dissociazione rifiuti solidi urbani alla luce di

LABORATORIO DI TECNICA DEL CONTROLLO AMBIENTALE
VIA P. BUCCI, Cubo 46/C - 87030 RENDE (CS) - Tel. 0984/494810 - Fax 0984/494668
C.F. 80003950781 - P.I. 00419160783
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA,
ENERGETICA E GESTIONALE (DIMEG)
Rotary International
Distretto 2080
PROGETTO TEVERE SABINA – ALTO LAZIO
Giornata di studio sul tema del trattamento e smaltimento
dei rifiuti urbani: principi e prospettive organizzative
ORTE (Interporto 7 giugno 2014
DISSOCIAZIONE RIFIUTI SOLIDI URBANI
ALLA LUCE DI NUOVE TECNOLOGIE
Adolfo Sabato
Organizzata dai Rotary Club:
Roma Appia Antica – Cassia – Castelli Romani – Centenario
Foro Italico – Mediterraneo – Nord – Ovest – Prati – Sud Ovest
Flaminia Romana – Monterotondo – Rieti – Sabina Tevere
Viterbo
1. Sistemi tradizionali per lo smaltimento dei rifiuti.
Le discariche rappresentano il metodo “storico” di smaltimento dei rifiuti.
La discarica è il luogo dove vengono stoccati indistintamente ed in modo definitivo tutti
i tipi di rifiuto derivanti dalle attività umane.
Nell’ordinamento italiano (D. Lgs. 13 gennaio 2003 n° 36, con il quale è sta recepita la
Direttiva europea 99/31/CE, sono individuate tre tipologie differenti di discarica:



discarica per rifiuti inerti;
discarica per rifiuti non pericolosi;
discarica per rifiuti pericolosi.
Le discariche vengono realizzate generalmente in terreni argillosi e quindi impermeabili, la cui impermeabilizzazione viene migliorata collocando uno o più strati di guaina
impermeabile sul fondo, per impedire la diffusione nel terreno del liquame ricco di
batteri (percolato), prodotto dalla decomposizione della frazione organica dei rifiuti
causata dal passaggio dell’acqua piovana. Il sistema è completato con la realizzazione
di un sistema di drenaggio del percolato, che viene raccolto ed inviato ad impianti per
la depurazione.
Nelle discariche si produce biogas, che può essere utilizzato per produrre energia elettrica tramite la sua combustione.
Le discariche hanno un grande impatto ambientale e producono un rilevante consumo
di territorio.
Allo stato attuale la tendenza è di utilizzarle solo effettuando la riqualificazione di
quelle esistenti, individuando nuovi siti per alleviare i problemi nelle aree di crisi in attesa di realizzazione di impianti di minor impatto.
2. Linee programmatiche della Comunità Europea.
Nell’ambito del programma di revisione del sesto programma di azione in materia di ambiente e definizione delle priorità del settimo programma di azione in materia di ambiente, il Parlamento europeo, in data 20 aprile 2012, ha adottato una risoluzione con la
quale sollecita l’adozione di un nuovo PAA (il settimo nella storia dell’Unione), con il
quale affrontare le sfide ambientali per una crescita ed uno sviluppo equilibrati e rispettosi dell’ambiente, accelerando le manovre per rallentare i cambiamenti climatici in
atto, dovuti alle azioni antropiche su tutto il pianeta, per ridurre il deterioramento dell'ecosistema.
Nel campo della gestione dei rifiuti, suggerisce di favorire l'introduzione di incentivi volti
a sostenere la domanda di materiali riciclati, in particolare se incorporati nel prodotto finale.
Richiede la piena attuazione della legislazione mediante:
a.
b.
c.
d.
e.
rispetto della gerarchia, garantendo coerenza con le altre politiche dell'UE;
determinazione di obiettivi di prevenzione, riutilizzo e riciclaggio più ambiziosi;
netta riduzione della produzione di rifiuti;
divieto di incenerimento dei rifiuti che possono essere riciclati o compostati;
divieto rigoroso di smaltimento in discarica dei rifiuti raccolti separatamente.
Inoltre, invita la Commissione a studiare i modi migliori per realizzare il miglioramento
dell'efficacia della raccolta dei rifiuti mediante:
a. espansione dell'applicazione del principio della responsabilità estesa del produttore;
1
b. pubblicazione di orientamenti riguardanti la gestione dei sistemi di recupero, raccolta e riciclaggio;
c. investimenti nel riciclaggio delle materie prime e delle terre rare, per ridurre i processi di estrazione, raffinazione e riciclaggio delle terre rare per ridurre i rischi per
l'ambiente;
d. miglioramento della raccolta e della separazione dei rifiuti per ottenere il miglior
recupero di materiali in tutte le fasi del riciclaggio: raccolta, smaltimento, pretrattamento e riciclaggio/raffinazione.
Il quadro e le modalità di azione appaiono quindi chiare e lasciano spazio a poche libertà di manovra.
3.
La produzione dei rifiuti in Europa ed in Italia.
800
9,0E+07
700
8,0E+07
7,0E+07
600
N° abitanti
Produzione
pro-capite kg/np]
L produzione dei rifiuti pro-capite, in Europa, è molto disomogenea; i consumi maggiori si hanno in Danimarca, Lussemburgo e Germania, mentre nel resto d’Europa non
differiscono molto da Stato a Stato1.
6,0E+07
500
5,0E+07
400
4,0E+07
300
3,0E+07
200
2,0E+07
Abitanti
Svezia
Spagna
Regno Unito
Portogallo
Polonia
Paesi Bassi
Norvegia
Italia
Lussembur…
Islanda
Irlanda
Grecia
Germania
Francia
Finlandia
0,0E+00
Danimarca
0
Belgio
1,0E+07
Austria
100
Produzione
pro-capite
[kg/p]
Fig. 1 – Numero di abitanti e produzione pro-capite di rifiuti in Europa.
Nella figura 1 sono riportati i valori del numero di abitanti e della produzione pro-capite degli abitati dei vari Stati, riferiti agli ultimi dati ufficiali disponibili.
Nella tabella I e nella figura 2 vengono riportate le modalità di smaltimento dei rifiuti
nei diversi Stati membri.
Si nota che solo la Germania ed i Paesi Bassi non avviano rifiuti allo smaltimento in discarica; in genere, tutti i Paesi del Nord Europa usano poco le discariche e molto gli inceneritori. Paesi come l’Italia (49%), la Grecia (82%), la Polonia (71%), il Portogallo
(62%), la Spagna (58%) e il Regno Unito (49%) utilizzano molto le discariche; la Francia
1
Dati da:
Eurostat rapporto 04.03 .2013
Environment in the EU27 (Dati 2011)
Use of economic instruments and waste management performances
European Commission (DG ENV) 2012
2
invia quasi in egual misura discarica (31%) ed incenerimento (34%)
Rifiuti totali
[t]
Rifiuti in discarica
[t]
Rifiuti inceneritore
[t]
Rifiuti riciclaggio
[t]
Rifiuti a compost
[t]
Austria
4.400.524
44.005,24
1.320.157,08
1.320.157,08
1.760.209,44
Belgio
4.868.886
48.688,86
1.801.487,69
1.947.554,26
1.071.154,84
Danimarca
3.995.266
119.857,97
2.157.443,51
918.911,13
759.100,50
Finlandia
2.674.811
1.203.665,08
588.458,48
534.962,26
347.725,47
Francia
32.792.243
10.165.595,44
11.149.362,75
5.902.603,81
5.574.681,37
Germania
49.084.027
0,00
18.651.930,11
22.087.811,97
8.344.284,52
Grecia
5.541.183
4.543.770,09
0,00
942.001,12
55.411,83
Irlanda
2.371.558
1.351.788,06
94.862,32
830.045,30
94.862,32
Islanda
167.614
122.357,90
18.437,49
23.465,90
3.352,27
31.285.178
15.329.737,34
5.631.332,08
6.257.035,65
4.067.073,17
Italia
Lussemburgo
327.149
58.886,89
114.502,29
85.058,84
65.429,88
Norvegia
2.232.533
44.650,66
1.272.543,83
558.133,26
334.879,96
Paesi Bassi
8.375.023
0,00
3.266.259,02
2.763.757,63
2.345.006,48
Polonia
9.721.997
6.902.617,97
97.219,97
1.069.419,69
1.652.739,51
Portogallo
5.170.759
3.205.870,60
982.444,21
620.491,08
361.953,13
Regno Unito
31.643.085
15.505.111,60
3.797.170,19
7.910.771,23
4.430.031,89
Spagna
24.874.005
14.426.922,73
2.238.660,42
3.731.100,71
4.477.320,85
Svezia
4.230.264
42.302,64
2.072.829,57
1.522.895,19
592.237,02
Tab. I – Produzione totale e modalità di smaltimento dei rifiuti nei diversi Stati membri
Rifiuti in discarica
Rifiuti agli inceneritori
Rifiuti per riciclaggio
Rifiuti a compost
Rifiuti [t]
2,50E+07
2,00E+07
1,50E+07
1,00E+07
5,00E+06
Svezia
Spagna
Regno Unito
Portogallo
Polonia
Paesi Bassi
Norvegia
Lussemburgo
Italia
Islanda
Irlanda
Grecia
Germania
Francia
Finlandia
Danimarca
Belgio
Austria
0,00E+00
Fig. 2 – Modalità di smaltimento dei rifiuti nei diversi Stati membri.
In Italia, la quantità di rifiuti prodotta nell’anno cui si riferisce la statistica Eurostat è di
31.285.178 t. La composizione merceologica media del rifiuto, per una città d grandi
3
dimensioni del nostro Paese è riportata nella figura seguente. La quantità prodotta per
ognuno dei componenti ivi indicati, è riportata nella figura 4.
%
35,0
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
Altro
Vaglio mm.
20
Vetro
Tessile-Legno
Metalli
Materiale
plastico
Carta cartone
Materiale
organico
0,0
Fig. 3 – Composizione percentuale del rifiuto 1.
Descrizione
Quantità [t]
Materiale organico
10.355.394
Carta - cartone
5.005.628
Materiale plastico
6.569.887
Metalli
1.470.463
Tessile - legno
2.346.388
Vetro
1.001.126
Sotto vaglio mm. 20
2.471.529
Altro
2.064.822
Quantità [t]
1,2E+07
1,0E+07
8,0E+06
6,0E+06
4,0E+06
2,0E+06
Altro
Vaglio
mm. 20
Vetro
TessileLegno
Metalli
Materiale
plastico
Carta cartone
Materiale
organico
0,0E+00
Fig. 4 – Distribuzione della quantità totale di rifiuti 1.
4.
Possibilità di riutilizzo del materiale recuperato.
Tra i materiali recuperati durante la selezione dei rifiuti, alcuni presentano un “pregio”
economico significativo (materiali metallici, carta, vetro) e sono già oggetto di un importante recupero per il riutilizzo.
Per altri materiali, al momento attuale, non sono in atto procedure rilevanti per il loro
riutilizzo; per questi materiali analizzeremo lo stato di fatto e valuteremo le possibilità
1
Riferimento:
UNI 9246:1988 appendice A - Procedura di campionamento del rifiuto.
Decreto legislativo 3 aprile 2006, n. 152, e successive modificazioni
Settembre 2012
Dati: Valore medio Città di grandi dimension
4
di incremento future del recupero per il loro riutilizzo.
Nella tabella seguente sono riepilogati i materiali interessati al processo e le quantità in
gioco.
MATERIALE PLASTICO
METALLI
TESSILI E LEGNO
6.569.887 t
1.470.463 t
2.346.388 t
VETRO
SOTTO VAGLIO
ALTRO
1.001.126 t
2.471.529 t
2.064.820 t
Tab. II – Quantità di materiali utili per il recupero nei rifiuti.
Nella figura seguente è riportata una suddivisione più fine, ottenuta con gli stessi metodi di campionamento e con riferimento alla cita Norma UNI 9246:1988 appendice A Procedura di campionamento del rifiuto e al Decreto legislativo 3 aprile 2006, n° 152, e successive modificazioni, del materiale raccolto, che può essere usato per il riuso e il riciclo.
35
%
30
25
20
15
10
Varie
Pannolini-…
Materiale inerte
Altro
Rifiuto urbani…
Vaglio mm. 20
Vetro
Imb. legno
Tessili-legno
Tessili e cuoio
Altri metalli
Imb. acciaio
Metalli
Imb. alluminio
Plastica…
Imb. plastica…
Imb. plastica…
Materiale…
Imb. cellulosici
Cartone
Giornali e…
Organico…
Carta-cartone
Organico
0
Organico…
5
Fig. 5 – Distribuzione della quantità totale di rifiuti 1.
a)
materiale organico
La quantità totale di materiale organico ammonta ad oltre 10.000.000 t.
Il compostaggio industriale consiste nel trasformare la frazione umida dei rifiuti solidi
urbani e gli scarti di produzione agricola e industriale biodegradabili in terriccio
(compost) e concime.
Dati riepilogativi sintetici sono riportati in Tab. III. Le quantità necessarie per i diversi
usi sono riportati in Tab. IV.
Allo stato attuale in Italia la quantità di umido trattata ammonta a 3.000.000 t, il
compost commercializzato è pari a 1.200.000 t1. La quantità di umido non trattata ammonta ad oltre 7.000.000 t, per cui si potrebbe ottenere, qualora fosse trattata tutta la
quota residua, una quantità di compost di circa 3.000.000 t, facilmente assorbibile dal
mercato interno.
1
Dati da:
PROGETTO C-STEP – REGIONE TOSCANA ATO 5 – ANNO 2012
5
COMPOST DI QUALITÀ
STANDARD MINIMO
Da raccolta
differenziata
Da matrice biodegrabile
con possibile utilizzo di
fanghi di depurazione
Nessuna restrizione
In agricoltura, su suoli
non a rischio di contaminazione
MATERIALE
USO
EXTRA STANDARD
Da
qualsiasi
biodegradabile
rifiuto
Non utilizzabile in agricoltura; solo per ripristini ambientali ed in
cantieri
Tab. III – Possibilità di utilizzo del compost1.
Tipo di impiego
Dose
Tipo di impiego
Colture da rinnovo
25-30 t/ha
Applicazione
piantagione
Foraggere
25-30 t/ha
Allestimenti di giardini
30-40 t/ha
Cereali autunno-vernini
10-15 t/ha
Manutenzione giardini
20-30 t/ha
Fertilizzazione in
pre-impianto
50-100 t/ha
in
buca
Dose
di
5-20 t/ha
Costruzione del verde urba-no,
ricreativi, sportivo.
50-100 t/ha
Fertilizzazione in copertura
40-60 t/ha
Ripristino aree degradate
50-100 t/ha
Pacciamatura
30-100 t/ha
Fertilizzazione in pre impianto
50-100 t/ha
Orticoltura
35-70 t/ha
Tab. IV – Quantità richieste di del compost1 in funzione dell’impiego.
b)
materiale plastico
La quantità di materiale plastico recuperabile è indicata nella tabella seguente, ottenuta dai
dati riportati nella figura 5.
Prodotto
Quantità [t]
Imballaggi cellulosici
1.376.547,8
Imballaggi plastica flessibile
2.502.814,2
Imballaggi plastica rigida
2.002.251,4
Plastica pesante
688.273,9
Tab. V – Quantità di materiale plastico disponibile per il recupero.
1
Dati da:
Tabella 7 del
WORKING DOCUMENT ON SLUDGE AND BIOWASTE
n
6
Per la normativa italiana, tra i rifiuti in plastica derivanti dai rifiuti urbani possono essere riciclati solo
i rifiuti classificati come imballaggi.
La parte rimanente è raccolta come “materiali ingombranti” se di grandi dimensioni; i materiali di
piccole dimensioni vengono smaltiti attraverso il circuito dei rifiuti indifferenziati.
La plastica separata dal resto dei rifiuti e raccolta per il recupero è costituita dai seguenti
materiali:
Plastica in film
buste e sacchetti di plastica, polietilene da imballo sottile ecc.;
Contenitori in plastica
solo contenitori per liquidi (latte, acqua, bibite, detersivi, ecc.);
Altra plastica
contenitori vari non per liquidi, plastica rigida per imballi,
polistirene ed altri poliespansi, oggetti in plastica dura in genere.
Nel materiale raccolto, si individuano essenzialmente PVC e PET, le cui caratteristiche sono
riepilogate nella tabella seguente.
PET
(polietilene tereftalato)
PVC
(cloruro di polivinile)
Formula molecolare
H
Cl
C
C
H
H
O
O
C
C
O
n
CH2
O
(C10H8O4)n
CH2
n
(C2H3Cl)n
Caratteristiche
Materiale rigido, versatile, miscelabile con composti inorganici e plastificanti
Poliestere, resina termoplastica adatta al
contatto alimentare
Prerogative
Stabile e sicuro nelle applicazioni tecnologiche a temperatura ambiente.
Estremamente pericoloso se
bruciato o scaldato ad elevate
temperature per la presenza di
cloro nella molecola.
Esiste in forma amorfa (trasparente) o semicristallina (bianca ed opaca). Viene utilizzato
anche per le sue proprietà elettriche, per la
resistenza chimica e per le prestazioni alle
alte temperature. Si decompone a t = 340 °C.
Tab. VI – Caratteristiche del PVC e del PET.
Il recupero del PVC può avvenire con le seguenti modalità:
a. miglioramento dei cicli di produzione per ridurre i rifiuti (riutilizzo degli sfridi di
lavorazione);
b. riciclo meccanico del materiale di rifiuto;
c. recupero come materia prima per altri settori produttivi;
d. recupero dell’energia (termica e/o elettrica) dai rifiuti di PVC.
In ambito europeo, per avviare le procedure di recupero del PVC presente nei rifiuti, è stata
avviata un’attività che, considerate l’entità del materiale recuperato, all’atto può essere definita sperimentale.
7
Il Consorzio volontario Vinyl Plus ha attuato un programma decennale (Vinyl 2010) con il
quale ha recuperato oltre 200.000 t/anno di rifiuti plastici.
I prodotti recuperati sono tubazioni, rivestimenti di tetti e profili di finestre con riciclo meccanico.
L’organizzazione Recovinyl facilita la raccolta, la selezione, lo smistamento e il riciclo di rifiuti
misti in PVC post-consumo, essenzialmente nel setto-re edilizia e costruzioni.
In Italia, nell’ambito del progetto Vinyl 2010, viene prodotto compound di PVC da rifiuti
post consumo di manufatti compositi di PVC rigido e plastificato e da teloni in PVC.
Il prodotto recuperato come riciclato meccanico ammonta a circa 70.000 t/a, e l’incidenza sul
materiale presente nei rifiuti è di circa il 10%.
Il recupero del PET è più complesso. Dopo la raccolta, il materiale realizzato col PET viene
separato dalle altre plastiche ed inviato ai centri di riciclaggio, per la macinazione e successiva separazione e pulitura (rimozione di carta, metalli o altri materiali plastici).
Il materiale ottenuto può essere utilizzato come:
prodotto tal quale
per la realizzazione di tappeti, cinturini e contenitori per
usi non alimentari;
prodotto miscelato
(50% di riciclato)
contenitori per acque minerali e bevande analcoliche
Le possibili soluzioni per lo smaltimento del PET recuperato sono rappresentate schematicamente nello schema seguente.
SMALTIMENTO
PET
RICICLAGGIO
RICICLAGGIO
RECUPERO
CHIMICO
MECCANICO
ENERGETICO
LAVORAZIONI
DEPOLIMERIZZAZIONE
(prodotto di qualità)
DI TIPO
MECCANICO
Fig. 6 – Diagramma di flusso possibilità di smaltimento del PET1.
Allo stato attuale, la situazione è quella riportata nella tabella seguente1.
DESCRIZIONE
Recupero complessivo
QUANTITÀ [t]
1.357.742
Raccolta differenziata di imballaggi plastici
614.190
Recupero energetico totale
743.552
Tab. VII – Caratteristiche del PVC e del PET.
1
Fonte Corepla, Anno 2010
8
c)
materiale tessile – legno
La quantità di fibre tessili e lego raccolta ammonta a 2.346.388 t.
Il ciclo del circuito di recupero e riciclo è illustrato nella figura seguente1:
(*)
RIFIUTI RICICLABILI
BANCALI
CASSETTE PER LA FRUTTA
CASSE DA IMBALLAGGIO
TRAVI DA DEMOLIZIONE
ASSI
PALLETS
MOBILI VECCHI
BOBINE CAVI ELETTRICI
POTATURE
Fig. 7 – Raccolta e recupero del legno 1.
La raccolta ed il recupero delle fibre tessili è modesta; il recupero delle fibre tessili è indirizzato alla produzione di nuovi capi di vestiario. A metà anni ’90 una importante
Azienda del settore ha sviluppato un processo di riciclaggio del tessuto denim. Più recentemente, la raccolta di indumenti dismessi da impiegare come materia prima per
nuovi capi di abbigliamento è diventata un’attività molto importante: in campo Europeo alcune Aziende recuperano abiti usati, riciclando parte del materiale per ottenere
prodotti riciclabili/biodegradabili.
d)
altro materiale
Il materiale residuo, al netto degli inerti, ammonta a 1.251.407,2 t. Quale può essere la
destinazione dei materiali non trattati o non trattabili? Inviare tutto alla discarica non
rappresenta una soluzione intelligente. E’ evidente che alcuni materiali, aventi un certo
pregio energetico, possono essere trattati in modo differente.
Nel prossimo paragrafo analizzeremo i sistemi che è possibile utilizzare.
Rifiuto urbani speciali [t]
Pannolini-assorbenti [t]
Composizione
31.285,2
1.032.410,9
Materiale inerte [t]
782.129,5
Varie [t]
187.711,1
Totale [t]
2.033.536,7
Tab. VIII – Caratteristiche del PVC e del PET.
1
Dati da:
Consorzio Nazionale per la raccolta e il recupero e il riciclaggio degli Imballaggi di legno.
n
9
5. Sistemi innovativi per il trattamento dei rifiuti solidi urbani.
La crescente difficoltà di effettuare lo smaltimento in discarica dei rifiuti solidi urbani
ha reso indifferibile la valutazione dell’applicabilità di nuovi sistemi tecnologicamente
avanzati e sostenibili dal punto di vista ambientale.
Tra i processi innovativi, quelli che prevedono la dissociazione molecolare, ai fini
dell’ottenimento di combustibili rinnovabili allo stato gassoso o liquido, sembrano
quelli che consentono di raggiungere con maggiore facilità gli obiettivi sopra cennati.
Tra i sistemi di dissociazione, particolarmente significativi sono quelli che utilizzano il
plasma come vettore termico per la dissociazione.
A valle delle attività di selezione dei materiali per il riciclo, il materiale residuo deve essere smaltito, attraverso uno dei sistemi attualmente disponibili sul mercato, che sono
essenzialmente:
a. impianti cosiddetti di termovalorizzazione;
b. impianti di scissione molecolare con produzione di gas di sintesi.
Nella normativa europea di riferimento (Direttiva 2000/76/CE sull’incenerimento), entrambe le tecnologie, sebbene impropriamente per quanto concerne la tecnica di dissociazione molecolare, sono classificate come impianti di incenerimento (cfr. Art. 3), in
quanto è classificato come impianto di incenerimento “qualsiasi unità ed attrezzatura
tecnica, fissa o mobile, destinata al trattamento termico dei rifiuti con o senza recupero
del calore di combustione.”
Il processo di termovalorizzazione del rifiuto consiste, come ben noto, in un processo di
ossidazione delle sostanze organiche comprese nei rifiuti, che costituiscono il combustibile, il cui scopo è la produzione di energia (elettrica e termica) nonché la conversione
dei rifiuti in solidi essenzialmente inerti, in modo da ridurne il volume e la massa.
Durante l’esercizio di questi impianti, nonostante le rassicurazioni degli addetti ai lavori, si osserva la formazione di sostanze inquinanti; alcune di queste sono sempre presenti, in quanto la loro neutralizzazione è praticamente impossibile da realizzare; altre,
si formano se il processo di incenerimento non viene attentamente monitorato.
Le polveri sottili costituiscono gli inquinanti praticamente ineliminabili prodotti dagli
impianti di incenerimento.
Negli impianti di incenerimento, il processo di combustione deve possedere un grado
elevato di turbolenza, onde consentire una combustione pressoché completa del rifiuto.
Il gas di combustione agisce, in ambiente turbolento, come vettore di trasporto per tutte
le particelle, le quali sono di dimensioni variabili; quelle di diametro inferiore (fino a 10
m), sfuggono ai sistemi di filtraggio a maniche o ai filtri elettrostatici, in quanto questi
sistemi non riescono a trattenere le particelle aventi dimensioni inferiori a 10 m.
Inoltre, l’acqua, sempre presente nelle emissioni degli inceneritori, è responsabile del
trasporto aereo dell’acido cloridrico sciolto, una delle cause preminenti nella formazione del fenomeno delle piogge acide.
Infine, negli inceneritori, a causa dell’elevato valore dell’eccesso d’aria con cui deve avvenire la combustione, con conseguente realizzazione di un ambiente molto ricco di ossigeno, si origina la produzione di diossine e furani.
Infatti queste si formano come combinazione tra componenti organici con anelli aromatici e cloro e questa combinazione viene favorita dalla presenza, in grandi quantità, di
ossigeno, con conseguente necessità di realizzare costose camere di post combustione,
10
che mitigano gli effetti della reazione organica, ma non ne eliminano completamente la
presenza.
5.1 Impianti di scissione molecolare con produzione di gas di sintesi.
Lo smaltimento dei rifiuti mediante scissione molecolare con produzione di gas di sintesi, può avvenire per mezzo di diversi processi.
Il processo di decomposizione termochimica di materiali organici può essere ottenuto
fornendo calore in assenza pressoché completa di agente ossidante (ossigeno, assente a
meno della quantità contenuta nel materiale che viene dissociato), sfruttando un flusso
caldo di un gas inerte quale l’azoto, oppure fornendo modeste quantità di ossigeno durante il processo di riscaldamento.
In entrambi i casi, il materiale organico, durante il riscaldamento, subisce la rottura dei
legami chimici originari, con formazione di molecole più semplici.
Il processo di dissociazione molecolare ottenuto in completa assenza di ossigeno è detto
pirolisi. Esso trasforma il materiale dallo stato solido in prodotti liquidi (tar), gassosi
(syngas), e solidi (char), in proporzioni che dipendono dal metodo di pirolisi utilizzato
(veloce, lento, o convenzionale).
Quando la rottura dei legami chimici viene ottenuta grazie al riscaldamento del materiale in presenza di ossigeno, si realizza un processo di combustione che genera calore e
produce composti gassosi ossidati.
La composizione chimica ed il potere calorifico del syngas dipendono dalle caratteristiche del rifiuto trattato, comunque i principali componenti sono: idrogeno (H2), metano
(CH4), monossido di carbonio (CO) e biossido di carbonio (CO2).
Allo stato attuale, i sistemi maggiormente utilizzati per la produzione di syngas dai rifiuti, operano in ambiente leggermente ossidante, in presenza di piccole quantità di ossigeno, e si distinguono essenzialmente in:
impianti a temperatura medio/bassa
impianti ad elevata temperatura
impianti ad elevatissima temperatura
impianti ad induzione
400 °C ÷
1000 °C ÷
5000 °C ÷
1100 °C ÷
650 °C
1300 °C
13000 °C
1700 °C
5.2 Impianti a temperatura medio/bassa
Negli impianti a temperatura medio/bassa, un bruciatore di servizio, funzionante a gas
naturale e installato nella parte superiore del contenitore ove avviene la gassificazione,
viene avviato per creare le condizioni di innesco; una volta avviato il processo, il bruciatore viene spento e il processo si sostiene grazie alla parziale ossidazione del carbonio presente nei rifiuti. Nel caso il processo di gassificazione rallenti, per effetto della
diminuzione di temperatura all’interno del sistema, il processo di dissociazione molecolare viene riattivato con l’entrata in funzione del bruciatore.
Il limite di questa tecnologia consiste nel fatto che, ogni volta che è richiesto l’intervento
del bruciatore, è necessario insufflare aria in eccesso per consentire la combustione del
gas e questo comporta un aumento della possibilità di formazione di diossine e di ossidi
di azoto.
11
AZIONE
APPARECCHIATURA
Rimozione dei trascinamenti oleosi e particolati più pesanti
Ciclone
Sistema di raffreddamento
Sistema di filtrazione a letto di
soda e carboni attivi
Assorbimento dei trascinamenti e neutralizzazione dei gas
acidi (metalli pesanti, alogeni, TAR)
Colonna di lavaggio a doppio
stadio
Correzione finale e rimozione dei gas acidi e TAR più leggeri,
ed eventuale blocco di idrogeno solforato
Sistemi aggiuntivi specifici
Rimozione componenti aggiuntive (diossine, furani, ecc.)
Tab. IX – Composizione tipica del sistema di lavaggio del gas.
Il gas prodotto, caratterizzato da presenza trascurabile di particelle solide, assenza pressoché totale di composti solforosi e di NOx, e nel quale i vapori metallici sono assenti,
viene sottoposto a purificazione per la indubitabile presenza di composti organici del
cloro e di gas acidi e per ottenere la rimozione degli idrocarburi pesanti e del particolato.
Nella tabella VIII è riportata la composizione tipica di un sistema di lavaggio del gas
per questa tipologia di impianto.
I prodotti trattenuti durante la fase di purificazione, in fase solida o liquida (particelle
solide, idrocarburi pesanti, catrami ecc.) vengono reinseriti nel sistema di gassificazione,
per l’ulteriore recupero energetico.
SYNGAS
MASSA DI CARICO
(100%)
CELLA DI
DISSOCIAZIONE
MOLECOLARE
FILTRI
GAS
CENERI (5%)
Fig. 8 – Schema a blocchi di un impianto di produzione syngas.
Nell’impianto che tratta i rifiuti solidi urbani, vengono immessi rifiuti sottoposti a selezione, quindi senza metalli, vetro e plastiche. E’ possibile, però, che piccole quantità di
questi materiali possano arrivare nella camera di gassificazione con il sottovaglio, che è
sempre piuttosto sporco. In ogni caso, una immissione di materiale plastico aumenta
l’efficienza della torcia in quanto aumenta il potere calorifico del syngas prodotto.
Il materiale a base di carbonio si trasforma in gas, vapore d’acqua e residuo solido (sali
minerali), quindi la presenza di vetri è dovuta al materiale contenuto nel sottovaglio.
12
Nelle ceneri, che rappresentano circa il 5% del materiale immesso nell’impianto, non
sono presenti residui carboniosi, ma la presenza di residui metallici e di vetro le rende
inutilizzabili in agricoltura.
5.3 Impianti a temperatura elevata ed elevatissima
Gli impianti a temperatura elevata ed elevatissima, utilizzano il plasma come vettore
termico.
Il plasma è un gas ionizzato composto da ioni, elettroni e particelle neutre. Ioni e neutri
sono considerati particelle pesanti e possono essere in uno stato eccitato a causa
dell’elevata energia contenuta nel plasma. Particelle in stati eccitati possono tornare allo
loro stato fondamentale per mezzo di emissione fotonica.
La miscela di ioni, elettroni, neutri in stato ground, specie eccitate, e fotoni viene detta
plasma se la carica positiva bilancia quella negativa, cioè il plasma globalmente risulta
essere elettricamente neutro.
Diversamente dai gas ordinari, i plasmi sono elettricamente conduttivi, a causa della
presenza di portatori di carica liberi, e possono raggiungere conduttività elettriche
maggiori di quelle dei metalli a temperatura ambiente. Anche la conduttività termica di
un plasma differisce in modo significativo da quella di un gas. Trascurando i processi di
termodiffusione, il gas cede energia all’ambiente circostante solo per conduzione atomica (collisione atomo-atomo), mentre il plasma perde energia anche per diffusione di
energia chimica (energia di dissociazione) oltre che per processi di conduzione termica
degli altri costituenti del plasma (elettroni e ioni).
Consideriamo un gas contenuto in un recipiente chiuso e forniamo calore. Quando la
temperatura raggiunge un valore sufficientemente alto, le molecole del gas si dissociano
in singoli atomi.
Questi si muovono rapidamente in modo caotico, entrando in collisione tra loro in
modo del tutto casuale. La velocità media del moto termico disordinato degli atomi,
cresce proporzionalmente alla radice quadrata della temperatura assoluta del gas. Essa
è tanto più grande quanto più legge- ro è il gas, cioè quanto più piccolo è il numero
atomico della sostanza.
Stato Solido
Stato Liquido
Stato Gassoso
Plasma
Fig. 9 – Stati della materia
L’atomo è costituito dal nucleo, carico positivamente, nel quale è concentrata quasi tutta
la massa dell’atomo, e dagli elettroni, in orbita intorno al nucleo. Nell’urto tra un atomo
ed una qualsiasi particella veloce, uno degli elettroni più esterni può essere strappato
dall’atomo, che si trasforma così in uno ione positivo. E’ proprio questo fenomeno di
ionizzazione a caratterizzare in gran parte il processo di riscaldamento della materia. A
temperature piuttosto elevate il gas quindi risulta composto sostanzialmente da ioni
positivi e da elettroni liberi strappati agli atomi. Con l’aumentare della temperatura, la
13
percentuale degli ioni e degli elettroni nella miscela aumenta. Quando il gas, in equilibrio termico con l’ambiente che lo circonda, raggiunge la temperatura di alcune decine
di migliaia di gradi, la maggior parte degli atomi che lo costituiscono risulta ionizzata.
Maggiore è il numero atomico, maggiore è il numero degli elettroni nell’atomo e più
forte è il legame degli elettroni degli strati più interni col nucleo atomico. Per queste ragioni la ionizzazione completa degli atomi di elementi pesanti avviene solo a temperature molto alte (decine di milioni di °C). Nel suo insieme, il gas continua però a restare neutro, perché la ionizzazione non produce eccessi di cariche.
Esempi di plasmi naturali sono i lampi e l’aurora boreale. Questi due fenomeni di plasma avvengono rispettivamente ad alta e bassa pressione. La pressione del plasma influenza non solo la propria luminosità (bassa nei plasmi tenui) ma anche l’energia delle
varie componenti del plasma e il loro stato termodinamico. I plasmi vengono caratterizzati in termini di temperatura elettronica e del numero di particelle cariche per unità di
volume, come mostrato nella figura seguente.
108
Nucleo del Sole
Nebulose
Corona Solare
Fulmini
106
104
109
1015
1021
1027
[Particelle cariche/ m3 ]
Fig. 10 – Tipi di plasma
Il plasma, che nell’utilizzo di nostro interesse è parzialmente ionizzato, viene prodotto
mediante archi elettrici ad alta corrente, generati in un gas a pressione atmosferica.
Le particelle di plasma
Le particellecon
di le
plasma
interagiscono
molecole
interagiscono
con le
del rifiuto
molecole del rifiuto
Le molecole del rifiuto sono
Le
molecole
del rifiuto
dissociate
in componenti
sonoatomici
dissociate
in componenti atomici
Ricombinazione verso
Ricombinazione
verso
molecole con struttura
molecole
con struttura
semplice
semplice
Fig. 11 – Dissociazione del rifiuto in molecole più semplici
In tal modo gli atomi del gas vengono parzialmente ionizzati, generando il plasma.
14
Questo gas ionizzato, denominato “plasma termico”, è generato da un sistema chiamato
“torcia al plasma”. Tra gli elettrodi della torcia, si stabilisce una differenza di potenziale,
per cui si genera un arco elettrico alimentato generalmente da corrente continua, in
modo da generare il plasma.
La torcia converte l’energia elettrica in calore e il plasma trasporta l’energia termica al
rifiuto da smaltire. Come fluido da ionizzare può essere utilizzata aria, azoto, argon.
Le torce possono essere del tipo ad arco trasferito e del tipo ad arco non trasferito.
Nelle torce del primo tipo, l’arco elettrico viene generato tra un elettrodo interno alla
torcia ed uno esterno.
Nel secondo tipo di torcia, l’arco elettrico è generato tra gli elettrodi posti all’interno
della torcia.
La temperatura degli elettroni e ioni del plasma è dell’ordine di 1-2 eV che corrispondono ad una temperatura media della massa del gas di processo compresa fra 10.000 e
20.000 °C.
Il gas ionizzato provoca la decomposizione delle molecole organiche, mentre i materiali
inorganici vengono ridotti in cenere, negli impianti che funzionano a temperatura più
bassa, ed in scorie vetrificate negli altri.
Nella zona di reazione, ove i rifiuti organici si decompongono, il carbonio è libero di
reagire con l’ossigeno, formando un gas di sintesi essenzialmente composto da ossido
di carbonio ed idrogeno molecolare.
Nei processi chimici legati alle varie fasi, non si hanno emissioni di gas tossici, quali
diossine, furani e SVOCs (Composti Organici Volatili Semilavorati), non si ha produzione di scorie e ceneri di fondo contenenti materiali incombusti e metalli pesanti, e non
vengono prodotte ceneri volanti contenenti metalli pesanti (cadmio, mercurio, piombo,
ecc).
I principali prodotti generati dal processo sono:
Gas di sintesi: tutti gli elementi organici contenuti nei Rifiuti Solidi Urbani si trasformano in gas di sintesi, essenzialmente composto da N2 (48,4%), H2 (14,5%), CO (21%), CO2
(9,7%), con qualche percentuale di CH4 (1,6%) e O2 (2,4%), biossido di carbonio e metano.
Ceneri alcaline (negli impianti a temperatura elevata): gli elementi inorganici vengono
trasformati in ceneri alcaline. Il materiale ottenuto, pari a circa il 5% del materiale immesso nel sistema, è utilizzabile come ammendante nell’agricoltura oppure come stabilizzanti di cementi e calcestruzzi.
Materiale di tipo lavico (negli impianti a temperatura elevatissima): gli elementi inorganici vengono fusi e trasformati in una roccia di tipo vulcanico, una specie di lava totalmente inerte e non tossica, a bassissima viscosità, nella cui matrice vetrosa sono inglobati e totalmente inertizzati i metalli pesanti. Il materiale di sintesi ottenuto è utilizzabile come materiale da costruzione (es., massicciate stradali, conglomerato cementizio,
materiale di riempimento ecc.).
Le fasi del processo di dissociazione dei rifiuti sono riportate nella figura 6. All’inizio, il
materiale (solido, liquido o allo stato gassoso) viene inserito nel contenitore. La dissociazione in ambiente riducente, sigillato e leggermente in depressione avviene nel crogiolo. Nello scambiatore di calore il syngas in uscita dal crogiolo viene raffreddato e
successivamente filtrato in apposi filtri. Infine, nelle colonne impaccate, avviene la neutralizzazione del syngas.
15
Dopo la neutralizzazione il gas viene avviato all’utilizzo, mentre i silicati fusi ed i metalli fuoriescono dal crogiolo.
Nel crogiolo, dove vengono inseriti i rifiuti e nel quale è presente la torcia al plasma,
avviene la dissociazione dei materiali con la conseguente produzione di gas di sintesi e
di residui solidi.
Fig. 12 – Crogiolo
INGRESSO
ACQUA
ALIMENTAZIONE
INGRESSO GAS
USCITA ACQUA
SCHERMO
ESTERNO
ELETTRODO
POSTERIORE
GENERATORE DI
VORTICE DI GAS
COLLIMATORE
ELETTRODO
ANTERIORE
TORCIA AD ARCO
NON TRASFERITO
TORCIA AD ARCO
TRASFERITO
Fig. 13 – Torcia al plasma
Nella figura successiva sono mostrate, sinteticamente, le fasi del ciclo.
step 1
step 2
step 3-4-5
il materiale (solido, liquido o allo stato gassoso) viene inserito nel
contenitore;
avviene la dissociazione in ambiente riducente, sigillato leggermente in
depressione;
realizzazione fasi raffreddamento, filtraggio e neutralizzazione.
16
Carico
All'utilizzo
Serbatoio
Scambiatore
di calore
Crogiolo
Filtro
Colonne
Impaccate
Residuo
Solido
Fig. 14 – Diagramma di flusso del processo
Il gas di sintesi può trovare diversi utilizzi. Da esso si può produrre idrogeno oppure
può essere utilizzato per produrre elettricità e calore, oppure combustibili sintetici come
etanolo o syn-diesel.
Il processo di conversione del syngas in diesel-sintetico o etanolo avviene tramite il processo Fischer-Tropsch.
La produzione di energia termica ed elettrica può essere ottenuta utilizzando impianti a
ciclo combinato, oppure impianti che utilizzano motori endotermici.
Gli impianti a ciclo combinato, dei quali nella figura seguente è riportato un tipico
schema funzionale, utilizzano il syngas per alimentare una turbina a gas; i gas esausti in
uscita dalla turbina vengono raffreddati in uno scambiatore di calore, ove viene prodotto vapore che alimenta una turbina sul cui asse è calettato un generatore di corrente.
Il calore, che può essere utilizzato all’esterno della centrale, è ottenuto dal condensatore
del ciclo termodinamico a vapore.
Questa tipologia di impianto presenta un buon rendimento elettrico.
msyngas = 1,66 Nm3/s
p.c.i. = 10,5 MJ/Nm3
E = 17,5 MJ
Output elettrico lordo totale = 7,76 MJ
Rendimento elettrico totale = 44 %
Rendimento tewrmico totale = 26 %
Combustore
Output elettrico
6,78 MJ
Compressore
Turbine a Gas
Generatore
Pompe
Acqua dal condensatore
5,135 MJ
Condensatore
4,6 MJ
ma = 1,92 kg/s
t = 673 K
p = 41 bar
Output elettrico
0,98 MJ
Turbina a Gas
Generatore
Pompa
Al condensatore
Fig. 15 – Schema funzionale per un impianto a ciclo combinato.
17
Nella figura precedente è riportato lo schema funzionale per un impianto di cogenerazione a ciclo combinato con turbina a gas e turbina a vapore, alimentato con syngas
prodotto da un tipico impianto di dissociazione molecolare.
Nella figura seguente è riportato lo schema funzionale per un impianto di cogenerazione che utilizza un motore endotermico, alimentato con syngas prodotto da un tipico
impianto di dissociazione molecolare.
msyngas = 1,66 Nm3/s
p.c.i. = 10,5 MJ/Nm3
E = 17,5 MJ
Output elettrico lordo totale = 5,77 MJ
Rendimento elettrico totale = 33 %
Rendimento termico totale = 39 %
Output elettrico = 5,77 MJ
Generatore
6,9 MJ
Fig. 16 – Schema funzionale di impianto di cogenerazione con motore endotermico
Nella figura 15 è riportato il bilancio di energia per un impianto che smaltisce 100 t/d
di RSU selezionati, relativo ad un impianto combinato, che utilizza in testa un ciclo
Brayton-Joule, ed in cascata un ciclo Rankine.
Mediamente, dal trattamento di 100 t/d di RSU trattato, avente pci = 13,6 MJ/kg, si ricava una portata massica di syngas di 1,69 Nm3/s, avente pc i pari a 10,5 MJ/Nm3. Questa quantità di combustibile, produce n’energia disponibile di 17,5 MJ. Mediante
l’espansione in turbina, sull’alternatore si ottiene, al netto dell’energia necessaria per il
funzionamento del compressore,. un’energia elettrica pari 6,78 MJ.
I gas esausti in uscita dalla turbina vengono utilizzati per produrre vapore d’acqua per
la realizzazione del ciclo Rankine. Sull’alternatore calettato sull’asse della turbina a
vapore, si ottiene un’energia elettrica di 0,98 MJ, e quindi si ottiene un’energia elettrica totale pari a 7,76 MJ, mentre dal condensatore è possibile ottenere una energia
termica pari a 4,6 MJ. Il rendimento elettrico del ciclo ideale è el = 0,44, mentre il
rendimento termico è t = 0,26.
L’utilizzo della stessa quantità di syngas in un motore endotermico, rende disponibile una quantità di energia elettrica pari a 5,77 MJ, ed un’energia termica pari a 6,9
MJ, con un rendimento elettrico el = 0,33 ed un rendimento termico t = 0,29. Il rendimento termico può essere aumentato raffreddando i gas esausti di combustione
prima dell’immissione in atmosfera, operazione auspicabile anche dal punto di vista
ambientale. Riducendo la temperatura di questi gas fino a t = 250 °C, si rende disponibile, a spese del calore sensibile dei fumi, un’energia di circa 1,4 MJ.
Dall’energia elettrica prodotta, prima dell’immissione nel rete elettrica di distribuzione, deve essere detratta l’energia per il funzionamento della torcia, pari a circa il
18
45% per l’impianto a temperatura elevatissima, e a circa l’11% per l’impianto a temperatura elevata.
La possibilità di utilizzare nella torcia, oltre agli RSU, altri materiali, come i materiali
plastici disponibili a valle della separazione conseguente alla raccolta differenziata, aumenta significativamente il rendimento del processo. Ad esempio, se al materiale base
che costituisce il prodotto utilizzato nei cicli termodinamici precedentemente illustrati,
si aggiunge il 10% di plastica de il 10% di residui di pneumatici, di modo che il potere
calorifico inferiore passa da pci = 13,6 MJ/kg al valore pci = 17,3 MJ/kg (incremento di
circa il 25%), la quantità di syngas passa da 1,69 Nm3/s al valore 1,84 Nm3/s, con evidenti benefici sul bilancio energetico ed economico.
Il sistema di dissociazione molecolare permette di trattare, oltre agli RSU e CDR, diverse tipologie di rifiuti e scarti industriali all’interno dello stesso ciclo di trattamento,
compatibilmente con la legislazione vigente.
Le sostanze che possono essere trattate sono:

PCBs o sostanze organiche clorurate;

rifiuti ospedalieri e farmaceutici;

rifiuti derivanti da allevamenti animali

pneumatici usati e plastica mista non riciclabile;

rifiuti domestici tossici e non tossici;

rifiuti industriali tossici e non tossici ;

rifiuti da raffinerie e industria petrochimica;

oli minerali e vegetali;

biomasse vegetali;

materiali inorganici.
6. Impatto ambientale del processo al plasma.
Dal punto di vista ambientale, l’impianto di produzione di energia elettrica e termica
offre sicure garanzie di impatto ambientale trascurabile. Esso è caratterizzato dalla
emissione pressoché nulla di diossina e furani:
PCDD/PCDF < 0.009 g/Nm3
200
ppm
200
180
160
140
120
Inceneritore
100
Plasma
80
60
50
50
35
40
20
0,45
29
25
0,035
30
0,03
0
1 2
SO
2
HCl
3CO
4 NOX
5Polveri
Fig. 17 - Raffronto fra le emissioni di un inceneritore e quelle di un impianto al plasma [ppm]
19
Gli inquinanti gassosi immessi in atmosfera presentano un livello molto basso. Nella figura seguente è riportato un raffronto fra le emissioni di un impianto di incenerimento
tradizionale e quelle di un impianto di dissociazione molecolare al plasma che produce
energia.
Nella figura seguente è riportato il confronto fra i metalli pesanti emessi da un impianto
di incenerimento e quelli emessi da un impianto di dissociazione molecolare al plasma
che produce energia.
50
g/Nm3
50
45
45
40
35
30
24
Inceneritore
25
Plasma
20
15
10
5
0,021
0,057
0,029
0
1
Mercurio
2
Piombo
3
Cadmio
Fig. 18 –Emissioni di metalli pesanti di un inceneritore e di un impianto al plasma [g/Nm3]
L’inquinamento è inferiore anche per la possibilità di utilizzare cicli termodinamici più
efficienti. Gli impianti per la produzione d’energia elettrica associati ad un sistema di
gassificazione al plasma possono utilizzare, come precedentemente detto, un ciclo combinato, che ha una elevata efficienza complessiva, mentre con gli impianti di incenerimento si può utilizzare solo il ciclo Rankine, che ha rendimenti complessivi molto più
bassi.
In alternativa, come detto precedentemente, un impianto composto da una sezione di
gassificazione al plasma abbinata ad un reattore FTS è in grado di ottenere combustibili
liquidi con una elevata efficienza. Questa opzione non può essere realizzata negli impianti di incenerimento.
Col processo di gassificazione mediante plasma, può essere ottenuto idrogeno, semplicemente per separazione. Questa possibilità non esiste per gli impianti di incenerimento.
Infine, l’impianto di gassificazione al plasma consente, contrariamente a quanto possibile con gli inceneritori, di trattare contestualmente diverse tipologie di rifiuti.
7. Esempi di utilizzo dei sistemi al plasma ad elevata temperatura
Il gas di sintesi ottenuto dalla dissociazione molecolare può avere molteplici utilizzi.
A titolo di esempio, indichiamo la possibilità di utilizzare il prodotto ottenuto per la
movimentazione dei bus urbani e per la produzione di energia elettrica e termica.
Nella tabella seguente, è riportato, in funzione del percorso medio giornaliero di un bus
urbano, pari a 150 km, e del consumo al chilometro di idrogeno per consentire il movimento, pari 0,25 kg/km, il calcolo per determinare il numero di bus che possono essere
alimentati utilizzando l’idrogeno prodotto da una torcia al plasma che opera in un impianto che tratta da 25 t/giorno, pari a circa 489 kg.
20
Grandezza
Quantità
u. m.
Consumo al Chilometro
0,25
kg/km
Consumo energetico al km
32,6
MJ
Consumo energetico al km
9,06
kWh
Distanza giornaliera coperta da un bus
150
km
Consumo energetico giornaliero
4.850
MJ
Consumo energetico giornaliero
1.359
kWh
Quantità di Idrogeno prodotta al giorno
480
kg
Energia Idrogeno prodotta al giorno
68.064
MJ
Energia Idrogeno prodotta al giorno
18.907
kWh
Numero di autobus alimentabili
13
Tab. X – Determinazione dei bus alimentabili con l’idrogeno prodotto da una torica da 25 t/giorno
Di seguito viene invece riportato il flusso economico di un impianto di produzione di
energia elettrica e termica alimentato con il syngas prodotto da una torcia al plasma che
opera in un impianto che tratta da 25 t/giorno.
Configurazione Impianto (t/day)
Costo impianto (€)
Opere accessorie (€)
TOTALE (Versione produzione energia elettrica)
25
5.000.000,00
1.000.000,00
(€)
Potenza elettrica lorda impianto (kW)
Potenza elettrica assorbita dalla torcia (kW)
Potenza elettrica netta impianto (kW)
% Energia elettrica per autoconsumo
Energia elettrica disponibile per la vendita (MWh/anno)
Energia termica prodotta dall'impianto (MWh/anno)
6.000.000,00
580,00
80,00
500,00
13,79
4.140
4.802
Valutazioni economiche impianto per vendita energia elettrica e calore
COSTI DI GESTIONE
Costo annuo manutenzione impianto e gestione
Spese per personale
RICAVI
Incasso smaltimento rifiuti (70 €/t)
Incasso vendita energia elettrica (contributo omnicompremsivo 206 €/MWh)
Incasso vendita calore (50 €/MWh)
Utile operativo prima degli ammortamenti
Quota annuale leasing (15 anni)
Utile prima della tassazione
77.260,00
72.000,00
638.750,00
852.840,00
240.120,00
1.582.450,00
592.891,00
989.559,00
Tab. XI – Flusso impianto di produzione di energia elettrica e termica.
8. Impianti realizzati
Negli ultimi anni sono stati realizzati impianti al plasma con tecnologia a temperatura
elevata in Messico, North Virginia e California del Sud (Amber).
L’impianto da 25 t/d ha dimensioni ridotte, e può essere trasportato su di un Tir. La
superficie occupata è modesta [dimensioni (36,5 x 30,5) m, superficie occupata circa
21
1.100 m2]; le foto seguenti mostrano un prototipo dell’impianto.
Fig. 19 –Prototipo di torcia al plasma da 25 t/d.
9. Conclusioni
E’ stata effettuata una analisi dei sistemi di ultima generazione disponibili sul mercato
per lo smaltimento dei rifiuti solidi urbani.
Dall’esame comparato di tutti gli aspetti tecnici, ambientali e gestionali, l’impianto più
interessante, per la possibilità di ricavare adeguate quantità di energia elettrica e ter22
mica, per la facilità con la quale può essere gestito e per la versatilità, caratteristiche cui
si aggiunge un ridotto impatto ambientale, è quello a dissociazione molecolare mediante torcia al plasma ad elevata temperatura.
L’uso degli impianti ad elevatissima temperatura è limitato ai casi in cui è necessario
trattare rifiuti che si dissociano a temperature elevate (metalli ferrosi e non ferrosi, vetro, ecc.), oppure materiali il cui smaltimento è rischioso con altre tecnologie (rifiuti
ospedalieri e farmaceutici, rifiuti tossici, ecc.)
Bibliografia
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23

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