Utilizzo delle biomasse nella gestione dei rifiuti e per la produzione di energia

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1 Utilizzo delle biomasse nella gestione dei rifiuti e per la produzione di energia Prof. Franco Cotana Centro di Ricerca sulle Biomasse (CRB) Università degli Studi di Perugia

2 Classificazione dei Rifiuti (D.Lgs 152/06) Secondo l origine 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

3 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.

4 Caratteristiche medie dei Rifiuti Solidi Urbani prodotti in Italia

5 Composizione merceologica media dei rifiuti solidi urbani e rinnovabilità

6 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.

7 Fonte: Rapporto APAT 2007

8 Fonte: Rapporto APAT 2007

9 Sistemi di smaltimento Raccolta differenziata; Discarica; Compostaggio; Incenerimento / Termovalorizzazione.

10 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

11 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): Categoria b): Categoria c): discarica per rifiuti inerti; discarica per rifiuti non pericolosi; 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.

12 Discarica controllata Il BIOGAS va recuperato (cattivi odori ed effetto serra) I processi possono durare anche anni Produzione 3,5 x 10-4 m 3 /h per m 3 di RSU Potere Calorifico 15 MJ/m 3

13 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 m 3 /h per tonnellata di materia organica Fermentazione naturale Fermentazione artificiale Alcuni mesi Qualche settimana COMPOST Terriccio fertile per l agricoltural

14 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%

15 Incenerimento e termovalorizzazione Tecnologie: Forno a griglia Forno rotante Combustione a letto fluido Post Combustione: Garantisce la termodistruzione dei microinquinanti T C v 10 m/s O 2 > 6% Limiti stringenti di emissioni 0,004 mg/m 3 per diossine e furani RSU tal quale Combustibile: CDR (RDF) (fiocchi, pastiglie, mattonelle)

16 TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE: 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. FORNO A GRIGLIA: ATTUALMENTE CONSIDERATO IL TIPO DI FORNO ATTUALMENTE CONSIDERATO IL TIPO DI FORNO PIU ADATTO ALLO SMALTIMENTO DI RSU (GRIGLIA MOBILE IN 6 VERSIONI DIFFERENTI), HA RAGGIUNTO ELEVATISSIMI LIVELLI DI EFFICIENZA (>99%) E AFFIDABILITA,, CON CAPACITA NOMINALI DI OLTRE 600 t/g. CONSENTONO UN ESERCIZIO DI t/anno E PERIODI DI FUNZIONAMENTO ININTERROTTO. SONO IN GRADO DI BRUCIARE OLTRE RSU TAL QUALE, ANCHE SOVVALLI, RDF E PICCOLE QUANTITA DI FANGHI E RSO (mescolati opportunamente ai RSU). I MINORI ECCESSI ESSI D ARIA RICHIESTI E LE MINORI DIPERSIONI TERMICHE CONSENTONO DI CONDURRE IL PROCESSO SENZA APPORTO DI COMBUSTIBILE AUSILIARIO.

17 Schema tipo per combustore RSU con tecnologia a griglia fissa

18 Schema tipo per combustore RSU a griglia mobile

19 TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE: 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. FORNO A TAMBURO ROTANTE: UTILIZZATO PRINCIPALMENTE PER SMALTIMENTO DI RIFIUTI O RESIDUI DI ORIGINE INDUSTRIALE. PUO SMALTIRE MATERIALI DI DIVERSA CONSISTENZA, SOLIDI (compressi in fusti interi), FANGHI E CORRENTI LIQUIDE. PUO TRATTARE MATERIALI AD ELEVATO P.C.I.,., NON SMALTIBILI IN UN FORNO A GRIGLIA. ADATTO ALLA COMBUSTIONE DI RIFIUTI TOSSICI E NOCIVI. NON SI PRESTA ALLA COMBUSTIONE DI RIFIUTI URBANI,, DATO IL LORO BASSO P.C.I. CHE RENDE LA COMBUSTIONE NON AUTOSOSTENTANTE. RICHIEDE ELEVATI ECCESSI D ARIA,, PRODUCENDO UN QUANTITATIVO MAGGIORE DI FUMI DA TRATTARE, A PARITA DI RIFIUTO COMBUSTO. LIMITATO A PICCOLE POTENZIALITA

20 Schema tipico di combustore per rifiuti solidi urbani a forno rotante

21 TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE: 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 VANTAGGI: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. SVANTAGGI: 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) 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. COMBUSTORE A LETTO FLUIDO RICIRCOLANTE (CFB)

22 Schema tipico di combustore per rifiuti solidi urbani a letto fluido

23 TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE: TECNOLOGIE ALTERNATIVE: GASSIFICAZIONE: OSSIDAZIONE PARZIALE DI SOLIDI, LIQUIDI E AERIFORMI, CON OBIETTIVO FINALE PRODUZIONE DI COMBUSTIBILE GASSOSO (CO, H, idrocarburi leggeri, CH 4 ) APPLICATA PREVALENTEMENTE PER GASSIFICARE CARBONE E IDROCARBURI, ESTESA AI RSU CON PROCESSI A LETTO FLUIDO, LETTO FISSO E LETTO SOSPESO. VANTAGGI: AVVIENE CON LIMITATA QUANTITA DI OSSIGENO O DI ALTRO AGENTE, REALIZZA UNA COMB.PARZIALE TALE DA FORNIRE ENERGIA NECESSARIA ALL AVENZAMENTO AVENZAMENTO DI REAZIONI ENDOTERMICHE SVANTAGGI: LA VARIABILITA DEL P.C.I DEI RSU PORTA ALLA FORMAZIONE DI BLOCCHI SOLIDI (CAKES) CAPACI DI BLOCCARE IL PROCESSO FORNI A FUSIONE ELETTRICA: RIFIUTI ALIMENTATI IN FORNO ELETTRICO PER LA FUSIONE DEL VETRO (1260 C) VANTAGGI: COMBUSTIONE COMPLETA, SCORIE E CENERE IMMERSE IN MASSA VETROSA INERTE DOPO RAFFREDDAMENTO, ELEVATA STABILITA CHIMICA, MODESTA PRODUZIONE DI FUMI SVANTAGGI: ELEVATO CONSUMO DI ENERGIA ELETTRICA (8000 KwH/tonn tonn.)

24 TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE: TECNOLOGIE ALTERNATIVE: PIROLISI: DECOMPOSIZIONE TERMICA PER EFFETTO DELLA SOLA TEMPERATURA ( C). PROCESSO NON ANCORA CONSOLIDATO A LIVELLO TECNOLOGICO, APPLICABILE LE AL TRATTAMENTO DI RIFIUTI TIPO PNEUMATICI, BIOMASSE, CDR. VANTAGGI: AVVIENE CON ASSENZA DI AGENTI OSSIDANTI SVANTAGGI: ELEVATO DISPENDIO ENERGETICO PER LA FORNITURA DI ENERGIA TERMICA

25 TECNICHE DI ABBATTIMENTO DEGLI INQUINANTI: INQUINANTE GAS ACIDI (HCl, HF, SO 2 ) POLVERI (ceneri volanti e prodotti della neutralizzazione dei gas acidi) OSSIDI DI AZOTO (NO x ) METALLI PESANTI (Pb, Zn, Cd, altri) MICROINQUINANTI ORGANICI (diossine PCDD, furani PCDF, idrocarburi policiclici aromatici IPA) TECNOLOGIA USATA PER L ABBATTIMENTO SCRUBBER (COLONNA DI LAVAGGIO AD UMIDO) A DUE STADI: AD ACQUA E A SODA DEPOLVERATORI A MULTICICLONE DEP.ELETTROSTATICI DEP.A TESSUTO (FILTRI A MANICHE) DEP.AD UMIDO TECNOLOGIA S.C.R. (SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION) TECNOLOGIA S.N.C.R (RIDUZIONE TERMICA) SCRUBBER (COLONNA DI LAVAGGIO AD UMIDO) A DUE STADI: AD ACQUA E A SODA TECNOLOGIA S.C.R. (SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION) SISTEMI AD UMIDO SISTEMI A SECCO SISTEMI A SEMISECCO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO Immissione di sospensione acquosa di soda caustica, in funzione del ph della colonna di lavaggio Separazione inquinanti mediante centrifugazione Effetto del campo elettrostatico per ionizzare fumi Captazione fisica mediante tessuto Immissione vapor d acqua nei fumi Iniezione di ammoniaca (NH 3 ) 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. Iniezione di ammoniaca (NH 3 ) o urea direttamente in camera di combustione con elevate temperature Immissione di sospensione acquosa di soda caustica, in funzione del ph della colonna di lavaggio Iniezione di ammoniaca (NH 3 ) 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. Assorbimento da parte di acqua o di soluzioni acquose debolmente alcaline NaOH e Ca(OH) 2 Assorbimento mediante sost.alcaline (calce Ca(OH 2 )allo stato solido e formazione di sali Spray-drying di sospensione acquosa di calce

26 ESEMPI DI CONFIGURAZIONE IMPIANTISTICA DEPURATIVA PER SISTEMI DI ABBATTIMENTO INQUINANTI: Fig.6.9: Sistema di depurazione ad umido con condensazione, rimozione aerosoli e denitrificazione catalitica selettiva (Boos, 1991). Legenda: 1=forno a griglia; 2=caldaia; 3=elettrofiltro; 4=lavaggio a due stadi con condensazione; 5=venturi elettrodinamico; DeNO x catalitica selettiva; 7=riscaldamento finale; 8=camino Fig.6.13: Sistema di depurazione ibrido con recupero gesso e tecnologia di riduzione catalitica selettiva (SCR) (Ghisio et al., 1996) 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=venturi elettrodinamico; 4=camino; 5=trattamento spurghi; A=ingresso gas; B=reintegro acqua; K=reagente di neutralizzazione; C=carbone attivo; D=additivo conversione diossine; E=gas depurati; F=residuo depolverazione; G=fanghi di depurazione; H=reagenti trattamento spurghi; OC=spurghi lavaggio. Fig.6.7: Sistema di depurazione a secco con dosaggio di carbone attivo (ABB-Fläkt, 1997)

27 SISTEMI INNOVATIVI DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE: SISTEMA THOR (Total HOuse-waste Recycling)

28 Rifiuti Necessità di raffinazione 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. Fonte: CNR

29 Impiego dei Rifiuti Sistema THOR 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. 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 Fonte: CNR

30 Impiego dei Rifiuti Sistema THOR 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 atmosfere è omogeneo Fonte: CNR

31 Impiego dei Rifiuti Sistema THOR TOGLIERE ACQUA AUMENTA IL POTERE CALORIFICO Fonte: CNR

32 Impiego dei Rifiuti Sistema THOR TOGLIERE ACQUA AUMENTA IL POTERE CALORIFICO Fonte: CNR

33 Impiego dei Rifiuti Sistema THOR 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 Fonte: CNR

34 Impiego dei Rifiuti Sistema THOR Successivamente (dal 2005) si è passati ad un sistema, chiamato THOR II, basato sullo schema di macinazione a planetario, più efficiente e meno costoso. Fonte: CNR

35 Impiego dei Rifiuti Sistema THOR 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 Fonte: CNR

36 Impiego dei Rifiuti Sistema THOR Confronto tra CDR tradizionale e CDR prodotto da THOR Fonte: CNR

37 Impiego dei Rifiuti Sistema 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. Fonte: CNR

38 Impiego dei Rifiuti Sistema THOR Fonte: CNR

39 SISTEMI INNOVATIVI DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE: TERMOVALORIZZATORE AL PLASMA

40 Termovalorizzatore al Plasma 1. 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: EuroPlasma

41 Termovalorizzatore al Plasma VANTAGGI DEL SISTEMA RISPETTO AI TRADIZIONALI TERMOVALORIZZATORI 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 (CO 2 ) prodotta : un gassificatore al plasma produce 0.8 kg di CO 2 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. Fonte: EuroPlasma

42 Termovalorizzatore al Plasma Esempi di torce al plasma Esempi di impianto (Bordeaux, per rifiuti speciali - amianto) Fonte: EuroPlasma

43 Termovalorizzatore al Plasma Energia 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. Fonte: EuroPlasma

44 SISTEMI INNOVATIVI DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE: SISTEMA T.P.T. (Thermal Physical Transformation)

45 Sistema T.P.T. (Thermal Physical Transformation) 5. Diesel 6. Bricchette 7. Acqua 8. Il Descrizione sintetica del processo E una tecnologia di concezione israeliana (ECOPROX). Un unità di processo T.P.T. è in grado di lavorare ton/anno di materia secca (massimo 5% di umidità). 1. I rifiuti sono compressi e ridotti in polvere di granulometria micron. 2. La polvere viene mescolata con olio in ricircolo; la miscela è poi riscaldata e compressa fino a temperature di 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: di sintesi di alta qualità (6.000 ton/anno); di grafite (1.600 ton/anno) - 15% 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) Fonte: EcoProx

46 Sistema T.P.T. (Thermal Physical Transformation) Schema base di un Impianto T.P.T. Fonte: EcoProx

47 Sistema T.P.T. (Thermal Physical Transformation) Synthetic diesel Impianto T.P.T. integrato con un digestore anaerobico Fonte: EcoProx

48 Sistema T.P.T. (Thermal Physical Transformation) Vantaggi rispetto a sistemi tradizionali 1.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 antiparticolato 4.Non contiene stearina e cere, che potrebbero condensare a basse temperature e creare problemi di iniezione nei motori Impianti esistenti ed in costruzione 1.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. Costo Il costo di un impianto in grado di trattare ton/anno di materia organica secca per produrre l/anno di diesel di sintesi è pari a circa 7 milioni di euro. Fonte: EcoProx

49 SISTEMI INNOVATIVI DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE: SISTEMA P.M.C. (Pure Mechanical Cracking)

50 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 lignocellulosica), in combustibili più facilmente ed efficacemente impiegabili per la produzione di energia elettrica e calore. Fonte: Enercut (brevetto)

51 Sistema P.M.C. (Pure Mechanical Cracking) olio Stoccaggio semi Macinazione e spremitura Panello Olio Impianto PMC gas carbone 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 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. Fonte: Enercut (brevetto)

52 Sistema P.M.C. (Pure Mechanical Cracking) Motore Ciclo Diesel Panello di Girasole, colza, biomasse lignocellulosiche PMC Combustibile liquido C ombustibile gassoso Transterificazione Biodiesel Bioraffinerie e biopolimeri Motore Ciclo Otto Carbonella Industria Bitume Fonte: Enercut (brevetto)

53 Sistema P.M.C. (Pure Mechanical Cracking) Elementi principali 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. Fonte: Enercut (brevetto)

54 Sistema P.M.C. (Pure Mechanical Cracking) Fonte: Enercut (brevetto)

55 Sistema P.M.C. (Pure Mechanical Cracking) Fonte: Enercut (brevetto)