ASFEU – Kompetenčné centrum
Výsledkom projektu bol inovatívny návrh geometrie elektród pre zvýšenie aerodynamického pôsobenia plazmy pri jej interakcii rôznymi materiálmi, vrátane anorganických odpadov.
Dňa 1. augusta 2011 sa začal implementovať projekt Kompetenčného centra pre nové materiály, pokročilé technológie a energetiku s kódom ITMS 26240220073, kde je spoločnosť Geothermal Anywhere (dnes GA Drilling) jedným z partnerov žiadateľa, ktorým je Elektrotechnický ústav Slovenskej akadémie vied.
Hlavným cieľom projektu bolo vybudovať integrované kompetenčné centrum, spájajúce súkromný a akademický sektor, ktorého cieľom je podpora kľúčových priemyselných odvetví SR. Projekt sa realizoval pomocou piatich hlavných aktivít a dvoch podporných aktivít projektu.
Trvanie projektu je 52 mesiacov, čo predstavovalo optimálnu dobu na dosiahnutie stanovených cieľov.
Projekt bol úspešne ukončený 30. novembra 2015. Počas projektu sa nám ako partnerovi postupne podarilo slniť všetky stanovené ciele, dosiahnuť naplánované výstupy a tiež naplniť naše projektové indikátory.
Aktuálne prebieha 5-ročné obdobie udržateľnosti, počas ktorého sa bude projekt naďalej monitorovať.
Čiastkové výsledky projektu
Analýza teplotných zmien plazmy
V rámci kompetenčného centra sa výskumní pracovníci venovali výskumu teplôt. Spektroskopické merania na vynesenom oblúku potvrdili vyššie teploty ako v klasických vysokoenergetických plazmových jetoch, a zároveň aj vysokú stabilitu elektrického oblúka. Teplota oblúka a ionizovaného oblaku skúmali za pomoci „Boltzman plot“ metódou z emisných spektier. Min teplota meraná vo vzduchu bola 3500 K a týka sa to pred/post-ionizovaného oblaku okolo oblúka. Maximálna teplota meraná bola v intervale 6000-10000 K.
Návrh geometrie elektródy
Výskumný tím sa taktiež zaoberal návrhom geometrie elektródy pre zvýšenie aerodynamického pôsobenia plazmy pri jej pôsobení na anorganické odpady. Pre optimalizáciu a zhotovenie špeciálnej elektródy boli brané do úvahy nasledovné kritériá:
•Termofyzikálny parameter K – ktorý vyjadruje mieru efektivity odvodu tepla z miesta dotyku elektrického oblúka s materiálom do jeho objemu
•Tepelná vodivosť – schopnosť materiálu viesť teplo. V našom prípade potreba odviesť teplo z povrchu elektródy do chladiaceho média. Predĺži sa tým životnosť elektródy
•Veľkosť elektrického prúdu – elektricky prúd charakterizuje pohyb elektricky nabitých častíc. Jeden z parametrov pomocou ktorého je možné meniť vlastnosti vytvorenej plazmy
•Elektrická erózia – erózia povrchu elektródy spôsobená vplyvom stáleho pôsobenia elektrického prúdu na jedno miesto
•Cyklovanie – počet životných cyklov elektródy, ktoré by mala vydržať, než začne dochádzať k jej opotrebeniu v takom rozsahu, že dôjde k jej znehodnoteniu pre ďalšie experimentovanie.
Po náročných a dlhodobých experimentoch v experimentálnom laboratóriu pre aplikovaný výskum vysoko výkonného generátora termálnej plazmy, kde sa robia aj overovacie pokusy s elektródami, ako aj po sérii overovacích experimentov v experimentálnom prostredí vysokotlakých nádob, výskumný tím vyšpecifikoval vhodné materiály pre daný proces na báze W+Cu, Mo + Cu, resp TiB2 + Cu, ktoré najlepšie odolávali elektrickej erózii. Zároveň bolo navrhnuté sofistikované chladenie elektródy, ktoré je potrebné na odvod tepla zo špičky elektródy.
Efektivita konverzie pri pyrolíze
Výskumní pracovníci sa v sledovanom období zaoberali návrhom zvýšenia efektivity pyrolízneho procesu pri dezintegrácii odpadu pri tlaku 1 bar. Na iniciálne experimenty je možné použiť konverter s vývevou na odsávanie unikajúceho plynu. Ako plazmotvorné médium je navrhnutá vodná para urýchľovaná expanziou cez štrbinový otvor a výstupný plyn by mal obtekať materiál na dezintegráciu vo vzdialenosti 50mm od anódy plazmatrónu. Experimenty by mali potvrdiť vysokú efektivitu konverzie, až 80%. V ďaľsom období by malo byť ťažisko aktivít v rámci projektu na ďalšom zvyšovaní efektivity procesu a analýze vlastností vystupujúcich plynov.
Odstránenie dioxínových emisií
V tomto období bol navrhnutý postup na odstránenie dioxínových emisií. Pri tejto aktivite je potrebné sledovať chemické pôsobenie plazmy a sledovať molekulárnu štruktúru rozkladaného materiálu aby bola dosiahnutá úplná konverzia na ušlachilé materiály. Je potrebné analýzovať styk vysokoteplotnej plazmy so zušľachťoavným materiálom, kde sa uvoľnuje základný plyn a pevný odpad do plazmového konvertera. Je potrebné skúmať vplyv teploty v rozsahu 4000-8000K na atomárne zloženie plynu zachyteného v konvertore pri dezintegrácii pevného odpadu. Odstránenie dioxínových emisií je možné dosiahnuť pri teplotách dezintegrácie v rozsahu 7000-8000K. Vyššia teplota plazmového procesu odstraňuje nežiadúce plyny a rozkladá ich na základné atómy, preto je pre ďaľší výskum odporúčaná východisková teplota 7000-8000 K.
