Tecnologie per la Valorizzazione Energetica dei Rifiuti Urbani

Transcript

1 Tecnologie per la Valorizzazione Energetica dei Rifiuti Urbani Prof. Andrea Corti Prof. Ennio Carnevale

2 Principi base della norma OBIETTIVO: Ridurre lo smaltimento finale dei rifiuti a discarica (ricorso ad impianti) Riduzione produzione e pericolosità RIDUZIONE ALLA FONTE Reimpiego e riciclaggio RECUPERO DI MATERIA Altre forme di recupero per ottenere materia prime dai rifiuti RECUPERO DI MATERIA Utilizzo dei rifiuti come combustibile o come altro mezzo per produrre energia RECUPERO DI ENERGIA

3 I termini della discussione sul Problema Rifiuti Circa ton/anno Rifiuti Speciali Inerti (anno 2004); 33,2% Rifiuti Speciali Pericolosi (anno 2004); 3,8% Rifiuti Urbani (anno 2006); 22,6% Rifiuti Speciali non Pericolosi (anno 2004); 40,3% Ampia discussione sulle strategie di pianificazione, gestione, dotazione impianti che coinvolge lungamente le comunità per il 22,6% del problema!!! Nel frattempo. Quale discussione sulle modalità di convergenza verso corrette e coerenti modalità di gestione per la restante parte del 77,4% del problema????

4 Il Modello di Gestione in Europa del Problema Rifiuti Paesi Eurostat 2004 Olanda Danimarca Svezia Belgio Germania Lussemburgo Austria Francia Irlanda Spagna Italia Finlandia Estonia Gran Bretagna Portogallo Malta Repubblica Ceca Romania Slovacchia Lettonia Ungaria Bulgaria Slovenia Cipro Lituania Grecia Polonia EU27 produzione rifiuti (ton/anno) riciclaggio 64% 41% 44% 57% 59% 41% 58% 29% 54% 39% 32% 30% 37% 23% 5% 20% 6% 19% 14% 13% 12% 16% 14% 10% 9% 8% 5% 36% recupero energetico 34% 54% 47% 33% 24% 40% 22% 32% 0% 6% 11% 10% 0% 8% 22% 0% 14% 0% 5% 4% 4% 0% 2% 0% 0% 0% 1% 17% smaltimento a discarica 3% 4% 9% 10% 17% 18% 20% 38% 46% 55% 57% 60% 63% 69% 73% 80% 80% 81% 81% 83% 83% 84% 84% 90% 91% 92% 94% 48%

5 Il Modello di Gestione in Europa del Problema Rifiuti Eurostat 2004 Quanto partecipano i paesi comunitari al prosecuzione dello smaltimento in discarica di rifiuti. Indirizzi EU (31/1999/CE): divieto di smaltimento in discarica di tal quale.. divieto di smaltimento in discarica di rifiuti combustibili (PCI > kj/kg).. paese Gran Bretagna Italia Spagna Francia Polonia Germania Romania Grecia Ungaria Portogallo Bulgaria Repubblica Ceca Irlanda Finlandia Slovacchia Lituania Austria Slovenia Lettonia Belgio Cipro Estonia Svezia Olanda Malta Danimarca Lussemburgo EU-27 ton/anno in discarica

6 Quale peso è affidato al recupero energetico da rifiuti in Europa Cewep 2006 impianti ton/anno ton/anno per impianto germania francia olanda italia danimarca svezia gran bretagna belgio spagna austria portogallo polonia repubblica ceca ungheria lussemburgo finlandia totale

7 Impianti di trattamento termico in Italia APAT 2006

8 Impianti di trattamento termico in Italia: recupero energetico? Fonte: APAT Il recupero energetico realizzato nel 2003 dagli impianti che trattano rifiuti urbani ammonta ad oltre 1,88 milioni di MWh, con un incremento, rispetto al 2002, di oltre il 24%, e del 54% rispetto al L incremento registrato nel corso degli ultimi anni è conseguenza di una modifica significativa del quadro tecnologico degli impianti operativi

9 Modelli di gestione dei rifiuti indifferenziati Mass Burning Rifiuti Indifferenziati (100 kg) EE WTE Scorie (30 kg)

10 Modelli di gestione dei rifiuti indifferenziati Rifiuti Indifferenziati Selezione leggera (100 kg) Metalli (5 kg) Frazione Combustibile Selezione Indesiderati e sottovaglio fine (75 kg) (20 kg) EE WTE Scorie (21 kg)

11 Modelli di gestione dei rifiuti indifferenziati MBT + WtE Rifiuti Indifferenziati (100 kg) Metalli (5 kg) Selezione Frazione Organica Frazione Secca (40 kg) (58 kg) Stabilizzazione Digestione Anaerobica FOS EE EE WTE (35 kg) Scorie (15 kg)

12 Modelli di gestione dei rifiuti indifferenziati Rifiuti Indifferenziati (100 kg) Metalli (5 kg) Frazione Secca Selezione (58 kg) Frazione Organica (40 kg) Stabilizzazione Digestione Anaerobica FOS (35 kg) MBT spinto + CDR Produzione CDR CDR EE (48 kg) EE EE WTE co-combustione Scorie (9 kg)

13 . nessun onere dalle Raccolte Differenziate???... Produzione di residui per unità di prodotto

14 . il caso del distretto cartario di Lucca CARTA DA MACERO t/a SCARTI DI PULPER t/a (tal quale) Distribuiti su tante aziende DISTRETTO CARTARIO DI LUCCA CARTA/ CARTONE FANGHI DI DISINCHIOSTRAZIONE E ALTRI FANGHI t/a (tal quale) di cui t/a da una singola azienda (83%)

15 Attrazioni e Problematiche connesse con il settore WTE ATTRAZIONE 1: 1 forte riduzione della massa (70-80%) e del volume (85-90%). Bottom ash: scorie di combustione - frazione inerte (composti inorganici) con piccoli quantitativi di materiale incombusto: Rifiuti speciali non pericolosi. Possibile Riutilizzo. Separazione metalli. Fly ash: polveri di combustione trasportate dai fumi. Contengono metalli pesanti e composti organici adsorbiti sulla superficie. Rifiuti speciali pericolosi. Devono essere inertizzate e poste in discarica. ATTRAZIONE 2: 2 possibilità di recupero dell energia chimica contenuta nei rifiuti per la produzione di energia elettrica o energia termica. PROBLEMA 1: 1 attenzione sociale ed alto livello di impatto percepito. PROBLEMA 2: 2 scarsa presenza di alternative per conversione energetica in impianti di cocombustione. PROBLEMA 3: 3 perdita di know-how tecnologico nel settore rispetto ad un mercato molto sbilanciato sulle tecnologie meccaniche e biologiche.

16 Discarica o termovalorizzazione: vere alternative? DISCARICA kg/tru TERMOUTILIZZATORE kg/tru CO2 da processi di fermentazione +295 CO2 da combustione CO2 eq. da biogas non recuperato CO2 evitata da recupero energia CO2 da frazioni rinnovabili CO2 da frazioni rinnovabili Contributo netto di CO2 eq Contributo netto di CO2 eq Un termoutilizzatore al posto di una discarica evita l emissione di 948 kg/trsu di CO2 eq.

17 Discarica o termovalorizzazione: vere alternative? Nel caso della discarica con recupero di energia dal biogas, il rendimento di conversione a partire dall energia contenuta nei RU è basso dell ordine del 2,52% 2,46%. Molto più basso rispetto alle rese raggiungibili con termovalorizzazione diretta da RU (fino a 27-30%). DISCARICA kg/tru CO2 da processi di fermentazione+combustione +443 CO2 eq. da biogas non recuperato CO2 da frazioni rinnovabili CO2 evitata da recupero energia Contributo netto di CO2 eq

18 Processi di Trattamento Termico: quali alternative di mercato? PIROLISI: PIROLISI demolizione dei composti complessi di un combustibile solido di partenza fino a molecole più semplici tramite l impiego di energia termica e condizioni di assenza di ossigeno. Prodotti: gas di pirolisi, olio di pirolisi e residuo solido, tutti con caratteristiche di combustibile. Attrazione molto alta per impiego in macchine termodinamiche ad alta resa di conversione energetica (TAG e MCI), ad oggi allo stadio sperimentale. GASSIFICAZIONE: GASSIFICAZIONE demolizione dei composti complessi di un combustibile solido fino a molecole più semplici, in condizioni circa stechiometriche rispetto all ossigeno, al fine dello sviluppo di una combustione parziale del carbonio per fornire l energia termica necessaria al processo. Prodotti: gas di sintesi a basso potere calorifico, residuo solido inerte. Alternativa per co-combustione, scarsa attrattiva rispetto a cicli termodinamici alternativi. COMBUSTIONE: COMBUSTIONE ossidazione degli elementi combustibili presenti nei rifiuti, in condizioni di forte eccesso di ossigeno, con rilascio di energia termica verso l esterno. Prodotti: fumi di combustione, residuo solido inerte. Processo di largo uso con notevoli varianti tecnologiche. Recupero energetico in ciclo a vapore classico.

19 Ciclo di recupero Energetico. Ciclo Rankine. Rendimento di conversione tra il 10% ed il 30% in funzione delle tecnologie e delle condizioni termodinamiche impiegate. Possibilità di recupero solo elettrico o di cogenerazione in spillamento o con turbina in contropressione.

20 Ciclo di recupero Energetico dai fumi di combustione. Effettuato attraverso il recupero del calore che deriva dal raffreddamento dei fumi che si rende necessario per il loro successivo trattamento. Il recupero avviene sotto forma di produzione di energia elettrica e/o termica, ottenuta attraverso l impiego del vapore generato in un apposita caldaia, concettualmente costituita da uno scambiatore di calore acqua-fumi. T C T C Al trattamento fumi Percorso fumi VAPORIZZATORE A IRRAGGIAMENTO SURRISCALDATORE ECONOMIZZATORE Percorso fluido termovettore Alla turbina Rendimento di conversione energetica 8 30%

21 Tecnologie: Forno a Griglia Mobile

22 Tecnologie: Forno a Griglia Mobile

23 Tecnologie: Forno a Tamburo Rotante

24 Tecnologie: Forno a Letto Fluido Letto Fluido Bollente Letto Fluido Circolante

25 Bilancio di massa ed energia Termovalorizzazione Da oltre 500 kg Prevenzione Riduzione Riutilizzo Riciclaggio - 55,0% Trasformazione: Energia Elettrica 0,6 MWh/t 225 kg 55 kg Discarica 20 kg Residui Riutilizzabili 35 kg?

26 Sistemi di depurazione dei fumi Silos additivi Abbattimento inquinanti acidi (a secco) Filtro a maniche Adsorbimento diossine e furani (carboni attivi) Stazione SCR (riscaldamento e controllo finestra termica per reazione catalitica abbattimento NOx)

27 Bilancio emissioni: quale scenario di rispetto dei limiti... Linee guida DM 12/07/90 (vecchi impianti) DM 19/11/97 n. 503 (RU e RS non pericolosi) D. Lgs. 133/2005 recepimento italiano della Direttiva 2000/76/CE Media giornaliera Media oraria Media giornaliera Media semi-oraria Rapporto TU Brescia 2002 Polveri mg/nm ,22 Acido cloridrico (HCl) mg/nm ,51 Acido fluoridrico (HF) mg/nm <0,009 Ossidi di zolfo (SO2) mg/nm ,62 Ossidi di Azoto (NO2) mg/nm ,25 Monossido di carbonio (CO) mg/nm ,36 Carbonio Organico (COT) mg/nm ,47 Cd e Tl mg/nm3 0,2 0,05 0,05 0,00138 Hg mg/nm3 0,2 0,05 0,05 <0,00018 Sb, As, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V, Sn mg/nm3 5 0,5 0,5 0,028 IPA (idrocarb. Policiclici aromatici) mg/nm3 0,1 0,01 0,01 PCDD/PCDF ng/nm ,1 0,1 3,82E-05 0,0119

28 per produzione inquinanti per energia prodotta... TU BRESCIA ENEL SO2 [g/kwh] 0,024 0,012 0,90 NOx [g/kwh] 0,562 0,573 0,60 PTS [g/kwh] 0,001 0,002 0,03 RAPPORTO AMBIENTALE ASM TU - BRESCIA RAPPORTO AMBIENTALE ENEL

29 quale impatto da microinquinanti... 70,00% 64,76% 60,00% 50,00% 41,22% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 5,98% 0,00% Backyard barrel burning of refuse Medical waste incineration Municipal Waste combustion Municipal wastewater treatment sludge Coal fired-utility boilers Cement kilns Diesel heavy duty trucks Automobile using leaded gasoline Primary magnesium production Industrial wood combustion Secondary copper smelter Bleached chemical wood pulp and paper mills

30 quale impatto da microinquinanti... Altre fonti di emissione? Riduzione a circa 1/3 dal 1993 al 2004 Le diossine si ritrovano nelle fly ash Swedish Environmental Protection Agency, Survey of sources of unintentionally produced substances (marzo 2005)

31 quale impatto da polveri... Incremento emissioni dovuto all'implementazione di attività di incenerimento per 1270 ton/giorno complessive, all interno dell area metropolitana PM-10 NOX SO2 IRSE 2000 tonnellate/anno Incenerimento (rispetto limiti) tonnellate/anno 33,5 669,3 167,3 Incenerimento (valori di marcia) tonnellate/anno 16,7 568,9 66,9

32 Grazie per l attenzione