اتاق خبر: اگر به یک ماده در حالت جامد انرژی داده شود، به مایع و اگر مایع باشد به گاز تبدیل می‌شود. اگر مقدار انرژی کافی در اختیار یک گاز قرار گیرد به پلاسما تبدیل می‌شود. از این‌رو به پلاسما شکل چهارم ماده می‌گویند. پلاسما را می‌توان مجموعه‌ای از یون‌ها و الکترون‌ها و ذرات خنثی تعریف کرد.
پلاسما به طور طبیعی در محیط اطراف ما یافت می‌شود. برای نمونه می‌توان به بادهای خورشیدی و جو ستارگان که از پلاسما تشکیل شده‌اند اشاره کرد. درصد زیادی از جهان را پلاسما تشکیل داده که خارج از جو کره زمین است. پلاسما را در آزمایشگاه برای استفاده در صنایع مختلف به طور مصنوعی از روش‌های مختلف می‌توان ایجاد کرد. از جمله اینکه پلاسما را می‌توان به وسیله یک منبع انرژی الکتریکی و با ایجاد تخلیه الکتریکی در آزمایشگاه تولید کرد.
اهمیت کاربردی پلاسما
به‌طور کلی پلاسما با داشتن اتم‌ها، مولکول‌ها، یون‌ها و الکترون‌های پرانرژی و فعال می‌تواند با بر هم کنش مواد گوناگون اعم از مواد زیستی، مایعات و سطوح مختلف سبب تغییر در ویژگی آنها شده و از این‌رو خاستگاه کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف باشد. انواع گوناگون پلاسما در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد و پارامترهای مربوط به آنها با توجه به کاربرد در هر زمینه متفاوت است.
پلاسمای قوسی خزنده
امروزه توسعه سریع کاربردهای پلاسمای قوسی خزنده توسط کشورهای پیشرو در حوزه‌های مختلف علم و صنعت به وضوح دیده می‌شود. پلاسمای قوسی خزنده به‌عنوان یکی از منابع تولید پلاسمای غیرحرارتی و حرارتی کاربردهای بسیار متنوعی دارد. عمده کاربردهای آسان این فناوری، تجزیه و شکستن ترکیبات شیمیایی (تجزیه هیدروکربن‌ها و تولید گاز سنتزی)، فرآوری سطوح و اصلاح ویژگی‌های سطحی مواد (تمیزکاری و فعال کردن سطوح به منظور افزایش قابلیت چاپ و رنگ‌پذیری، استریل کردن و... ) است.
تخلیه قوسی خزنده یکی از منابع تولید پلاسماست که در فشار اتمسفر و دمای محیط انجام می‌شود. این تخلیه، پلاسمایی بین دو حالت تعادلی و غیرتعادلی تولید می‌کند و قادر به تولید پلاسمایی با چگالی بالا، دمای الکترونی بالا و دمای گاز پایین است.
پلاسمای قوسی خزنده کاربردهای متنوعی در زمینه‌های مختلف صنعتی دارد که ازجمله آن می‌توان به این موارد اشاره کرد:
• تولید و تبدیل مواد شیمیایی، سوخت و پتروشیمی
• محیط‌زیست (آلودگی آب و هوا)
• پردازش سطحی مواد و پلیمرها
• کشاورزی
• صنایع غذایی
• پزشکی
در سال‌های اخیر پژوهش‌های بسیاری از منظر آزمایشگاهی و تئوری درباره پلاسمای قوسی خزنده انجام و مقالات علمی و اختراع‌های بسیاری نیز از کاربردهای این فناوری منتشر شده است. تاکنون نزدیک به ۵۰۰ اختراع از بیش از ۱۰ کشور دنیا در ارتباط با این موضوع در پایگاه‌های معتبر ثبت اختراعات مشاهده شده است. این اختراعات موضوعات متنوعی (از ساخت دستگاه پلاسمای قوسی خزنده گرفته تا کاربردهای مختلف این فناوری) را مورد اشاره قرار داده‌اند. تعداد اختراعات در این زمینه تنها در سال ۲۰۱۴م بیش از ۲۰ مورد بوده و روند رو به رشدی در تعداد ثبت اختراعات در این حوزه به چشم می‌خورد.
برخی از کاربردهای مطرح فناوری پلاسمای قوسی خزنده:
۱. تولید و تبدیل مواد شیمیایی، سوخت و پتروشیمی
بیشترین تعداد اختراع در زمینه فناوری پلاسمای قوسی خزنده مربوط به حوزه صنایع شیمیایی است که این موضوع نشان می‌دهد پرکاربردترین حوزه نیز برای استفاده از فناوری پلاسمای قوسی الکتریکی خزنده همین حوزه است. در صنایع شیمیایی اهمیت پلاسمای قوسی خزنده در تجزیه گازها (برای نمونه حذف هیدروکربن‌ها) و کمک به تولید سوخت‌های گازی دارای هیدروژن و مونوکسیدکربن است. رآکتورهایی که در این زمینه طراحی شده‌اند بسیار زیاد و با قابلیت‌های متفاوت است. با روند رو به رشد مصرف انرژی و افزایش نگرانی از مسائل و آلودگی‌های زیست‌محیطی، فرآیندهایی مانند تولید سوخت گاز غنی از هیدروژن (به‌عنوان یک منبع انرژی پاک و کارا) و همچنین تبدیل سوخت‌های هیدروکربنی سنگین‌تر از متان و متانول نیازمند فناوری‌های جدیدتر بوده و توسعه سیستم‌های تولید انرژی پاک و کارآمدتر اهمیت بیشتری یافته است. امروزه این فرآیندها با استفاده از کاتالیزورها که اغلب به کندی پاسخ می‌دهند و گران هستند، انجام می‌شود. فناوری پلاسمای تخلیه قوسی خزنده در این شرایط یک فناوری قابل اطمینان است.
از پلاسمای قوسی خزنده می‌توان برای اکسیداسیون جزئی هیدروکربن‌های سبک توسط اکسیژن استفاده کرد. به این ترتیب امکان تولید گازهای غنی از CO و H۲ بدون تشکیل دوده یا کک وجود خواهد داشت. گرچه ممکن است در محصول این فرآیند C۲H۴ و C۲H۲ نیز وجود داشته باشد. استفاده از پلاسمای قوسی خزنده با ساختار گردابی می‌تواند سوخت‌های هیدروکربنی سنگین را به ترکیباتی با بیش از ۸۰درصد بازده تبدیل کند.
۲. محیط‌زیست
در حوزه محیط‌زیست و صنایع بازیافت بیشترین کاربرد پلاسمای قوسی خزنده در زمینه تصفیه آب و فاضلاب (صنعتی، دامی و کشاورزی) به وسیله نابودی میکروارگانیسم‌ها، آلودگی‌ها و مواد شیمیایی مضر و همچنین در تصفیه هوا از طریق تجزیه و غیرفعال کردن گازهای سمی یا نابودی میکروارگانیسم‌هاست. تصفیه و کاهش سختی آب و حذف مواد معدنی نیز با استفاده از این فناوری قابل دستیابی است.
۳. پردازش سطحی فلزات، سرامیک‌ها و پلیمرها
پلاسماهای غیرتعادلی به طور گسترده‌ای برای پردازش سطوح در صنعت استفاده می‌شوند. به منظور افزایش بهره‌وری در پردازش سطح می‌توان از پلاسمای قوسی خزنده استفاده کرد زیرا با نگه داشتن پلاسما در شرایط غیرتعادلی قدرت پلاسما بسیار بالا خواهد بود. در حوزه پردازش سطوح از پلاسمای قوسی خزنده اغلب برای پردازش سطوح آلیاژهای فلزی و سنگ‌های معدنی به منظور بالا بردن کیفیت آنها استفاده می‌شود گرچه استفاده از این فناوری استعداد بسیار بالایی در زمینه مواد پلیمری دارد. برای تخلیه الکتریکی و پردازش سطوح مختلف در این فناوری از گازهای هوا، N۲، O۲، Ne، CO۲، H۲O، نفت و گاز (مانند متان، اتان، پروپان، بوتان، الکل‌ها و... )، یا مخلوطی از این موارد استفاده می‌شود. چنین دستگاه‌هایی دارای الکترودهای متحرک هستند که موجب پوشش‌دهی یکنواخت سطح برای پردازش می‌شود.
در این فناوری تنظیم جریان گاز بسیار مهم است. اگرچه جریان گاز کم منجر به حفظ درجه حرارت بالای تخلیه قوسی خزنده می‌شود اما می‌تواند منجر به خوردگی الکترودها نیز شود. میزان انرژی سطحی به‌دست آمده روی سطوح نیز با تغییر این جریان متغیر است.
۴. کشاورزی
پلاسمای قوسی خزنده کاربردهای بالقوه بسیاری در کشاورزی دارد. از جمله این کاربردها می‌توان به این موارد اشاره کرد:
• استریل کردن دانه در زمان ذخیره‌سازی
• افزایش جوانه‌زنی بذر
• گیراندازی نیتروژن اتمسفر در آب به منظور افزایش رشد و نمو
• اضافه کردن گونه‌های اکسیژن فعال و دیگر اکسیدکننده‌ها همراه با کاهش pH به منظور کاهش حمله پاتوژن‌های خاک
• تمیز کردن هوا، استریل و حذف ترکیبات آلی فرار در امکانات گلخانه‌ای
• استریل و تمیز کردن آب پس از برداشت
• تصفیه، گندزدایی و کاهش سختی آب
۵. صنایع غذایی
پلاسمای قوسی خزنده می‌تواند در برخی زمینه‌های صنایع غذایی نیز استفاده شود که عبارتند از:
• ضدعفونی کردن محصولات قبل از بسته‌بندی
• تمیز کردن هوا، استریل و حذف ترکیبات آلی فرار در فرآیند بسته‌بندی در تاسیسات ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل
• کنترل آفات و عوامل بیماری‌زا در فروشگاه‌ها و محل‌های ذخیره‌سازی
• حذف اتیلن از هوا به منظور افرایش زمان پیری
• استریل تخته برش، چاقو و تجهیزات پردازش مواد غذایی
• نابودی زباله‌های خطرناک یا تبدیل زباله به انرژی و ضایعات غیرخطرناک
• کاهش بار میکروبی عرقیجات
۶. پزشکی
در حوزه صنایع پزشکی بیشتر اختراع‌های مرتبط با پلاسمای قوسی خزنده در زمینه استریل کردن هوای بیمارستان‌ها یا استریل کردن تجهیزات پزشکی است.
شرکت‌های فعال در فناوری پلاسمای قوسی خزنده
شرکت‌های زیادی در دنیا در زمینه تولید منابع مختلف پلاسما فعالیت دارند. برخی از این شرکت‌ها محصولاتی برای پلاسمای قوسی خزنده و برخی خدمات مهندسی را ارائه می‌دهند. در ایران نیز علاوه بر نمایندگی شرکت‌های خارجی یا شرکت‌هایی که این فناوری را از شرکت‌های خارجی خریداری کرده‌اند و خدماتی را به صنایع ارائه می‌دهند، شرکت‌های دانش‌بنیان نیز به تولید دستگاه‌ها و ارائه خدمات لازم مشغول هستند گرچه به دلیل شناخته نبودن قابلیت‌های قطعی این فناوری در جامعه صنعتی و نشناختن توانمندی‌های شرکت‌های ایرانی این فناوری بازار مناسبی را به خود اختصاص نداده است. به‌تازگی با تلاش‌های انجام شده از سوی شرکت‌های خصوصی داخلی و همچنین دولت، زیرساخت‌های این فناوری در ایران در حال توسعه و بازار استفاده از این فناوری نیز در حال آماده‌سازی و توسعه است.
امروزه توسعه سریع کاربردهای پلاسمای قوسی خزنده توسط کشورهای پیشرو در حوزه‌های مختلف علم و صنعت به وضوح دیده می‌شود. پلاسمای قوسی خزنده به‌عنوان یکی از منابع تولید پلاسمای غیرحرارتی و حرارتی کاربردهای بسیار متنوعی دارد. عمده کاربردهای آسان این فناوری، تجزیه و شکستن ترکیبات شیمیایی (تجزیه هیدروکربن‌ها و تولید گاز سنتزی)، فرآوری سطوح و اصلاح ویژگی‌های سطحی مواد (تمیزکاری و فعال کردن سطوح به منظور افزایش قابلیت چاپ و رنگ‌پذیری، استریل کردن و... ) است.
هم‌اکنون صنایع خودروسازی و بسته‌بندی این فناوری را در تولید محصولات خود برای افزایش میزان چسبندگی، رنگ و چاپ‌پذیری به خدمت گرفته‌اند. دیگر صنایع و بخش‌ها نیز به‌تازگی استقبال چشمگیری از این فناوری کرده‌اند که می‌توان به حوزه کشاورزی و صنایع غذایی (میکروب‌زدایی سطوح مواد غذایی نظیر سیب و بادام، افزایش قدرت جوانی بذرها و تغییر ترکیب شیمیایی آب آبیاری محصولات کشاورزی به منظور افزایش بهره‌وری آنها و... )، پزشکی (استریلیزاسیون) و محیط‌زیست اشاره کرد.
منبع: صمت
95102
