Reaktor Molekularny Odpadów to Reaktor przystosowany do unieszkodliwiania, likwidacji lub/i „samolikwidacji” odpadów organicznych. Odpady organiczne rozumiane są tu jako odpady organiczne pochodzenia biologicznego (odpady roślinne i odpady zwierzęce) oraz odpady organiczne pochodzenia przemysłowego (papier, tworzywa sztuczne, tekstylia, gumy, farby i lakiery, przeterminowane środki ochrony roślin, przeterminowane lekarstwa, odpadowe paliwa ciekłe i gazowe, oleje i smary, itp.). Cechą wspólną tych odpadów jest to, że zbudowane są w głównej mierze z trzech rodzajów atomów : węgla C, tlenu O₂ i wodoru H₂. 

 

Tabela 1. Skład pierwiastkowy niektórych substancji odpadowych zbudowanych z węglowodorów.

 

 

Nazwa pierwiastka i jego zawartość w %	Opony samochodowe	Tworzywa sztuczne	Odpady organiczne	Węgiel kopalny
Węgiel C	75	85-88	54	85
Wodór H	6	12-15	6
Tlen O	-		38
Żelazo Fe	15		-
Siarka S	1		0.8
Azot A			0.8
Chlor Cl	-	40 ppm	0.4
Inne	3	~	~	15

 

 

 

 

Tabela 2. Właściwości technologiczne polskich odpadów komunalnych. Skład pierwiastkowy i wartość opałowa niektórych substancji organicznych wchodzących w skład odpadów komunalnych

 

 

 

Nazwa	Skład pierwiastkowy (% wag.)				Wartość opałowa MJ/kg
	C	H	O	Inne
Węgiel	80-85	4-6	-	15-20	28
Opony samochodowe, guma	75	6	-	19	30 - 33
Frakcja organiczna surowa odpadów komunalnych	54	6	38	2	1,4 - 3,5
Polietylen PE	85,6	14,4	-	-	43
Polipropylen PP	85,6	14,4	-	-	44
Polistyren PS	92,3	7,7	-	-	40
PET (politereftalan etylenu)	74,9	5,0	20	0,1	31
PCV (polichlorek winylu)	38,4	4,8	-	56,8	18
Poliacetale	92,3	7,7	-	-	45
Drewno	50,0	6,0	44,0	-	18
Asfalt	85	9	0,9 - 2,6	0,01 - 7	min. 38,73
Biogliceryna odpadowa	39,1	8,7	52,2	-	16

 

 

 

Analizując skład pierwiastkowy odpadów organicznych łatwo zauważyć, że zawierają one przede wszystkim węgiel i wodór, a przecież węgiel i wodór wzięte osobno stanowią pierwotne nośniki energii występujące w Przyrodzie, a dostępne powszechnie dla ludzkości. Natomiast tlen zawarty w odpadach może posłużyć do wyzwalania energii z tych podstawowych nośników energii. Przykładowo :

W Polsce wytwarzanych jest rocznie ok. 12 mln Mg odpadów komunalnych rocznie, z czego ok. 70% stanowią odpady organiczne, czyli powstaje ich rocznie ok. 8,4 mln Mg. Przyjmując skład pierwiastkowy szeroko pojętych odpadów organicznych taki, jak dla odpadów biologicznych :

                                                                  - węgiel (C) – 55%, - wodór (H₂)– 6%, - tlen (O) – 38%, - inne – 1%,

okazuje się, że w odpadach komunalnych mamy :

•   4,62 mln ton węgla pierwiastkowego jako pierwotnego nośnika energii,

•   0,50 mln ton wodoru pierwiastkowego jako pierwotnego nośnika energii.

Uwzględniając wartości opałowe tych pierwotnych nośników energii okazuje się, że Polska (jak i inne kraje) dysponuje ogromnymi zasobami nośników energii wydobytymi i składowanymi już na powierzchni Ziemi. Z punktu widzenia prezentowanej tu polskiej technologii RMO składowiska odpadów komunalnych i niektórych przemysłowych to antropogeniczne złoża ekologicznie czystych paliw.

Recykling Molekularny Odpadów to proces, w którym odpadowa materia organiczna zostaje zdegradowana do postaci gazowego strumienia swobodnych atomów C, H₂ i O₂, które między sobą nie tworzą związków chemicznych, natomiast Reaktor Molekularny Odpadów to Reaktor, który prowadzi proces molekularnego rozkładu materii odpadowej. U podstaw działania RMO leży fakt taki, że:

 

Wszystkie związki chemiczne, w tym związki chemiczne atomów węgla, tlenu i wodoru (węglowodory, węglowodany) charakteryzują się pewną trwałością w określonym przedziale temperatur. Powyżej temperatury trwałości związku chemicznego ulega on rozpadowi na atomy składowe pierwotne.

Każdy związek chemiczny ma charakterystyczną dla siebie temperaturę rozkładu.

Najtrudniej rozkładalne związki organiczne, jakie znamy, rozkładają się w temperaturze 1273 ^oC. Prowadząc zatem proces unieszkodliwiania odpadów organicznych w temperaturach roboczych w zakresie 1400 – 1500 ^oC możemy mieć pewność, że istotą przedmiotowej technologii jest fizykochemiczna obróbka strumienia gorących i swobodnych atomów węgla, tlenu i wodoru.

 

Robocza temperatura pracy reaktorów RMO jest korzystnie wyższa od temperatur spalarniowych i korzystnie niższa od temperatur plazmowych. Natomiast fizykochemiczna obróbka gorących i swobodnych atomów węgla, tlenu i wodoru polega na syntezie na wyjściu Reaktora zupełnie innych związków chemicznych, niż były na wejściu do tego Reaktora. W RMO odpady przestają istnieć !

 

W rzeczywistych rozwiązaniach do Reaktorów RMO oprócz odpadów wprowadza się również wodę w takiej ilości, aby stosunek wagowy pomiędzy węglem i tlenem był zachowany taki sam, jaki występuje w dwutlenku węgla CO₂. Dla przykładu: np.

Odpadem poddawanym procesowi RMO jest polimerowy polietylen o strukturze polimeru: …….- CH₂ – CH₂ – CH₂ - ……… - CH₂ - ……. o monomerze CH₂. Rozdrobniony polietylen mieszamy z wodą w taki sposób, aby na każdy monomer polietylenu przypadały dwie cząsteczki wody. W reaktorze RMO zachodzi proces :

                                                                                                    CH₂ + 2H₂O = CO₂ + 3H₂

W tym przypadku stosunek wagowy wody do tworzywa sztucznego jest 2,57, a więc taki sam jak w CO₂. W Reaktorze RMO pod wpływem dostarczonej temperatury następuje rozkład węglowodorów i wody na atomy i cząsteczki:

                                                                                           CH₂ + 2H₂O C + O₂ + 3H₂ CO₂ + 3H₂

W temperaturze procesu tlen wykazuje większe powinowactwo do węgla, niż do wodoru. Tak więc w procesie schładzania gazu reakcyjnego (nie gazu pirolitycznego, nie gazu syntezowego !) powstają najpierw cząsteczki o dużej trwałości chemicznej, w tym przypadku powstaje dwutlenek węgla CO₂. Dzieje się tak nie tylko pod wpływem temperatury lecz również po wpływem katalizatora. Otóż w procesie rozpadu najpierw rozpada się na atomy monomer CH₂ uwalniając tym samym wolny węgiel atomowy. Ten węgiel organiczny jest natomiast katalizatorem rozpadu wody na tlen i wodór począwszy już od temperatur 900 ^oC. Tak więc w procesie syntezy początkowo swobodnych atomów powstają związki jak powyżej. Należy przy tym zauważyć, że dwutlenek węgla CO₂ nie powstaje w miarę podgrzewania węgla, jak w procesie spalania, tylko w procesie studzenia gazu reakcyjnego. Do tlenków dochodzi się zatem od strony wysokich temperatur ich rozpadu. W tej sytuacji, już na poziomie tych właśnie wysokich temperatur, wszystkie wartościowości węgla zostały już wyczerpane i nie ma żadnych możliwości, aby wszedł on w inne reakcje tworząc np. substancje szkodliwe, jakie występują w spalinach. W temperaturach, w jakich następuje synteza węgla C i tlenu O₂ do dwutlenku węgla CO₂, wszystkie ewentualne szkodliwe związki pierścieniowe i alifatyczne na bazie węgla istnieją jeszcze w stanie rozkładu molekularnego/atomowego. Biorąc powyższe pod uwagę można stwierdzić, że proces RMO nie jest spalaniem pomimo, iż dochodzi w tym procesie do utlenienia węgla organicznego. Wszystkie definicje spalania zawarte w Ustawach : „Prawo Energetyczne” i „O Odpadach” definiują proces spalania jako procesy termiczne z udziałem tlenu atmosferycznego, które w tym przypadku nie mają miejsca. Poza tym, dzięki obecności w przestrzeni reakcyjnej Reaktora RMO aktywnych atomów wodorowych, dochodzi w nim do reakcji redukcji materiału odpadowego. Np. mogące się pojawić tlenki azotu NO₂ są przez wodór redukowane do cząsteczek wody (pary wodnej) i wolnego, uwalnianego do atmosfery, azotu N wg reakcji:                                                                                                                                         NO₂ + 2H₂ = 2H₂O + N.

W historii rozwoju technologii RMO powstały trzy generacje Reaktorów RMO. Wszystkie generacje Reaktorów RMO uzyskały pozwolenia środowiskowe bez konieczności przedstawiania Raportów Oddziaływania na Środowisko. Również wszystkie trzy generacje reaktorów RMO zostały opatentowane.

 

                                                                                                                              Poniżej – świadectwo patentowe na Reaktor RMO pierwszej generacji:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W praktycznych rozwiązaniach Instalacji RMO stosuje się płuczkę wodnego roztworu wodorotlenku potasu (sodu) gazu reakcyjnego, dzięki czemu usuwa się dwutlenek węgla jako produkt procesu. Następuje to wg reakcji :

                                                                                                      CO₂ + 2KOH = K₂CO₃ + H₂O

Powstający w ten sposób węglan potasu K₂CO₃ nie jest odpadem, gdyż jest on podstawowym składnikiem nawozów potasowych. Powstającą w tym procesie wodę zawraca się na wejście Reaktora RMO, gdzie ulega ona zmieszaniu z rozdrobnionymi odpadami. Jedynym produktem w tym procesie jest wodór jako odnawialne (!) źródło energii przyszłości.

Przedstawiony powyżej proces w sposób zasadniczy różni się od spalania. W procesie spalania ważne są m. in. wartość opałowa i temperatura zapłonu materiału odpadowego. Temperatura spalania tego materiału odpadowego 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 RCM 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 ani w procesach spalania, ani w plazmotronach. W instalacji nie ma komina ! Jest tylko wymiennik ciepła.

W trakcie badań Reaktorów RMO okazało się, że :

 

• udział odpadów w wytworzeniu energii wyjściowej (energii do odzyskania) wynosił jedną trzecią całej energii wyjściowej,

 

• udział wody w wytworzeniu energii wyjściowej (energii do odzyskania) wynosił dwie trzecie całej energii wyjściowej,

 

• energia wyjściowa (energii do odzyskania) generowana przez RMO jest dwukrotnie większa od energii pobieranej przez reaktor/instalację.

 

W ten sposób okazało się, że Reaktor RMO jest nie tylko uniwersalnym urządzeniem termicznej obróbki odpadów organicznych lecz także generatorem energii na zewnątrz.

W ten sposób okazało się również, że w RMO następuje proces „samolikwidacji” odpadów, jako że energia potrzebna do tego procesu pobierana jest z samych odpadów, no i z wody oczywiście.