Ceramiczny Reaktor Molekularny Odpadów CRMO III-ciej generacji jest jednym ostatnich rozwiązań technicznych i technologicznych opracowanym na potrzeby ekologii i energetyki środowiskowej. CRMO pracuje w temperaturze 1400 oC, w której nie istnieją już żadne związki chemiczne, a każdy fragment odpadów organicznych umieszczony w tym Reaktorze zamienia się na strumień swobodnych gorących atomów/molekuł składowych. Z tych to swobodnych atomów składowych na wyjściu Reaktora syntezowane są zupełnie inne związki chemiczne, niż wejściowe – zwykle ekologiczne paliwa gazowe lub po prostu wodór atomowy/cząsteczkowy jako jedyny produkt wyjściowy. W pracy Reaktorów Molekularnych ważny jest skład pierwiastkowy odpadów, a nie ich wygląd, pochodzenie czy rodzaj (pomijamy szkło, metale i gruz). W tym sensie w Reaktorach Molekularnych można wytworzyć energię z czegokolwiek.
Pierwszy z Reaktorów Molekularnych Odpadów (RMO I-szej generacji) wykorzystywał jako źródło ciepła złoże ciekłometaliczne rozgrzane indukcyjnie do temperatur 1400 oC. Drugi z nich wykorzystywał palniki plazmowe, w których gazem plazmotwórczym była wysokozjonizowana para wodna. Dla obu tych typów Reaktorów Molekularnych charakterystyczne było to, że działały na odpadowy materiał wsadowy powierzchniowo, co ograniczało ich wydajność i mogły działać tylko w charakterystycznej dla siebie jednej temperaturze ok. 1400 oC.
Reaktor CRMO działa natomiast objętościowo na odpadowy materiał wsadowy i wykonany jest w całości z elementów ceramicznych bez użycia części metalowych.
Cechy Reaktora CRMO
Surowce wejściowe I
Surowcem wejściowym Reaktorów CRMO są odpady organiczne, przy czym są to odpady organiczne pochodzenia biologicznego (odpady roślinne i odpady zwierzęce) i odpady organiczne pochodzenia przemysłowego (zużyte opony, tekstylia, plastiki, papier, lakiery, zużyte oleje wszelkiego rodzaju, lakiery, przeterminowane środki ochrony roślin, przeterminowane lekarstwa, odpady szpitalne i inne) i ich dowolne mieszaniny.
Surowcem wejściowym Reaktorów CRMO są odpady nieorganiczne np. takie jak : odpadowy azbest, mieszanina różnych metali, węgiel popirolityczny i inne.
Typowe odpady organiczne pochodzenia biologicznego mają skład:
- węgiel C – 55%,
- tlen O2 – 38%,
- wodór H2 – 6%,
- inne – 1 %.
Na wyjściu Reaktora wszystkie te pierwiastki tworzą gorący gaz procesowy.
W rzeczywistym rozwiązaniu odpady biologiczne na wejściu miesza się z wodą w proporcjach : 45% - sucha masa biologiczna, 55% - woda. (Woda nie wprowadza innych atomów do obszaru reakcji niż te, które i tak są w nim obecne). Woda użyta w Reaktorze i w procesie ulega termokatailtycznemu rozkładowi na tlen i wodór. Dzięki temu powstaje taka ilość tlenu, która pozwala na całkowite i zupełne utlenienie węgla organicznego do dwutlenku węgla CO2. Dwutlenek węgla CO2 należy do najtrwalszych znanych związków chemicznych i powstaje już w wysokich temperaturach wyczerpując tym samym wszystkie wartościowości węgla na poziomie tych wysokich temperatur, w których nie występują jeszcze substancje szkodliwe zbudowane na bazie atomów węgla. Zapewniona jest tym samym czystość ekologiczna procesu. Należy tu wspomnieć też o tym, że w temperaturach procesu powinowactwo chemiczne tlenu do węgla jest większe niż do wodoru. Tak więc w obszarze reakcji nie powstaje para wodna.
Ostatecznym produktem reakcji w tym przypadku jest mieszanina dwóch gazów :
- dwutlenku węgla CO2 i
- wodoru cząsteczkowego H2.
W dalszych elementach instalacji mieszanina dwóch gazów przechodzi przez wodny roztwór wodorotlenku potasu KOH. W tym wodnym roztworze zachodzi reakcja : CO2 + H2 + 2KOH = K2CO3 + H2O + H2 .K2CO3 przyjmuje postać krystaliczną, który nie jest odpadem wtórnym, tylko jako składnik nawozów potasowych jest produktem użytecznym. W ten sposób jedynym produktem reakcji jest swobodny wodór cząsteczkowy H2.
CRMO może pracować jako wytwornica wodoru – paliwa przyszłości – z odpadów.
Wytwarzaniem taniego wodoru zainteresowany jest m.in. koncern motoryzacyjny Toyota.
Procesy zachodzące w Reaktorach CRMO można zmodyfikować w taki sposób, że w miejsce CO2 powstają proste węglowodory typu CH4, C2H6,C3H8 i CO. W ten sposób powstaje gaz procesowy energetyczny, który zdolny jest zasilać agregaty prądotwórcze wyposażone w silnik gazowy. Potencjał energetyczny gazu procesowego jest tak duży, że energia elektryczna z niego wytworzona w połowie może zasilać zwrotnie CRMO, a druga połowa może być przeznaczona na sprzedaż. Zatem CRMO jest również generatorem czystej ekologicznie energii.
W Reaktorze CRMO duży udział w wytworzeniu energii ma woda i w tym przypadku jest ona taktowana jako paliwo.
Woda ma stabilizujące działanie na procesy zachodzące w CRMO. Okazuje się bowiem, że dla różnych grup rodzajowych odpadów organicznych skład energetycznego gazu procesowego jest prawie identyczny.
Duży udział wody w procesie ma kapitalne znaczenie dla gospodarki odpadami, w tym odpadami niebezpiecznymi i tzw. trudnymi. W przypadku działania reaktorów CRMO można mówić bowiem o zjawisku „samolikwidacji” odpadów. Odpady same dla siebie są źródłem energii potrzebnej do ich unicestwienia.
Procesy zachodzące w CRMO są procesami beztlenowymi w sensie tlenu atmosferycznego. Procesy te nie są więc spalaniem !
Azot jaki może się pojawić w przestrzeni reakcjyjnej jest azotem pochodzącym z białek odpadów biologicznych. W tym przypadku ewentualne tlenki azotu NOX redukowane są do azotu zgodnie z równaniem : NOX + xH2 = xH2O + N .
Przedstawiony powyżej proces nie jest spalaniem i w sposób zasadniczy różni się od spalania. W procesie spalania ważne są m. in. wartość opałowa i temperatura zapłonu paliwa. Temperatura spalania paliwa ustala się przy tym samoistnie w sposób przyrodniczy. W rozpatrywanym przypadku natomiast wartość opałowa przekształcanego materiału odpadowego, ani też temperatura jego zapłonu, nie grają żadnej roli. Poza tym w reaktorze CRMO najpierw nastawia się pożądaną temperaturę procesu, a potem ten proces się przeprowadza. Poprzez dodanie czynników zewnętrznych, np. wody, zmienia się chemię procesu, co nie jest możliwe w procesach spalania. W CRMO nie występuje komin.
Jeśli w Reaktorze CRMO umieści się rozdrobniony eternit, to w temperaturze procesu włókna azbestowe ulegają wypaleniu, a pozostałość przetwarza się zwrotnie w cement portlandzki.
Jeśli w Reaktorze CRMO umieści się drobne zmieszane elementy złomu elektronicznego, to nastawiając w nim temperaturę np. 190 oC wytapia się najpierw stop lutowniczy, nastawiając kolejno coraz wyższe temperatury można kolejno z mieszaniny metali wytopić np. cynę, ołów, cynk, aluminium, itd.
Jeśli w Reaktorze CRMO umieści się np. sadzę techniczną („carbon black”), jako pozostałość po pirolizie zużytych opon samochodowych, to wypalając ją w ciągu 6 godzin w temperaturze procesu można przekształcić ją w węgiel aktywny.
Jeśli w Reaktorze CRMO umieści się natomiast drobne elementy skały bazaltowej, to można ją stopić w celu ciągnienia włókien bazaltowych, itd.
W temperaturze 200 oC można np. suszyć osady ściekowe.
W temperaturze 400 oC można przetwarzać odpadowe tworzywa sztuczne na komponent paliwowy – olej parafinowy, a zużyte opony samochodowe na komponent paliwowy – olej pirolityczny.
W temperaturze 800 – 900 oC można dokonywać zgazowania wysokotemperaturowego frakcji organicznej odpadów komunalnych, itd.
Wstępne posumowanie
W reaktorze doświadczalnym umieszczono pudełko plastikowe wykonane z Polipropylenu (PP) wypełnione wodą czyli: (C2H6)n + H2O
Widoczny na zewnątrz reaktora płomień jest wynikiem spalania pozostałej części wodoru w powietrzu dowodząc w ten sposób że w Reaktorze CRMO zachodzą dokładnie takie same reakcje jak w Reaktorze RCM (wykonane tyko dla celów pokazowych).
Opracowano skład mieszanki ceramicznej pracującej do 1600 oC.
Dobrano Zasilacze Elektryczne.
Sprawdzono działanie Agregatu Prądotwórczego na gaz reakcyjny.
Opracowano wstępną dokumentację.
Moduł widoczny na zdjęciu będzie zwielokrotniany w rozwiązaniach przemysłowych.
Dobrano elementy konstrukcyjne pracujący do temp. 1400 oC.
Opracowano wstępną teorię procesu.
Przeprowadzono pozytywnie próby.