utilizzo delle biomasse nella gestione dei rifiuti e per ... · pirolisi: pirolisi: ... biomasse,...

Utilizzo delle Utilizzo delle biomassebiomasse

nella gestione nella gestione dei rifiuti e per la produzione di dei rifiuti e per la produzione di

energiaenergia

Prof.

Franco CotanaCentro di Ricerca sulle Biomasse

(CRB)

Università

degli Studi di Perugia

Classificazione dei Rifiuti (D.Lgs

152/06)

•

Urbani:

domestici, non pericolosi provenienti da locali e luoghi adibiti ad usi diversi da quello domestici ma ad essi assimilati per qualità

e quantità

spazzamento

strade, giacenti su strade e aree pubbliche, vegetali provenienti da aree verdi, attività

cimiteriali;

•

Speciali:

attività

agricole, attività

di demolizione e costruzione, lavorazioni industriali, lavorazioni artigianali, attività

commerciali, attività

di servizio, attività

di recupero e smaltimento rifiuti (es. fanghi), ospedali, macchinari e apparecchiature obsolete, veicoli a motore, combustibile derivato da rifiuti, derivanti da attività

di selezione degli RSU

Secondo l’origine

Classificazione dei Rifiuti (D.Lgs

152/06)

•

Pericolosi:

le modalità

di definizione dei rifiuti pericolosi sono indicate dal D.Lgs. 152/06. I rifiuti possono essere pericolosi per definizione (es. scarti di olio sintetico, filtri dell’olio, …) o in base alla composizione (es. presenza di metalli pesanti).

•

Non pericolosi

Secondo le caratteristiche di pericolosità

RIFIUTI: PROBLEMA O RISORSA?

RSU:

La produzione pro-capite è

in continuo aumento nei paesi industrializzati

• USA

> 2 kg/giorno persona

• ITALIA

> 1 kg/giorno persona

Con il benessere tende ad arricchirsi anche la composizione dei rifiuti, poiché diminuisce la frazione organica umida putrescibile ed aumenta la

frazione non

biodegradabile.

Caratteristiche medie dei Rifiuti Solidi Urbani prodotti in Italia

Composizione merceologica media dei rifiuti solidi urbani e rinnovabilità

CONTENUTO ENERGETICO DEGLI RSU IN ITALIA:

Frazione Potere calorifico inferiore [MJ/Kg]Carta 15.2

Plastica 40.7 Scarti di cibo 6.6

Tessuti 13.5 Legno 16.7

Pannolini 7.2 Scarti di giardinaggio 6.1

Componenti elettronici 2.4 Altre (valore medio) 6

Pericolosi 6

Fonti: H. L. Erichsen, M. Z. Hauschild:

Technical data for waste incineration -

background for modelling of product-specific emissions in a life cycle assessment context, Department of Manufacturing Engineering, Technical University of Denmark, aprile

2000.

Fonte: Rapporto APAT 2007Fonte: Rapporto APAT 2007

Sistemi di smaltimento

• Raccolta differenziata;

• Discarica;

• Compostaggio;

• Incenerimento / Termovalorizzazione.

Raccolta differenziata

Separazione:

Materiali ferrosi;

Sostanze organiche putrescibili;

Vetro;

Carta, Tessuti, Legno;

Plastica.

Risparmi di energia derivanti dai mancati consumi per la produzione dei materiali recuperati

Discarica controllata

È

il metodo più

diffuso per i bassi costi di impianto e di esercizio.

-Comporta la perdita indiscriminata della frazione

merceologica riciclabile.Classificazione (D.Lgs. 36/2003):

Categoria a):

discarica per rifiuti inerti;

Categoria b):

discarica per rifiuti non pericolosi;

Categoria c):

discarica per rifiuti pericolosi;

Percolato -

Scelta di terreni con buone caratteristiche di impermeabilità;

-

Distanza da corsi d’acqua e falde;

-

Impermeabilizzazione fondo e pareti;

-

Sistemi di raccolta del percolato.

Discarica controllata

Il BIOGAS

va recuperato

(cattivi odori ed effetto serra)

I processi possono durare anche 10 –

20 anni

Produzione 3,5 x 10 -4 m3/h per m3

di RSU

Potere Calorifico

15 MJ/m3

Impianti di compostaggio

Riguardano la frazione organica putrescibile;

Fermentazione aerobica indotta da micro organismi già presenti o inoculati nei rifiuti stessi;

Processi che avvengono in aria (BIO-OSSIDAZIONE)

o Umidità

≈ 50 %

o T

> 55 °C

o Aerazione

: 5 m3/h per tonnellata di materia organica

Fermentazione naturale Alcuni mesi

Fermentazione artificiale Qualche settimana

COMPOSTCOMPOST

→→

Terriccio fertile per lTerriccio fertile per l’’agricolturaagricoltura

Incenerimento e termovalorizzazione

•

Notevole riduzione in Volume;•

Possibilità

di produrre energia termica e/o elettrica.

Rapida diffusione negli anni 60 e 70;

Luglio 1976 ICMESA SEVESO (MI): nube di Diossina → messa al bando delle tecnologie di incenerimento

Oggi l’Italia è il fanalino di coda nei paesi industrializzati per la percentuale di RSU inceneriti:

Giappone 75%

Danimarca, Svezia 60%

Germania, Francia 40%

G. Bretagna, USA 15%

Italia 7%

Incenerimento e termovalorizzazione

Tecnologie:

Forno a griglia

Forno rotante

Combustione a letto fluido

Post Combustione: Garantisce la termodistruzione

dei microinquinanti

T 950 –

1200 °C

v 10 m/s

O2

> 6%

Limiti stringenti di emissioni 0,004 mg/m3

per diossine e furani

Combustibile:CDR (RDF) (fiocchi, pastiglie, mattonelle)

RSU tal quale

TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONETECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE::

FORNO A GRIGLIA:FORNO A GRIGLIA: ATTUALMENTE CONSIDERATO IL TIPO DI FORNO ATTUALMENTE CONSIDERATO IL TIPO DI FORNO PIUPIU’’ ADATTO ALLO ADATTO ALLO SMALTIMENTO DI RSU (GRIGLIA MOBILE IN 6 VERSIONI DIFFERENTI), HASMALTIMENTO DI RSU (GRIGLIA MOBILE IN 6 VERSIONI DIFFERENTI), HA RAGGIUNTO RAGGIUNTO ELEVATISSIMI LIVELLI DI EFFICIENZA (>99%) E AFFIDABILITAELEVATISSIMI LIVELLI DI EFFICIENZA (>99%) E AFFIDABILITA’’, CON CAPACITA, CON CAPACITA’’ NOMINALI DI OLTRE NOMINALI DI OLTRE 600 t/g. CONSENTONO UN ESERCIZIO DI 7000600 t/g. CONSENTONO UN ESERCIZIO DI 7000--8000 t/anno E PERIODI DI FUNZIONAMENTO 8000 t/anno E PERIODI DI FUNZIONAMENTO ININTERROTTO. SONO IN GRADO DI BRUCIARE OLTRE RSU TAL QUALE, ANCININTERROTTO. SONO IN GRADO DI BRUCIARE OLTRE RSU TAL QUALE, ANCHE SOVVALLI, RDF E HE SOVVALLI, RDF E PICCOLE QUANTITAPICCOLE QUANTITA’’ DI FANGHI E RSO (mescolati opportunamente ai RSU). I MINORI ECCDI FANGHI E RSO (mescolati opportunamente ai RSU). I MINORI ECCESSI ESSI DD’’ARIAARIA RICHIESTI E LE MINORI DIPERSIONI TERMICHE CONSENTONO DI CONDURRERICHIESTI E LE MINORI DIPERSIONI TERMICHE CONSENTONO DI CONDURRE IL PROCESSO SENZA IL PROCESSO SENZA APPORTO DI COMBUSTIBILE AUSILIARIO.APPORTO DI COMBUSTIBILE AUSILIARIO.

COMBUSTIONE TOTALE:COMBUSTIONE TOTALE:RIFLETTE L’IDEA DI BRUCIARE SEMPLICEMENTE IL RIFIUTO, GRAZIE AL SUO ELEVATO

CONTENUTO DI MATERIALI COMBUSTIBILI. SEDE NATURALE E’

IL FORNO, CAPACE DI PORTARE IL COMBUSTIBILE IN TEMPERATURA, FAVORENDONE L’ACCENSIONE, E DI CONVOGLIARE I FUMI PRODOTTI ATTRAVERSO IDONEE SEZIONI DI RECUPERO TERMICO, TRATTAMENTO DEPURATIVO E SCARICO IN ATMOSFERA.

Schema tipo per combustore RSU con tecnologia a griglia fissa

Schema tipo per combustore RSU a griglia mobile


FORNO A TAMBURO ROTANTE: FORNO A TAMBURO ROTANTE: UTILIZZATO PRINCIPALMENTE PER SMALTIMENTO DI RIFIUTI UTILIZZATO PRINCIPALMENTE PER SMALTIMENTO DI RIFIUTI O RESIDUI DI ORIGINE INDUSTRIALE. O RESIDUI DI ORIGINE INDUSTRIALE. PUOPUO’’ SMALTIRE MATERIALI DI DIVERSA CONSISTENZA, SMALTIRE MATERIALI DI DIVERSA CONSISTENZA, SOLIDI (compressi in fusti interi), FANGHI E CORRENTI LIQUIDE. SOLIDI (compressi in fusti interi), FANGHI E CORRENTI LIQUIDE. PUOPUO’’ TRATTARE MATERIALI AD TRATTARE MATERIALI AD ELEVATO ELEVATO P.C.IP.C.I., NON SMALTIBILI IN UN FORNO A GRIGLIA. ADATTO ALLA COMBUSTIONE., NON SMALTIBILI IN UN FORNO A GRIGLIA. ADATTO ALLA COMBUSTIONE DI RIFIUTI DI RIFIUTI TOSSICI E NOCIVI.TOSSICI E NOCIVI.

NON SI PRESTA ALLA COMBUSTIONE DI RIFIUTI URBANINON SI PRESTA ALLA COMBUSTIONE DI RIFIUTI URBANI, DATO IL LORO BASSO P.C.I. CHE RENDE , DATO IL LORO BASSO P.C.I. CHE RENDE LA COMBUSTIONE NON AUTOSOSTENTANTE. RICHIEDE ELEVATI ECCESSI LA COMBUSTIONE NON AUTOSOSTENTANTE. RICHIEDE ELEVATI ECCESSI DD’’ARIAARIA, PRODUCENDO , PRODUCENDO UN QUANTITATIVO MAGGIORE DI FUMI DA TRATTARE, A PARITAUN QUANTITATIVO MAGGIORE DI FUMI DA TRATTARE, A PARITA’’ DI RIFIUTO COMBUSTO. LIMITATO DI RIFIUTO COMBUSTO. LIMITATO A PICCOLE POTENZIALITAA PICCOLE POTENZIALITA’’

COMBUSTIONE TOTALE:COMBUSTIONE TOTALE:RIFLETTE L’IDEA DI BRUCIARE SEMPLICEMENTE IL RIFIUTO, GRAZIE AL SUO ELEVATO

CONTENUTO DI MATERIALI COMBUSTIBILI. SEDE NATURALE E’

IL FORNO, CAPACE DI PORTARE IL COMBUSTIBILE IN TEMPERATURA, FAVORENDONE L’ACCENSIONE, E DI CONVOGLIARE I FUMI PRODOTTI ATTRAVERSO IDONEE SEZIONI DI RECUPERO TERMICO, TRATTAMENTO DEPURATIVO E SCARICO IN ATMOSFERA.

Schema tipico di combustore per rifiuti solidi urbani a forno rotante


FORNO A LETTO FLUIDO:FORNO A LETTO FLUIDO: TECNOLOGICAMENTE VANTAGGIOSO PER LA CAPACITA’ DI OTTENENERE UNA BUONA COMBUSTIONE CON RESIDUI MINIMI, NON ANCORA DIFFUSO QUANTO LA GRIGLIA MOBILE. APPLICABILE ALLA COMBUSTIONE DI FANGHI, SFRIDI DELLA LAVORAZIONE DEL LEGNO, RDF E RIFIUTI CON SPETTRO GRANULOMETRICO NON ECCESSIVAMENTE DISPERSO

VANTAGGIVANTAGGI:OMOGENEITA’ DELLA COMBUSTIONE, ASSENZA DI ZONE IN CUI IL RIFIUTO SI TROVA AD ELEVATE TEMPERATURE E DIFETTO DI OSSIGENO (POTENZIALE PERICOLO DI PIROLISI E FORMAZIONE DI COMPOSTI ORGANICI VOLATILI). NEUTRALIZZAZIONE NELLA CAMERA DI COMBUSTIONE DEI GAS ACIDI (TRAMITE SOSTANZE BASICHE IMMESSE), RIDOTTA CORROSIVITA’ DEI FUMI, MINIME SEZIONI DI TRATTAMENTO DEGLI EFFLUENTI. MINORE ECCESSO D’ARIA NECESSARIO. TEMPERATURE RAGGIUNGIBILI PIU’ ELEVATE, ELEVATI RENDIMENTI TERMICI DALLA COMBUSTIONE CON RECUPERO DI CALORE.

SVANTAGGISVANTAGGI:

NECESSITA’ DI PRETRATTARE IL COMBUSTIBILE PER RIDURLO A PEZZATURA OMOGENEA E RELATIVAMENTE FINE. DIFFUSIONE PENALIZZATA ANCHE DA PRESUNTA DIFFICOLTA’ DI ESERCIZIO

COMBUSTORE A LETTO FLUIDO BOLLENTE (CFB)COMBUSTORE A LETTO FLUIDO BOLLENTE (CFB)

COMBUSTORE A LETTO FLUIDO RICIRCOLANTE (CFB)COMBUSTORE A LETTO FLUIDO RICIRCOLANTE (CFB)

COMBUSTIONE PARZIALE:COMBUSTIONE PARZIALE:VI RIENTRANO DIVERSE CONFIGURAZIONI IMPIANTISTICHE, LA CUI CARATTERISTICA PECULIARE E’

DATA DAL MINORITARIO RUOLO DEL CONTATTO CON L’OSSIDANTE. SI REALIZZA UNA DECOMPOSIZIONE TERMICA DELLE COMPONENTI ORGANICHE IN MOLECOLE SEMPLICI E, COME ALI PIU’

VOLATILI, PARZIALMENTE OSSIDATE. IL PROCESSO E’

ENDOTERMICO E QUINDI RICHIEDE UN APPORTO DI CALORE DALL’ESTERNO O DALL’INTERNO PER COMBUSTIONE DI UNA PARTE DI SOLIDO.

Schema tipico di combustore per rifiuti solidi urbani a letto fluido

TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE:TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE:

TECNOLOGIE ALTERNATIVE:TECNOLOGIE ALTERNATIVE:GASSIFICAZIONE:GASSIFICAZIONE: OSSIDAZIONE PARZIALE DI SOLIDI, LIQUIDI E AERIFORMI, CON OBIETTIOSSIDAZIONE PARZIALE DI SOLIDI, LIQUIDI E AERIFORMI, CON OBIETTIVO VO FINALE PRODUZIONE DI COMBUSTIBILE GASSOSO (CO, H, idrocarburi leFINALE PRODUZIONE DI COMBUSTIBILE GASSOSO (CO, H, idrocarburi leggeri, CHggeri, CH 44 ))

APPLICATA PREVALENTEMENTE PER GASSIFICARE CARBONE E IDROCARBURI,APPLICATA PREVALENTEMENTE PER GASSIFICARE CARBONE E IDROCARBURI, ESTESA AI RSU ESTESA AI RSU CON PROCESSI A LETTO FLUIDO, LETTO FISSO E LETTO SOSPESO.CON PROCESSI A LETTO FLUIDO, LETTO FISSO E LETTO SOSPESO.

VANTAGGI: VANTAGGI: AVVIENE CON LIMITATA QUANTITAAVVIENE CON LIMITATA QUANTITA’’ DI OSSIGENO O DI ALTRO AGENTE, REALIZZA UNA DI OSSIGENO O DI ALTRO AGENTE, REALIZZA UNA COMB.PARZIALECOMB.PARZIALE TALE DA FORNIRE ENERGIA NECESSARIA ALLTALE DA FORNIRE ENERGIA NECESSARIA ALL’’AVENZAMENTO DI REAZIONI AVENZAMENTO DI REAZIONI ENDOTERMICHEENDOTERMICHE

SVANTAGGI:SVANTAGGI: LA VARIABILITALA VARIABILITA’’ DEL DEL P.C.IP.C.I DEI RSU PORTA ALLA FORMAZIONE DI BLOCCHI SOLIDI (CAKES) DEI RSU PORTA ALLA FORMAZIONE DI BLOCCHI SOLIDI (CAKES) CAPACI DI BLOCCARE IL PROCESSO CAPACI DI BLOCCARE IL PROCESSO

FORNI A FUSIONE ELETTRICA:FORNI A FUSIONE ELETTRICA: RIFIUTI ALIMENTATI IN FORNO ELETTRICO PER LA RIFIUTI ALIMENTATI IN FORNO ELETTRICO PER LA FUSIONE DEL VETRO (1260FUSIONE DEL VETRO (1260°°C)C)

VANTAGGI:VANTAGGI: COMBUSTIONE COMPLETA, SCORIE E CENERE IMMERSE IN MASSA VETROSA COMBUSTIONE COMPLETA, SCORIE E CENERE IMMERSE IN MASSA VETROSA INERTE INERTE DOPO RAFFREDDAMENTO, ELEVATA STABILITADOPO RAFFREDDAMENTO, ELEVATA STABILITA’’ CHIMICA, MODESTA PRODUZIONE DI FUMICHIMICA, MODESTA PRODUZIONE DI FUMI

SVANTAGGI:SVANTAGGI: ELEVATO CONSUMO DI ENERGIA ELETTRICA (8000 ELEVATO CONSUMO DI ENERGIA ELETTRICA (8000 KwHKwH//tonntonn.).)

TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE:TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE:

TECNOLOGIE ALTERNATIVE:TECNOLOGIE ALTERNATIVE:

PIROLISI:PIROLISI: DECOMPOSIZIONE TERMICA PER EFFETTO DELLA SOLA TEMPERATURA (450DECOMPOSIZIONE TERMICA PER EFFETTO DELLA SOLA TEMPERATURA (450--10001000°°C). C). PROCESSO NON ANCORA CONSOLIDATO A LIVELLO TECNOLOGICO, APPLICABIPROCESSO NON ANCORA CONSOLIDATO A LIVELLO TECNOLOGICO, APPLICABILE AL LE AL TRATTAMENTO DI RIFIUTI TIPO PNEUMATICI, BIOMASSE, CDR.TRATTAMENTO DI RIFIUTI TIPO PNEUMATICI, BIOMASSE, CDR.

VANTAGGI: VANTAGGI: AVVIENE CON ASSENZA DI AGENTI OSSIDANTIAVVIENE CON ASSENZA DI AGENTI OSSIDANTI

SVANTAGGI:SVANTAGGI: ELEVATO DISPENDIO ENERGETICO PER LA FORNITURA DI ENERGIA TERMICELEVATO DISPENDIO ENERGETICO PER LA FORNITURA DI ENERGIA TERMICAA

INQUINANTE TECNOLOGIA USATA PER L’ABBATTIMENTO

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

GAS ACIDI (HCl, HF, SO2)

SCRUBBER (COLONNA DI LAVAGGIO AD UMIDO) A DUE STADI:

AD ACQUA E A SODA

Immissione di sospensione acquosa di soda caustica, in funzione del pH della

colonna di lavaggio DEPOLVERATORI A

MULTICICLONE Separazione inquinanti

mediante centrifugazione

DEP.ELETTROSTATICI Effetto del campo

elettrostatico per ionizzare fumi

DEP.A TESSUTO (FILTRI A MANICHE)

Captazione fisica mediante tessuto

POLVERI (ceneri volanti e prodotti della neutralizzazione dei gas acidi)

DEP.AD UMIDO Immissione vapor d’acqua nei fumi

TECNOLOGIA S.C.R. (SELECTIVE CATALYTIC

REDUCTION)

Iniezione di ammoniaca (NH3) mista a

catalizzatori (ossidi di vanadio, tungsteno, platino

su base di titanio) direttamente in camera di

combustione a temperature inferiori al S.N.C.R.

OSSIDI DI AZOTO (NOx)

TECNOLOGIA S.N.C.R (RIDUZIONE TERMICA)

Iniezione di ammoniaca (NH3) o urea direttamente in camera di combustione con elevate temperature

METALLI PESANTI (Pb, Zn, Cd, altri)

SCRUBBER (COLONNA DI LAVAGGIO AD UMIDO) A

DUE STADI: AD ACQUA E A SODA

Immissione di sospensione acquosa di soda caustica, in funzione del pH della

colonna di lavaggio

TECNOLOGIA S.C.R. (SELECTIVE CATALYTIC

REDUCTION)

Iniezione di ammoniaca (NH3) mista a

catalizzatori (ossidi di vanadio, tungsteno, platino

su base di titanio) direttamente in camera di

combustione a temperature inferiori al S.N.C.R.

SISTEMI AD UMIDO

Assorbimento da parte di acqua o di soluzioni acquose debolmente

alcaline NaOH e Ca(OH)2

SISTEMI A SECCO

Assorbimento mediante sost.alcaline (calce

Ca(OH2)allo stato solido e formazione di sali

MICROINQUINANTI ORGANICI

(diossine PCDD, furani PCDF, idrocarburi policiclici aromatici

IPA)

SISTEMI A SEMISECCO Spray-drying di

sospensione acquosa di calce

TECNICHE DI ABBATTIMENTO DEGLI

INQUINANTI::

Fig.6.9: Sistema di depurazione ad umido con condensazione, rimozione aerosoli e denitrificazionecatalitica selettiva (Boos, 1991). Legenda: 1=forno a griglia; 2=caldaia; 3=elettrofiltro; 4=lavaggio a due stadi con condensazione; 5=venturi elettrodinamico; DeNOx catalitica selettiva; 7=riscaldamento finale; 8=camino

Fig.6.10: Sistema di depurazione ad umido con condensazione e dosaggio simultaneo di carbone attivo(Eagleson, 1996). Legenda: 1=filtro a tessuto; 2=lavaggio a due stadi con condensazione; 3=venturielettrodinamico; 4=camino; 5=trattamento spurghi; A=ingresso gas; B=reintegro acqua; K=reagente dineutralizzazione; C=carbone attivo; D=additivo conversione diossine; E=gas depurati; F=residuodepolverazione; G=fanghi di depurazione; H=reagenti trattamento spurghi; OC=spurghi lavaggio.

ESEMPI DI CONFIGURAZIONE IMPIANTISTICA DEPURATIVA PER SISTEMI DI ABBATTIMENTO INQUINANTI::

Fig.6.13: Sistema di depurazione ibrido con recupero gesso e tecnologia di riduzione catalitica selettiva (SCR) (Ghisio et al., 1996)

Fig.6.7: Sistema di depurazione a secco con dosaggio di carbone attivo (ABB-Fläkt, 1997)

SISTEMI INNOVATIVI DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE:

SISTEMA THOR (Total HOuse-waste Recycling)

E’

dimostrato

che

taluni

elementi

pericolosi

(quali

i metalli

basso-fondenti, Hg, Tl, Cd, Pb, Sn) tendono

a ricondensarsi

nelle

ceneri

e da

queste

nei

suoli.Inoltre, la presenza

del sale da

cucina

(NaCl) e di

plastiche

con cloro

(PVC) determina

la formazione

di

composti

clorurati, a temperature tra

I 250°C e gli

800°C. Tali

composti

denominati

PCDD e PCDF

(comunemente

chiamati

DIOSSINE) si

formano

sempre

nel

corso

della combustione

e si

legano

anch’essi

fisicamente

alle

ceneri, ricadendo

al

suolo.

Al fine di

evitare

tale problematiche, si

richiede

di

non avere

cloro, alogeni e metalli

nel

combustibile.

Ecco

quindi

che

il

cosiddetto

CDR richiede

un pretrattamento

che

elimina tali

elementi.

RifiutiRifiuti –– NecessitNecessitàà didi raffinazioneraffinazione

Fonte: CNRFonte: CNR

THOR utilizza

infatti

tecniche

già

note in industria

mineraria per separare

le varie

componenti

previa

micronizzazione: in

questo

modo

si

separano

a priori anche

le più

piccole

porzioni di

composti

dannosi

e si

ottiene

un combustibile

solido

(o

liquido) pulito

ImpiegoImpiego deidei RifiutiRifiuti –– SistemaSistema THORTHOR

Il sistema

THOR (Total HOuse-waste Recycling)Sviluppato

dal

CNR, è

basato

sul

concetto

di

raffinare

il

rifiuto

solido

urbano, come se si

trattasse

di

una

risorsa minerale

dalla

quale

estrarre

tutte

le componenti

utili.



Il processo THOR prevede l’utilizzo di una raffinazione meccanica, che attraverso una micronizzazione

permette di arrivare alle dimensioni microscopiche delle componenti minerali (“GRADO DI LIBERAZIONE”), separare i metalli (sia ferrosi che non ferrosi), precipitare e separare i Sali alogenati e gli inerti (silicati e carbonati) e arricchire così

una frazione finale composta dalla sola frazione utile, a base di C, O e H.. Inoltre, il materiale micronizzato assume alcune nuove importanti caratteristiche:•

è

secco, perde circa l’87 % del contenuto d’acqua iniziale

•

ha un’elevata superficie specifica•

è

sterile, in quanto il mulino di micronizzazione

agisce per attrito con pressioni fino a 15000 atmosfere

•

è

omogeneo



TOGLIERE ACQUA AUMENTA IL POTERE CALORIFICO


ImpiegoImpiego deidei RifiutiRifiuti –– SistemaSistema THORTHORTOGLIERE ACQUA AUMENTA IL POTERE CALORIFICO



Le prime versioni del micronizzatore

(dal 2001 al 2003) erano basate su un mulino ad attrito completamente nuovo. Tale sistema, chiamato THOR I, dette buona prova di sé

nei test di funzionamento e successivamente abbandonato per il costo eccessivo



Successivamente (dal 2005) si è

passati ad un sistema, chiamato THOR II, basato sullo schema di macinazione a planetario, più

efficiente e meno costoso.



2007: L’IMPIANTO THOR INDUSTRIALE

E’, attualmente, l’unico PLANETARIO al mondo con una capacità

di produzione industriale superiore alle 2 tonnellate /ora ad un costo di 0.04 €/kg



Confronto tra CDR tradizionale e CDR prodotto da THORConfronto tra CDR tradizionale e CDR prodotto da THOR



Il sistema di trattamento THOR puo’essere integrato facilmente con impianti già

esistenti, ad esempio filiere costituite da sistemi di raccolta

differenziata,

compostaggio

e termodistruzione. In questo caso il sistema THOR si pone dopo la separazione della frazione compostabile

e prima della

termodistruzione

e permette di ottenere un altro prodotto, micronizzato e pulito, adatto alla termovalorizzazione

ma anche all’impiego in industria

chimica.

THOR può essere equipaggiato con un pirolizzatore

finale che può permettere di ottenere un bioolio

dal CDR raffinato per alimentare

direttamente un gruppo diesel alternatore, per produrre energia in loco.



TERMOVALORIZZATORE AL PLASMA

TermovalorizzatoreTermovalorizzatore al Plasmaal Plasma1.

I rifiuti, dopo un breve processo di selezione e compressione, sono introdotti in un reattore per la gassificazione, dove sono riscaldati in atmosfera a basso contenuto di ossigeno (almeno 8 volte inferiore ai tradizionali termovalorizzatori). I rifiuti non vengono bruciati, ma convertiti in un syngas

composto da semplici molecole gassose,

principalmente CO e idrogeno.2.

Il syngas

è

poi portato ad altissima temperatura (superiore a 5000°C)

utilizzando torce al plasma che contribuiscono a decomporre il tar rimanente per ottenere un più

elevato grado di purezza.

3.

Dopo un ulteriore processo di pulitura (scrubbing) per la rimozione di acidi e metalli pesanti, il syngas è

iniettato in motori o turbine per la

produzione di energia elettrica.4.

Inoltre, essendo syngas ad alta temperatura, può essere recuperato calore per essiccare i rifiuti in ingresso, sostenere la reazione di gassificazione

ed in ultimo alimentare turbine a vapore per la

produzione di ulteriore energia elettrica.5.

La parte non organica dei rifiuti è

generalmente raccolta nella parte

bassa del termovalorizzatore

e introdotta in una fornace che la trasforma in un materiale inerte vetrificato che può essere utilizzato in edilizia. Fonte: Fonte: EuroPlasmaEuroPlasma

TermovalorizzatoreTermovalorizzatore al Plasmaal Plasma

1. Maggiore quantità di energia prodotta: l’efficienza elettrica lorda di un termovalorizzatore al plasma può raggiungere il 45%, mentre i migliori inceneritori moderni raggiungono al massimo il 22% (per efficienza si intende in questo caso il rapporto tra l’energia elettrica prodotta e il contenuto energetico dei rifiuti in ingresso);

2. Minore Anidride Carbonica (CO2 ) prodotta : un gassificatore al plasma produce 0.8 kg di CO2 per kWh di elettricità prodotta, contro 1.7 kg prodotta da un inceneritore;

3. Emissioni molto basse: poiché non c’è combustione, la produzione di ossidi acidi (NOx, SOx) è molto bassa; l’assenza di combustione e le alte temperature di processo assicurano che la produzione di diossina e furani è nulla.

4. Impianti compatti: non è richiesto elevato volume, poiché non c’è bisogno di introdurre aria per la combustione. Tale fatto consente istallazioni su superfici limitate.

5. Residui utili e in scarsa quantità: come già detto, i rifiuti non organici sono trasformati in un inerte che può essere utilizzato come materiale edilizio.

VANTAGGI DEL SISTEMA RISPETTO AI TRADIZIONALI TERMOVALORIZZATORI

Fonte: Fonte: EuroPlasmaEuroPlasma

TermovalorizzatoreTermovalorizzatore al Plasmaal Plasma

Esempi di torce al plasmaEsempi di torce al plasma

Esempi di impiantoEsempi di impianto(Bordeaux, per rifiuti speciali (Bordeaux, per rifiuti speciali -- amianto)amianto)


TermovalorizzatoreTermovalorizzatore al Plasmaal PlasmaEnergia elettrica prodotta: Un impianto per CDR è in costruzione presso Morcenx (Francia). Produrrà 12 MW di energia elettrica. L’impianto è costituito dal gassificatore al plasma con turbina e da una turbina a vapore alimentata dal calore recuperato. I 12 MW prodotti sono in parte utilizzati per alimentare l’impianto (in particolare le torce al plasma). In un sistema di gassificazione al plasma, il 55-60% è utilizzato per alimentare l’impianto, ma tale valore può scendere al 15-25% se utilizzo come nel caso di Morcenx una turbina a vapore.

Costo: il costo di un impianto analogo a quello di Morcenx è circa 38 milioni di euro, incluso il modulo di preparazione di CDR a partire da RSU (rifiuti solidi urbani). Impianti più grandi comportano un costo aggiuntivo di circa 1,5 milioni di euro per ogni MW aggiuntivo.



SISTEMA T.P.T.

(Thermal Physical Transformation)

SistemaSistema T.P.T. T.P.T. (Thermal Physical Transformation)(Thermal Physical Transformation)

1.

I rifiuti sono compressi e ridotti in polvere di granulometria

180 -

200 micron.2.

La polvere viene mescolata con olio in ricircolo; la miscela è

poi riscaldata e compressa fino a temperature di 400°-500°C per portare avanti il processo di cracking, che opera una decomposizione fino ad ottenere un insieme di molecole più

piccole a catena lunga.3.

Le molecole sono gradualmente raffreddate in un circuito idraulico chiuso costituito da serbatoi ed un sistema di valvole e tubazioni.

4.

L’unità

T.P.T.

ha tre prodotti finali dopo la distillazione centrifuga:5.

Diesel di sintesi di alta qualità

(6.000 ton/anno);6.

Bricchette di grafite (1.600 ton/anno)7.

Acqua -

15%8.

Il biogas prodotto viene utilizzato per produrre elettricità

e calore, che viene completamente impiegato per alimentare l’unità

T.P.T.5.

Inoltre, l’unità

T.P.T.

può essere combinata con sistemi di digestione anaerobica, in modo da poter trattare un ampia varietà

di rifiuti per produrre energia. Il digestore

anaerobico consente di produrre biogas e di conseguenza energia elettrica aggiuntiva. In tal modo, globalmente l’impianto di trattamento rifiuti può trattare il 90% dei rifiuti in ingresso ( il 10% è

comunque riciclabile)

Descrizione

sintetica

del processoE’

una tecnologia di concezione israeliana (ECOPROX). Un’unità

di processo T.P.T.

è

in grado di lavorare 16.000 ton/anno di materia secca (massimo 5% di umidità).

Fonte: Fonte: EcoProxEcoProx


Schema base di un Impianto T.P.T.



Impianto T.P.T.

integrato con un digestore

anaerobico


Synthetic diesel


Vantaggi

rispetto

a sistemi

tradizionali1.Il diesel prodotto ha un elevato numero di cetani;2.E’

possibile produrre un 10% di potenza in più

grazie al diesel di sintesi;3.Non contiene carbonio, perciò non produce il tipico fumo che si ha nei motori diesel e

soprattutto non richiede filtri antiparticolato4.Non contiene stearina e cere, che potrebbero condensare a basse temperature e

creare problemi di iniezione nei motori

Impianti esistenti ed in costruzione1.Esistono impianti al momento principalmente incentrati sul digestore

anaerobico in Israele, che trattano rifiuti agricoli, fanghi delle acque di scarico e letame animale.

2.Un impianto di produzione di diesel da rifiuti è

in realizzazione in Romania, dove sarà

convertito un impianto esistente di produzione di olio commestibile.

CostoIl costo di un impianto in grado di trattare 16.000 ton/anno di materia organica secca per

produrre 6.000.000 l/anno di diesel di sintesi è

pari a circa 7 milioni di euro.



SISTEMA P.M.C.

(Pure Mechanical Cracking)

Il sistema brevettato da Enercut

S.r.l. consiste in un impianto sperimentale per lo sfruttamento energetico del panello di spremitura di semi o di biomasse

lignocellulosiche

mediante processo di cracking puramente meccanico. La tecnologia è

destinata anche alla produzione di olio, gas e carbone a partire da sostanze plastiche triturate e adattabile alle biomasse

ed in particolare al panello di spremitura delle oleaginose.

La parte più

innovativa della tecnologia è

costituita da un impianto di “cracking”, puramente meccanico e a temperature moderate, dei materiali organici, detto PMC (Pure Mechanical

Cracking), in grado di trasformare la biomassa

(in particolare ligno-

cellulosica), in combustibili più

facilmente ed efficacemente impiegabili per la produzione di energia elettrica e calore.

Fonte: Fonte: EnercutEnercut

(brevetto)(brevetto)

SistemaSistema P.M.C. P.M.C. (Pure Mechanical Cracking)(Pure Mechanical Cracking)

L’impianto non produce emissioni in atmosfera e opera a temperature moderate (la trasformazione avviene per attrito in ambiente privo di ossigeno

e a temperatura non superiore a 350-400 °C), producendo un combustibile liquido simile al gasolio e un combustibile gassoso simile al GPL, nonché

un “carboncino”, che può essere impiegato in processi industriali e opere civili.




Stoccaggiosemi

Macinazionee

spremitura

Panello

ImpiantoPMC

olio

gas

carbone

Olio




Panello di Girasole, colza,

biomasse

lignocellulosiche

PMC

Combustibile liquido

C ombustibilegassoso

Industria – Bitume

Bioraffinerie

e biopolimeri

Transterificazione

Motore Ciclo Diesel

Biodiesel

Motore Ciclo Otto

Carbonella

Sistema di alimentazione forzata (verticale ed orizzontale): è

costituito da 2 contenitori nei quali viene immesso il panello che mediante coclee viene introdotto nel reattore di cracking.

Reattore di cracking: sistema puramente meccanico in cui il panello proveniente dagli alimentatori viene spremuto ad alta pressione e di conseguenza ad alta temperatura.

Degasatore: il prodotto in uscita dal reattore di cracking reagisce nel degasatore

dove avviene la separazione della sostanza solida da quella liquida-gassosa.

Coclea carbone: Il carbone viene espulso dal degasatore

mediante una coclea.

Condensatore autopulente (distillatore): la miscela in uscita dal degasatore

viene immessa nel condensatore dove avviene la separazione della parte liquida

da quella gassosa.

All’uscita del reattore si ha quindi un sistema di distillazione frazionata dal quale si ricavano gas che per la compressione danno luogo a GPL e Idrocarburi (simili al gasolio commerciale) che previa filtrazione, possono essere stoccati e usati per alimentare motori industriali per la cogenerazione

di energia elettrica. Quale residuo si ottiene carbone in polvere che può servire quale combustibile per caldaie a vapore.



SistemaSistema P.M.C. P.M.C. (Pure Mechanical Cracking)(Pure Mechanical Cracking)ElementiElementi principaliprincipali

utilizzo delle biomasse nella gestione dei rifiuti e per ... · pirolisi: pirolisi: ... biomasse,...

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