-piccolo necessita circa di un 22-25% del' energia prodotta per alimentarsi, a fronte di un 30% circa per un impianto di taglia grossa. L' energia ricavabile da un impianto al plasma, allo stato attuale, può arrivare anche a valori di densità di 100-120 MW/m3.

 

La soluzione della torcia al plasma é al giorno d' oggi quella più vantaggiosa in termini di conversione in energia, più economica, e a più alto rendimento in termini di 'residuo di lavorazione'. E' regolarmente utilizzata in  oltre 100 impianti in tutto il mondo, nelle più disparate nazioni: Canada, Korea, Russia , Giappone, Stati Uniti, Francia, Svezia, Germania, anche se quasi sempre l' utilizzo viene limitato allo smaltimento dei residui di altri processi di trattamento rifiuti. La taglia degli impianti varia notevolmente da paese a paese, uno dei maggiori attualmente funzionanti é quello di Lundskrona, utilizzato per il recupero di metalli quali Cromo, Nickel e Ferro, che tratta circa 600 tonnellate al giorno di alimentazione. Questo impianto é stato utilizzato anche con successo per purificare gas che l' EPA aveva catalogato come 'tossico-nocivi' per l' alto contenuto di metalli.
Di seguito  son riportati uno schema delle camere di combustione di un impianto al plasma, e  il primo piano di una torcia iniettrice.​