Maddenin dördüncü hali olarak kabul edilen plazma, araştırma kadar bilim eğitiminin de temelini oluşturur. Esasen, elektronların bir atomdan koparıldığı ve pozitif yüklü çekirdekler bıraktığı aşırı ısıtılmış veya iyonize bir maddedir. Bunu gaz olarak düşünün, ancak nötr atomlar ve moleküller yerine, etrafta yüzen pozitif ve negatif yüklü iyonlarınız var. Şaşırtıcı bir şekilde, plazma, görünür evrendeki maddenin büyük bir kısmını oluşturur. Dünya üzerindeki yaşamı sürdüren güneş, esasen dev bir plazma topudur.

Yeryüzünde, doğal olarak oluşan plazmanın en iyi örneği, kutupların etrafındaki auroradır. İşin endüstriyel tarafında, plazmanın en yaygın kullanımı ampuller, neon tabelalar ve TV’lerdir, ancak bilimi ilerletmek için çok daha fazla umut vaat ediyor. Araştırmacılar, diğerlerinin yanı sıra ( MIT aracılığıyla) biyolojik tehlikeler içeren roket tahriki, tıbbi iyileştirme ve bilgisayar çipleri yapma gibi uygulamalar için plazma kullanıyor .

Şaşırtıcı bir şekilde, toksik kimyasalların çevreye atılmasını ve kirliliği azaltabileceği plazma uygulamasının çevresel bir yanı da var . Endüstriyel kirliliğin feci etkisi gizli bir sır değil ve Dünya zaten onarılamayacak kadar değişti, ancak atıkları yönetme şeklimize plazma uygulamak umut verici sonuçlar verebilir. Journal of Physics’te yayınlanan bir araştırmaya göre , ileriye dönük en iyi yol, atıkların bertaraf için yakıldığı tesislerde plazmayı kullanmaktır.

Geleneksel yakma fırınlarına neden bir alternatife ihtiyacımız var?

Katı atık bertarafının en yaygın yöntemlerinden biri, toksik potansiyellerini azaltmak ve çevreye zarar vermelerini önlemek için esas olarak belediye ve tıbbi atıkları yakan yakma fırınları kullanmaktır. Yakma fırınları dünya çapında yaygın olarak kullanılmaktadır ve işlem sırasında üretilen enerji de oldukça rağbet görmektedir. Buna rağmen, yakma ile ilgili birkaç ciddi sağlık sorunu vardır. Benzer şekilde, bir yakma fırınında meydana gelen yanma da diğerleri arasında kükürt ve nitrojen oksitleri, dioksinler, furanlar, kurşun cıva ve klorlu organik bileşikler gibi tehlikeli kimyasallar üretir.

” Atık Yakma ” bölümünde açıklandığı gibi, kısmi yanmanın bir yan ürünü olan zararlı kimyasallar üretmemelerini sağlamak için yakma sıcaklığı ve basıncı gibi değişkenler söz konusu olduğunda yakma fırınlarının yüksek derecede özen ve hassasiyetle çalıştırılması gerekir. ve Halk Sağlığı .” Etkiyi ortadan kaldırmak için, işlem sırasında üretilen çeşitli kimyasalları güvenli bir şekilde bertaraf etmek için elektrostatik çökelticiler, ıslak yıkayıcılar, kuru emici enjeksiyonlar ve benzeri kaynaklar gerekir, ancak bunlar ucuz değildir.

Bu, teknik uzmanlık eksikliğiyle birleştiğinde, gelişmekte olan ülkelerde atık yakma tesislerini güvenli bir şekilde çalıştırmanın önünde büyük bir engel olabilir. Araştırmalar , atık yakmanın kanser, solunum problemleri, doğuştan anormallikler, nörolojik düzensizlikler, hormonal düzensizlikler ve düşük gibi sağlık sorunlarına yol açabileceğini öne sürüyor. Ayrıca, su kütlelerinin asitlenmesi ve küresel ısınma gibi çevresel sorunları daha da kötüleştirebilir, ozon tabakasını kimyasal olarak etkilemek, ötrofikasyonu tetiklemek ve fotokimyasal sis oluşturmaktan bahsetmiyorum bile.

Atık yakma için plazmanın faydaları

Plazmanın önemli bir avantajı, nispeten küçük bir hacminin, atık malzemenin parçalanması için son derece yüksek miktarda termal enerji üretebilmesidir. Özetle, plazma son derece verimli bir atık bertaraf yöntemi sağlar. Testler sırasında ekip, düşük akış hızında çalışan plazma torçunun ahşabı tamamen, yaygın olarak sentez gazı olarak bilinen bir hidrojen ve karbon monoksit karışımına dönüştürdüğü ezilmiş ahşabın gazlaştırılmasını gerçekleştirdi.

Araştırma makalesi, “Süreç, elektrik enerjisinin plazma enerjisine dönüştürüldüğü ve daha sonra üretilen sentez gazının kimyasal enerjisi olarak depolandığı bir enerji depolama işlevi görebilir” diyor. Bununla birlikte, atık bertarafı için plazma kullanmanın en büyük avantajı, atık malzemenin tamamen parçalanmasına yol açmasıdır; bu, tüm organik bileşiklerin yüksek sıcaklık nedeniyle gaz halinde parçalanması anlamına gelir.

Atık maddelerin yakma fırınlarında eksik yanmasının tehlikeli maddeler ürettiği bilindiğinden, bu çok büyük bir avantajdır. Ayrıca, yakma fırınlarında meydana gelen yanmanın aksine, plazmanın dahil olduğu bir oksijen tesisine ihtiyaç yoktur. Diğer bir avantaj, plazma torcu oluşturan gazlı malzemenin bileşimini değiştirerek, plazma tarafından üretilen sıcaklık aralığının beslenen atık malzemeye bağlı olarak kolayca değiştirilebilmesidir.

Termal sorunu çözme

Plazmanın, ancak birkaç bin Kelvin aralığında yüksek sıcaklıklar yaratıyorsa, katı atık bertarafı için verimli bir yöntem olarak kullanılabileceği düşünülebilir. Ancak plazmanın aynı derecede etkili olabilen termal olmayan bir yanı da vardır. Soğuk plazma olarak da bilinen termal olmayan bir plazma, oda sıcaklığı ile aynı aralıkta çalışabilir, böylece bir plazma durumunu oluşturmak ve sürdürmek için enerji alımının çok daha düşük olmasını sağlar. Şimdiye kadar bilim adamları, elektronik bir ışın çekmek, bir dielektrik bariyer deşarjı kullanmak ve bir darbeli korona deşarjı kullanmak gibi termal olmayan plazma yaratmanın birçok yöntemini denediler.

Üretim yönteminden bağımsız olarak, termal olmayan plazma, asit yağmurlarının temel nedeni olarak bilinen nitrojen oksitlerin giderilmesinde etkili bir yöntem olarak kabul edilmiştir. Ayrıca, bir metal kataliz sistemi ile birlikte kullanıldığında, soğuk plazmanın, uçucu organik bileşikleri karbondioksit ve su buharına dönüştürerek onlardan kurtulmada oldukça etkili olduğu da bilinmektedir.

Diğer bir önemli avantaj, tüm atık parçalanmasının atmosfer sıcaklığında gerçekleşebilmesidir; bu, özel bir muhafaza odasına veya yüksek basınç koşullarını sürdürmek için ek enerji harcamasına gerek olmadığı anlamına gelir. Ayrıca, termal olmayan plazmanın kimyasını basitçe değiştirerek, çok çeşitli atık malzemeleri nispeten daha az çaba ve kaynakla işlemek için kullanılabilir.

Atık yakmanın ötesinde

Plazma destekli atık yönetiminin ana yan ürünleri, sentez gazı ve metalden ve bir şekilde cam parçalarına benzeyen diğer inorganik malzemelerden yapılmış kayalık katı bir malzemedir. İkincisi, inşaat malzemesi için dolgu maddesi olarak kullanılabilir. Ayrıca kristal yapısı, içerdiği kimyasalların toprağa sızmasını ve toprağı kirletmesini engeller. Atıktaki metalik parçalara gelince, silisli cam benzeri kütlenin altına sızarlar ve daha sonra ekstrakte edilip geri dönüştürülebilirler.

Teknoloji halihazırda Japonya’da kullanılıyor ve The New York Times’ta yayınlanan bir makaleye göre , 2012 itibariyle ABD topraklarında yüz milyonlarca dolarlık projelere yeşil ışık yakılmıştı. Advanced Plasma Power, değerli sentez gazı ve bir yapı malzemesi olarak kullanılabilecek Plasmarok adlı katı bir yan ürün üreten, gaz işleme ve plazma yakmanın bir karışımı olan Gasplasma adlı bir yöntem geliştirdi.

Ayrıca egzozlardan kaynaklanan hava kirliliğini azaltmak için araçlardaki hidrokarbon yakıtların kimyasını yeniden düzenleyen plazma tabanlı bir cihaz üzerinde de araştırmalar sürüyor. Plazma güdümlü cihazlar, kimyasal dökülmelerle başa çıkmak için kullanılabilir ve ayrıca güçlü kirlilik dedektörleri olarak da kullanılabilir. Su kirliliğine geçildiğinde, düşük güçlü portatif plazma cihazlarının, düşük basınçlı bir plazma arkı tarafından üretilen UV ışınlarının sterilize edici özellikleri sayesinde, göletler ve nehirler gibi doğal rezervuarlardaki suyu sterilize etmede etkili olduğu zaten kanıtlanmıştır.