O plasma pirólise é uma tecnologia dedicada de destruição de resíduos, que associa as altas temperaturas geradas pelo plasma com a pirólise dos resíduos. Variantes do processo vêm sendo estudadas há mais de 15 anos. O processo de pirólise pode ser genericamente definido como sendo o de decomposição química por calor na ausência de oxigênio.

Os processos pirolíticos são endotérmicos, ao contrário do processo de gaseificação ou de incineração; é pois necessário fornecer externamente calor ao sistema para que a reacção de pirólise se possa processar.

O plasma

Quando um gás é aquecido a temperaturas elevadas há mudanças significativas nas suas propriedades. A cerca de 2 000 ºC, as moléculas do gás começam a dissociarem-se em estado atómico. A 3 000 ºC, os átomos são ionizados pela perda de parte dos electrões. Este gás ionizado é chamado de plasma.

O plasma é uma forma especial de material gasoso que conduz eletricidade. É conhecido como o "quarto estado da matéria" (sólido, líquido, gasoso e plasma). No estado de plasma o gás atinge temperaturas extremamente elevadas que podem variar de 5 000 a 50 000 ºC de acordo com as condições de geração.

Jacto de plasma

O plasma é gerado pela formação de um arco eléctrico, através da passagem de corrente entre o cátodo e anôdo, e a injecção de um gás que é ionizado, e pode ser projectado sobre os resíduos.

O gás sob o estado de plasma apresenta boa condutividade eléctrica e alta viscosidade quando comparado a um gás no estado normal.

Tanto corrente a contínua como a corrente alternada podem ser empregues para a geração de plasma, mas o processo com corrente contínua predomina amplamente até o momento.

O plasma é gerado e controlado em tochas de plasma, de forma idêntica a um queimador empregue em fornos.

A tocha de plasma é um dispositivo que transforma energia eléctrica em calor transportado por um gás. Com estes dispositivos, virtualmente, qualquer gás pode ser levado ao estado de plasma e o gás utilizado pode ter participação significativa na reacção.

Corte de uma tocha de plasma, mostrando o processo de criação do jacto de plasma

As tochas de arco de plasma podem ser de arco não transferido ou arco transferido. O arco é dito não transferido quando é produzido no interior do dispositivo de geração que contém os electrodos e do qual sai o gás aquecido. As tochas de arco transferido utilizam um electrodo emissor, estando o receptor do arco localizado fora da tocha, podendo ser um outro electrodo ou o material sob aquecimento interligado ao circuito através de um electrodo.

As tochas de arco transferido utilizam corrente contínua para geração; as tochas de arco não transferido podem ser de corrente contínua ou corrente alternada.

A eficiência de transformação de uma tocha de plasma está em cerca de 85-90% da energia eléctrica utilizada na geração do plasma. Típicamente as temperaturas alcançadas por plasmas térmicos são da ordem de 15 000 ºC, embora temperaturas até 50 000 ºC sejam possíveis.

Os processos

Existem basicamente dois tipos de tratamento de resíduos por plasma: fazendo incidir a tocha de plasma directamente sobre os resíduos ou provocando o seu aquecimento prévio numa câmara de gaseificação.

1- Aquecimento directo

Por meio da tocha de plasma produz-se electricamente um campo de energia radiante de altíssima intensidade que aplicado sobre os resíduos produz a dissociação das ligações moleculares existentes nos compostos sólidos, líquidos ou gases, sejam eles perigosos ou não, orgânicos ou inorgânicos. Assim, os resíduos quando sujeitos à acção do plasma deixam de ter a sua composição química original para se dissociarem em compostos mais simples.

Exemplo da utilização do plasma directamente sobre os resíduos

2- Processamento em duas câmaras

A empresa ScanArc - Plasma Technologies utiliza um sistema - Pyroarc - que consiste em duas etapas distintas de tratamento. Os resíduos sólidos são inseridos numa primeira câmara para gaseificar a parte orgânica num gás parcialmente oxidado e fundir a parte inorgânica. Este gás e líquidos gerados, são depois decompostos numa segunda câmara, recorrendo a um reactor de plasma.

Na concepção deste processo nenhum efluente gasoso resultante da pirólise pode deixar o sistema sem ser exposto a elevadas temperaturas.

Produtos da conversão via plasma

Após a dissociação ocorrida, os materiais são recuperados em três formas distintas:

Gás sintetizado de plasma, que é conduzido para um sistema de combustão, para aproveitamento do poder calorífico dos gases;

Materiais inorgânicos, silicatos vítreos, que sobrenadarão à fase metálica líquida. Estes materiais, no caso da tecnologia de aquecimento directo, foram sujeitos a temperaturas muito mais elevadas do que na tecnologia em que se utiliza a gaseificação prévia. Os silicatos também conterão pequenas quantidades de metais encapsulados, e metais líquidos, caso existam metais em quantidades suficientes.

Após a solidificação, os silicatos apresentam-se sob a forma vítrea de cor negra e de altíssima dureza, muito similar a um mineral de origem vulcânica.

Da mesma forma que no mineral, os elementos encapsulados, mesmo os perigosos (Pb, Cd...) são totalmente insolubilizáveis e não lixiviáveis, porque estão aprisionados dentro da matriz cristalina do material, tal como acontece no caso do clinquer (co-incineração em fornos de cimento).

Emissões

Os gases gerados durante o processo de decomposição por plasma pirólise são depois enviados para uma estação de tratamento convencional, semelhante às incineradoras dedicadas.

Composições típicas das emissões gasosas do processo são: metano, monóxido e dióxido de carbono, hidrogénio, nitrogénio e água.

A maioria dos estudos referem apenas a composição dos gases à saída do processo de plasma, e do ponto de vista ambiental o processo tem de ser avaliado no seu conjunto, isto é, tratamento dos resíduos, produção de gás e sua combustão para aproveitamento energético. Muitas das referências ao emprego destas tecnologias, não referem a composição dos gases após o ciclo de recuperação energética. Assim, por exemplo, as emissões de compostos organoclorados, como é o caso das dioxinas e furanos, não são descritas pelos fabricantes. Na verdade, estes compostos, como já foi averiguado para outras tecnologias, formam-se na fase final no arrefecimento dos efluentes gasosos, após a sua combustão.

As principais vantagens e desvantagens do uso de plasma na decomposição térmica de substâncias são:

Vantagens

- elevadas temperaturas causam rápida e completa pirólise da substância orgânica, permitindo fundir e vitrificar certos resíduos inorgânicos;

- Os produto vitrificados são similares a um mineral de alta dureza;

- Reduções de volume extremamente elevadas, podendo ser superiores 99%.

Desvantagens

- É uma técnica dedicada, exigindo um avultado investimento, até porque só pode ser rentabilizada quando acoplada a uma central termoeléctrica. O elevado investimento pressupõe a continuada disponibilidade de resíduos a tratar o que pode ser comprometedor para uma estratégia de redução, a médio ou longo prazo, dos mesmos;

- O volume de gases inicialmente gerado é mais baixo do que na combustão convencional, mas depois da combustão dos gases produzidos, é idêntico ao de outras formas de incineração;

- O sistema não dispensa um sofisticado sistema de lavagem de gases, tal como a incineradora dedicada, nomeadamente para a retenção dos metais voláteis e dos gases ácidos;

- Para o tratamento de resíduos diversificados, em particular contendo matéria orgânica em quantidades significativas, as técnicas de pirólise não parecem ter alcançado grande desenvolvimento industrial. Os resíduos acabam por ser incinerados de forma indirecta, isto é, são decompostos e depois eliminados por combustão;

- No que diz respeito à produção de dioxinas/furanos, os sistemas estão dependentes das tecnologias de recuperação térmica utilizadas a jusante, não sendo claro que se possa garantir inequivocamente uma vantagem nítida sobre as tecnologias de incineração mais avançadas nem com as técnicas mais simples de gaseificação.

Ref:
-"O plasma térmico - solução final para os resíduos perigosos", R. Menezes, I. Bessa, M. Menezes, Seminário de Meio Ambiente, ABM - Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, Outubro de 1999, São Paulo;
-"Pyroarc - Gasification and Pyrolysis Treatment of Hazardous Waste", ScanArc plasma technologies AB, Enviro Arc Technologies AS, Sweden;
-"Usando o poder do plasma para eliminar/reciclar resíduos", Techplasma - Tecnologia e Serviços Ltda, Grupo Kompac - Brasil, www.kompac.com.br;
-"Encore Plasma Pyrolysis and Vitrification Systems", Encore Environmental Solutions, Inc., www.encoreenvironmental.com;
-"Plasma Pyrolysis, Facilitation Center for Industrial Plasma Technologies", Gandhinagar, India, www.plasmaindia.com;
-"Waste disposal using plasma arc technology", Global Plasma Systems Corp. - USA and Thermoselect S.A. - Italy.