Trong đại dịch COVID-19, hàng nghìn tấn khẩu trang phẫu thuật đã qua sử dụng đã bị vứt đi mỗi tháng mà không có kế hoạch thực sự để quản lý chúng. Mặc dù thế giới đã vượt qua giai đoạn quan trọng một cách thành công nhưng một giải pháp sinh thái công nghiệp nghiêm túc vẫn phải được phát triển để giải quyết vấn đề lãng phí này.
Sơ đồ phác thảo thiết lập khí hóa hơi nước bằng plasma. Nguồn: Tạp chí quốc tế về năng lượng hydro (2023). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.09.288
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Kaunas (KTU) và Viện Năng lượng Litva, nhằm thiết kế giải pháp quản lý chất thải khẩu trang phẫu thuật, đang nghiên cứu khả năng khí hóa plasma như một kỹ thuật năng lượng thân thiện với môi trường để chuyển chất thải khẩu trang phẫu thuật thành các sản phẩm năng lượng sạch.
Sau khi tiến hành một loạt thí nghiệm, họ đã thu được khí tổng hợp (hay còn gọi là khí tổng hợp) với hàm lượng hydro dồi dào. Nghiên cứu của họ được công bố trên Tạp chí Quốc tế về Năng lượng Hydro .
"Có hai cách để chuyển đổi chất thải thành năng lượng bằng cách chuyển đổi chất thải rắn thành sản phẩm lỏng hoặc khí. Quá trình khí hóa cho phép chuyển đổi một lượng lớn chất thải thành khí tổng hợp, tương tự như tự nhiên và là thành phần của một số loại khí (như hydro, carbon). điôxit, cacbon monoxit và metan). Trong các thí nghiệm của mình, chúng tôi đã thử nghiệm với thành phần của loại khí tổng hợp này và tăng nồng độ hydro, đồng thời tăng nhiệt trị của nó," Samy Yousef, trưởng nhóm nghiên cứu tại Đại học Kaunas, cho biết. Công nghệ, Litva.
Để chuyển đổi khẩu trang phẫu thuật, các nhà nghiên cứu đã áp dụng phương pháp khí hóa plasma trên khẩu trang FFP2 bị lỗi, trước đó được cắt nhỏ thành kích thước hạt đồng nhất, sau đó chuyển đổi thành hạt có thể dễ dàng kiểm soát trong quá trình điều trị.
Sản lượng hydro cao nhất thu được ở S/C (tỷ lệ hơi nước trên carbon) là 1,45. Nhìn chung, khí tổng hợp thu được cho thấy giá trị gia nhiệt cao hơn 42% so với khí tổng hợp được tạo ra từ sinh khối.
Cải tiến kỹ thuật quản lý chất thải truyền thống
Nhóm nghiên cứu của Yousef, bao gồm các nhà khoa học từ hai tổ chức nghiên cứu của Litva, KTU và Viện Năng lượng Litva, đang nghiên cứu các chủ đề về tái chế và quản lý chất thải, đồng thời luôn tìm kiếm chất thải có số lượng lớn và có cấu trúc độc đáo. Trong công việc của mình, họ đã tiến hành các thí nghiệm nhiệt phân trên tàn thuốc lá, cánh tuabin gió đã qua sử dụng và chất thải dệt may, tất cả đều cho thấy kết quả đầy hứa hẹn cho việc nâng cấp và thương mại hóa. Tuy nhiên, lần này, để tái chế khẩu trang phẫu thuật, một phương pháp khác đã được áp dụng.
"Khí hóa là một kỹ thuật quản lý chất thải truyền thống. Khác với nhiệt phân, vẫn là một phương pháp mới và đang phát triển, chúng tôi không cần đầu tư nhiều vào phát triển cơ sở hạ tầng. Khí hóa plasma hồ quang mà chúng tôi đã áp dụng để phân hủy khẩu trang phẫu thuật, có nghĩa là Dưới nhiệt độ cao do hồ quang plasma tạo ra, chúng tôi có thể phân hủy khẩu trang thành khí trong vòng vài giây. Trong quá trình nhiệt phân, phải mất tới một giờ để có được sản phẩm cuối cùng. Trong quá trình khí hóa tiên tiến, quá trình này gần như diễn ra ngay lập tức", Yousef giải thích.
Ông nói rằng các kỹ thuật khí hóa tiên tiến, chẳng hạn như khí hóa plasma, sẽ hiệu quả hơn trong việc thu được nồng độ hydro tốt hơn (lên tới 50%) trong quá trình sản xuất khí tổng hợp. Hơn nữa, quá trình khí hóa plasma làm giảm lượng hắc ín trong khí tổng hợp, khiến chất lượng của nó cao hơn.
Khí giàu hydro có nhiệt trị tốt hơn
Theo Yousef, khí hóa plasma là một trong những phương pháp tốt nhất để thu được khí tổng hợp rất giàu hydro.
Yousef giải thích: “Hydro làm tăng nhiệt trị của khí tổng hợp,” Yousef giải thích và tiếp tục mô tả các loại hydro khác nhau: màu xám thu được từ khí tự nhiên hoặc metan, xanh lục—từ các nguồn xanh lục (ví dụ: điện phân), xanh lam—từ quá trình cải tạo hơi nước.
“Có lẽ chúng ta có thể gọi loại khí này là hydro đen vì nó được làm từ chất thải?” Anh ấy nói nửa đùa nửa thật.
Sản lượng khí tổng hợp đạt khoảng 95% tổng lượng nguyên liệu. Các sản phẩm còn lại là bồ hóng và hắc ín. Phân tích cho thấy benzen, toluene, naphthalene và acenaphthylene là những hợp chất chính trong nhựa đường thu được. Theo các nhà nghiên cứu, nó có thể được sử dụng làm nhiên liệu sạch trong các ngành công nghiệp khác nhau với lượng khí thải carbon thấp.
Muội được hình thành ở giai đoạn cuối của quá trình khí hóa plasma. Thành phần chính của nó là carbon đen, có thể có nhiều ứng dụng liên quan đến năng lượng, xử lý nước thải và nông nghiệp hoặc có thể được sử dụng làm vật liệu độn trong vật liệu tổng hợp.
Các nhà nghiên cứu tin rằng phương pháp tái chế chất thải khẩu trang phẫu thuật được đề xuất của họ có tiềm năng thương mại hóa cao. Theo Yousef, một nhà nghiên cứu từ KTU, mục đích chính của họ là thu được khí tổng hợp, rất giàu hydro. Mặc dù hydro có thể được tách ra khỏi khí tổng hợp thu được nhưng nó cũng có thể được sử dụng làm hỗn hợp khí. Như vậy, nó đã có giá trị gia nhiệt cao hơn một nửa so với giá trị được tạo ra từ sinh khối.
