剥离是NASA的年度出版物,主要介绍NASA成功商业化的技术。这种商业化对健康和医药、消费品、运输、公共安全、计算机技术和环境资源等领域的产品和服务的发展做出了贡献。

宇航员将数千磅的垃圾装进一次性货物补给飞船。当该“倒”垃圾的时候,装满货物的宇宙飞船从国际空间站脱离,以大约17500英里的时速坠入地球大气层;宇宙飞船和里面的东西都蒸发了。

进入大气层的物体会受到压缩大气气体的阻力所产生的巨大摩擦。随着航天器深入大气层,那里的空气密度更大,大量的能量以热的形式释放出来,迫使气体分子分离。没有隔热罩的航天器,就像这些消耗性运载工具一样,也会经历同样的加热,使固体材料蒸发。在NASA电弧喷射研究和技术的帮助下,InEnTec正在地球上复制这种高温垃圾处理技术。

NASA在几十年前就学会了如何重现进入大气层时的极端温度和速度,作为测试防热罩的一种方法。InEnTec公司(Richland, WA)研究了NASA用于产生高温等离子体的电源改造,并将其纳入其技术设计,以创造等离子体增强熔化器(PEM),将废物转化为合成气体和其他产品。

依赖燃烧的焚化炉会产生有毒污染物,但等离子气化不会。它将被称为原料的废料加热到极高的温度。在1800到27000°F的温度下,碳质物质分解成基本的分子——碳、氢和氧。通过控制热量和压力的组合,可以调节导致气化的化学活动。

艾姆斯研究中心的电弧喷射复合材料测试热防护材料与大气层再入过程中产生的等离子体,以确保其有效工作。(来源:美国国家航空航天局)

这些分子被分离,然后转化为产品,可用于制造从航空燃料到服装的任何东西。任何剩下的无机材料,被称为炉渣,被添加到过热的玻璃中。由此产生的无毒物质对包括建筑材料在内的许多工业用途都是安全的。整个系统不会产生空气污染或有毒废物。

这种效率的关键是热量。温度是由NASA制造的等离子体来提高的,该等离子体用于测试第一个航天器上使用的隔热层。

在20世纪50年代NASA开始测试隔热层时,复制重返地球的条件是不可能的。早期使用了氧乙炔炬,但炬炬的最大温度只能达到6290℉左右。在化学工业中使用的电弧加热器是一种理想的选择。

NASA现在使用的等离子电弧加热器由一个直径约3英尺、长度达16英尺的管组成,其中包含数百个3/8英寸厚的铜盘,每个铜盘用水冷却。管两端的两个电极为电弧的两端提供要连接的点。在管的末端是一个超音速喷嘴,设计用于产生从3马赫到5马赫的超音速速度,在试验室中创造了一个环境,在那里放置热屏蔽材料的样品来模拟进入条件。

设计上的突破是使用单个铜盘来控制管内的电弧,大大提高了温度。使用时冷却加热器,防止组件熔化。1965年,美国宇航局申请了缩节电弧加热器的专利。InEnTec在开发其电源时,利用了NASA的信息,设计了自己的等离子电弧气化专利技术。

InEnTec在俄勒冈州的气化设施将医疗废物和其他废物转化为氢气,供氢燃料电池驱动的汽车使用。除了大幅减少汽车污染(氢燃料汽车只排放水蒸气),这些系统还可以取代焚烧和专门填埋的高成本有毒废物处理。

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本文首次发表于2021年7月号yabovip16.com杂志。

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