CONGRESSO EB CIÊNCIAS MILITARES

Tecnologia de Plasma

Altair Souza de Assis
Universidade Federal Fluminense – IM – GMA
altair@vm.uff.br

Uma pesquisa de seis anos do Banco Mundial sobre a poluição industrial, gerou um documento regulador da entidade sobre o assunto: “Greening Industry: New Roles for Communities Markets and Governments. Este documento pode ser encontrado na internet: http://www.worldbank.org/nipr/greening/, ele é o documento chave sobre a poluição industrial e o desenvolvimento sustentável, que terá um impacto significante econômico sobre os paises em desenvolvimento.

Nesta nova forma de se ver o controle da poluição ambiental, a tecnologia de controle com o emprego dos plasmas e a mais promissora visto que ela mostrou-se extremamente eficaz na destruição/recuperação do lixo tóxico como os PCBs, pesticidas, pó de broca, gases tóxicos industrias e militares, todos os tipos metais pesados, lamas de porto, armas químicas em geral, lodos tóxicos em geral, lixo fracamente radioativo, só para citar alguns itens comuns de poluição ambiental encontrado no dia-a-dia do pais e do mundo globalizado.

No universo, aproximadamente 99% da matéria observável esta no estado plasma – o quarto estado da matéria. Os plasmas podem ser observados nos raios durante tempestades, auroras boreais (luzes do norte), tubos néon, telas planas para tv e computador, atmosferas das estrelas, ionosferas planetárias, jatos extragalácticos, vento solar, reatores de fusão, isto só para citar algumas das fontes.

Dependendo da temperatura todas as substâncias podem ser transformadas em um plasma. Os plasmas mais comuns e fáceis de encontrar no dia-a-dia são os formados a partir dos gases nobres como os plasmas de argônio, de nitrogênio, de hidrogênio, contudo não é incomum os plasmas de vapores metálicos ionizados, ou seja, plasma de ferro, plasma de tungstênio, etc. Os plasmas podem atingir temperaturas muito altas, como dezenas de graus Celsius nas tochas de plasma e mesmo milhões de graus Celsius nos reatores para a fusão nuclear e nos núcleos estelares. É muito comum o emprego do ar para se criar plasmas de utilidade na indústria, a partir da água podem-se também criar plasmas com dezenas de milhares graus Celsius de temperatura. As aplicações industriais para os sistemas a plasma são vastas, eles podem ser utilizados no tratamento direto do lixo tóxico, no tratamento das cinzas tóxicas dos incineradores convencionas, recuperação de metais nobres como a platina em catalisadores, no corte, na solda, na fabricação de filme fino, partículas nanométricas, na siderurgia, na descontaminação de alimentos, e outras aplicações mais.

Nos sistemas para o tratamento do lixo tóxico com o emprego dos plasmas, a temperatura na tocha pode variar de alguns milhares a algumas dezenas de milhares de graus Celsius, com um plasma gerado a partir da água pode-se obter temperaturas da ordem de 70.000°C. Sob a tocha de plasma, os resíduos tóxicos sejam não metálicos ou metálicos são reduzidos a escorias completamente inertes ao meio ambiente. A tecnologia de plasma no tratamento do lixo tóxico de forma não poluente é única e não tem tecnologia competidora a altura no momento, e possivelmente no porvir. A usina de tratamento a plasma pode ser instalada em qualquer parte do globo sem nenhum problema de certificação, sendo a tecnologia ideal para permitir a industria obter certificações tipo ISO14000 e a futura ISO26000, visto que ela permite tratar o lixo do berço ao tumulo de forma não poluente. Os componentes do lixo são transformados em matrizes vítreas e férreas totalmente inertes ao meio ambiente, além de servirem de material agregado, mesmo que o lixo original esteja contaminado pelo por metais tóxicos ou substâncias tóxicas.

O custo dos sistemas a plasma é em geral mais baixo que os dos sistemas convencionais que empregam combustíveis fósseis. Por exemplo, o custo estimado de uma usina de plasma para tratar 50.000 toneladas de resíduos de fabricação do aço siderúrgico, por ano, custa aproximadamente US$18 milhões comparados com os US$25 milhões para uma usina convencional, com base na tecnologia que emprega o combustível fóssil. Os sistemas a plasma são caracterizados pela alta eficiência de tratamento e baixo volume gás gerado no processo, e isto gera uma economia, visto que o tamanho do reator e o sistema de lavagem dos gases é bem menor que o do sistema convencional. O custo do sistema de exaustão de gases nos sistemas convencionais pode chegar a até 50% do valor do sistema global, com o emprego da tecnologia convencional.

Os preços médios de uma usina para o tratamento do lixo tóxico inorgânico, incluindo o sistema de lavagem dos gases, para diferentes volumes de alimentação são (£ = Libras Inglesa; k = 1000; t = toneladas): 50t/ano = £600k; 150t/ano = £650k; 350t/ano = £750k; 500t/ano = £800k. Os preços podem variar em torno destas estimativas dependendo da natureza do material tóxico a ser tratado, e as especificações técnicas requeridas ou legislação ambiental local. Uma economia considerável é obtida para volumes de lixo tratado maiores, visto que o custo do sistema a plasma esta vinculada a engenharia do projeto, os serviços, e o sistema de controle do sistema. A uma baixa taxa de alimentação o sistema a plasma será parecido com um sistema de demonstração e o preço fica elevado, ele se torna competitivo para volumes maiores, e os valores típicos para o tratamento do lixo tóxico inorgânico, como os metais pesados, neste caso são: 250t/ano = £980/t; 1800t/ano = £380/t; 1500t/ano = £120/t. O custo operacional para os sistemas a plasma é sensível ao preço da eletricidade local, contudo este sistema permite a geração de eletricidade a partir do próprio lixo a ser tratado, reduzindo assim os custos de operação. O “breakeven” [eletricidade gerada com o lixo = eletricidade consumida na usina] médio para este sistema é de aproximadamente 1000 toneladas/dia, isto implica que um volume de lixo como o do Rio de Janeiro, da ordem de 6000toneladas/dia, da para ser ter balanço positivo de alguns MWH - MegaWattsHora de energia gerada, nesta onda de poluições sem fim e crises de energia esta é uma alternativa extremamente atraente, visto que une o útil ao agradável.

Em muitas circunstancias o custo global de operação dos sistemas a plasma são menores que os dos sistemas convencionais devido ao número de pessoas envolvidas na operação, manutenção, e outras atividades. Muitas são as vantagens técnicas e ambientais do sistema a plasma para o tratamento do lixo industrial/urbano/hospitalar: (1) o baixo volume dos gases gerados assegura um melhor controle ambiental, (2) a injeção de energia no reator e independente das escórias no reator e da química dos gases possibilitando assim uma alta flexibilidade de operação, o que possibilita um ajuste fino na química e temperatura do reator para uma operação no estado de ótimo desempenho, (3) o processo produz escorias estáveis, robustas, e densas, o que permite o seu uso como material agregado, (4) a alta intensidade da radiação UV [ultravioleta] e temperatura na tocha de plasma asseguram uma destruição rápida e eficiente do material orgânico contaminado como os oriundos do lixo hospitalar, (5) a recuperação de metais nobres como uma fase separada no reator é facilmente obtida, (6) o reator pode operar a temperaturas muito altas (i.e. > 10, 000°C) permitindo uma vitrificação que produz materiais altamente refratários de grande aplicação na indústria cerâmica, (7) é possível variar o volume de injeção, tamanho dos componentes, e a química do lixo tóxico a ser tratado, incluindo partículas muito pequenas como as das cinzas tóxicas geradas nos incineradores convencionais, tipo forno rotativo, hoje amplamente em uso no Brasil. Estas cinzas tóxicas são enterradas em “sarcófagos” controlados, mas podem ser facilmente tratadas com sistemas a plasma e tornadas assim inertes, finalmente (8) não é necessária uma aglomeração prévia no alimentador do reator, a alimentação pode ser continua.




Tochas de plasma gêmeas Tetronics




Em resumo, pode-se dizer que não se justifica mais tanta poluição ambiental por lixo tóxico, seja por negligência ou por ignorância, tanto por parte do setor privado quanto por parte dos governos que administram o lixo urbano e hospitalar. Já existe tecnologia “verde” para eliminar completamente esta poluição, seja ela por lixo urbano, industrial tóxico ou hospitalar, é preciso simplesmente competência e boa vontade por parte das camadas produtivas e governantes deste país. Os custos sociais com a poluição são tão grandes, visto que esta inclui perda de vidas e doenças crônicas, normalmente induzidas pela ingestão de metais pesados como o alumínio, o Cádmio, o Chumbo, e o Mercúrio, presentes nas fumaças de chaminés e nas cinzas tóxicas. Investimentos na área serão compensados completamente pelos bons resultados econômicos, sociais, e ambientais que serão obtidos em futuro não muito distante.

Altair Souza de Assis, D.Sc.
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