Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica

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1 Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica Corso di Impatto ambientale Modulo Pianificazione Energetica prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2013/14 Energia dai Rifiuti

2 Rifiuto: qualsiasi materiale od oggetto derivante da attività umane o da cicli naturali che viene abbandonato o destinato all abbandono. Rifiuti Solidi: Urbani: Speciali: Tossico nocivi: provenienti da insediamenti civili; cantieri edili, lavorazioni industriali, ospedali; contenenti sostanze pericolose per la salute e/o l ambiente. 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.

3 Caratteristiche medie dei Rifiuti Solidi Urbani prodotti in Italia

4 Composizione merceologica media dei rifiuti solidi urbani e rinnovabilità

5 CONTENUTO ENERGETICO DEI 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.

6 Sistemi di smaltimento Raccolta differenziata; Discarica; Compostaggio; Incenerimento / Termovalorizzazione. Decreto Ronchi ( poi T.U. Ambientale D.lgs 152/2006) Sono da privilegiare nell ordine: Le azioni volte a ridurre la quantità di RSU prodotti; I recuperi di materia (Riciclaggi); I recuperi di energia.

7 Raccolta differenziata Separazione: Materiali ferrosi; Sosteanze organiche putrescibili; Vetro; Carta, Tessuti, Legno; Plastica. Risparmi di energia derivanti dai mancati consumi per la produzione dei materiali recuperati

8 Discarica controllata È il metodo più diffuso per i bassi costi di impianto e di esercizio. Il BIOGAS va - recuperato Comporta la perdita indiscriminata della frazione (cattivi merceologica odori ed riciclabile. effetto serra) Classificazione: 1 a Categoria: RSU ed assimilabili; 2 a Categoria: A Inerti; Percolato I processi possono durare anche anni Produzione B Tossico Nocivi non altamente pericolosi; C Altamente pericolosi. - Scelta di terreni con buone caratteristiche di impermeabilità; Potere Calorifico 15 MJ/m 3 3,5 x 10-4 m 3 /h per m 3 di RSU - Distanza da corsi d acqua e falde; - Impermeabilizzazione fondo e pareti; - Sistemi di raccolta del percolato.

9 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 agricoltura

10 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%

11 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)

12 PROCEDURE PER LA LOCALIZZAZIONE DI IMPIANTI DI TERMOVAL.RSU: RICERCA BIBLIOGRAFICA E CARTOGRAFICA RELATIVA ALL A.T.O. INDIVIDUAZIONE AREE POTENZIALMENTE IDONEE INDIVIDUAZIONE AREE DI ESCLUSIONE LOCALIZZAZIONE IMPIANTO DI TERMOVALORIZZAZIONE RSU APPLICAZIONE METODO MATRICE DEGLI IMPATTI DEFINIZIONE DEI FATTORI AMBIENTALI - Presenza di abitazioni singole nell intorno dell impianto (da 100 a 500 m.) - Aspetto idrogeologico - Valutazione del livello di sismicità delle aree - Esondabilità delle aree - Permeabilità dei terreni presenti nel raggio di 4 Km dal camino - Situazione della qualità dell aria - Valutazione delle ricadute delle emissioni dal camino del termovalorizzatore - Analisi delle ricadute a cui è soggetta la popolazione - Ricadute di microinquinanti cui è soggetta flora e fauna - Distanza rispetto al baricentro area produzione rifiuti - Viabilità di avvicinamento - Presenza di corsi d acqua - Capacità di scarico delle acque - Presenza di attività produttive in grado di utilizzare calore/vapore/elettricità - Recupero di energia - Inquinamento olfattivo e acustico determinato dall impianto - Distanza dal sito di smaltimento delle ceneri - Alterazione dell ambiente dal punto di vista paesaggistico (impatto architettonico) STUDI DI IMPATTO AMBIENTALE TERMOVALORIZZATORI RSU (NORMA UNI 10744/99) - Descrizione progetto - Descrizione principali parametri progettuali dell impianto - Descrizione configurazione complessiva dell impianto - Descrizione modalità di costruzione impianto e attività collegate a realizzazione ed esercizio - Analisi costi/benefici del progetto - Descrizione sistema di gestione per ambiente, sicurezza, salute - Valutazione delle alternative progettuali - Descrizione generale dell area di inserimento - Definizione dell ambito di influenza potenziale dell opera - Descrizione situazione ambientale ante operam e post operam

13 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 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 D ARIA RICHIESTI E LE MINORI DIPERSIONI TERMICHE CONSENTONO DI CONDURRE IL PROCESSO SENZA APPORTO DI COMBUSTIBILE AUSILIARIO. 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

14 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)

15 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 ) TECNOLOGIA AL PLASMA: PLASMI GENERATI MEDIANTE SCARICHE ELETTRICHE AD ALTO APPLICATA PREVALENTEMENTE PER GASSIFICARE CARBONE E IDROCARBURI, ESTESA AI RSU VOLTAGGIO, RADIAZIONE CON MICROONDE O ONDE RADIO CHE PRODUCONO DEGRADAZIONE CON PROCESSI A LETTO FLUIDO, LETTO FISSO E LETTO SOSPESO. ELEMENTARE DI MOLECOLE COMPLESSE IN TEMPI BREVISSIMI (millisecondi).tedcnologia ADATTA VANTAGGI: ALLA COMBUSTIONE AVVIENE DI CON RIFIUTI LIMITATA TOSSICI. QUANTITA DI OSSIGENO O DI ALTRO AGENTE, REALIZZA UNA COMB.PARZIALE TALE DA FORNIRE ENERGIA NECESSARIA ALL AVENZAMENTO DI REAZIONI VANTAGGI: COMPLETA DISTRUZIONE DEI COMPONENTI PERICOLOSI DEI RIFIUTI, ALTISSIME ENDOTERMICHE TEMPERATURE GENERATE (> C), COMPATTEZZA IMPIANTISTICA SVANTAGGI: LA VARIABILITA DEL P.C.I DEI RSU PORTA ALLA FORMAZIONE DI BLOCCHI SOLIDI (CAKES) SVANTAGGI: SCARSA ESPERIENZA MATURATA NEL SETTORE DEI RSU CAPACI DI BLOCCARE IL PROCESSO PIROLISI: FORNI A DECOMPOSIZIONE FUSIONE ELETTRICA: TERMICA PER RIFIUTI EFFETTO ALIMENTATI DELLA SOLA IN FORNO TEMPERATURA ELETTRICO ( C). PER LA FUSIONE PROCESSO DEL NON VETRO ANCORA (1260 C) CONSOLIDATO A LIVELLO TECNOLOGICO, APPLICABILE AL TRATTAMENTO DI RIFIUTI TIPO PNEUMATICI, BIOMASSE, CDR. VANTAGGI: COMBUSTIONE COMPLETA, SCORIE E CENERE IMMERSE IN MASSA VETROSA INERTE DOPO VANTAGGI: RAFFREDDAMENTO, AVVIENE CON ASSENZA ELEVATA DI AGENTI STABILITA OSSIDANTI CHIMICA, MODESTA PRODUZIONE DI FUMI SVANTAGGI: ELEVATO CONSUMO DISPENDIO DI ENERGETICO ENERGIA ELETTRICA PER LA FORNITURA (8000 KwH/tonn.) DI ENERGIA TERMICA

16 Fig.1.3:Schema tipico di combustore per rifiuti solidi urbani a forno rotante Fig.1.4:Schema tipo per combustore di rifiuti solidi urbani a letto fluido Fig.1.1: Schema tipo per combustore RSU a griglia mobile Tab.1.2: Schema tipo per combustore RSU con tecnologia a griglia fissa

17 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

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

19 RISCHIO SANITARIO: IMPIANTI DI VECCHIA GENERAZIONE: la presenza di effetti sulla salute associati al trattamento dei rifiuti è stata dimostrata in particolare per impianti che venivano gestiti secondo limiti alle emissioni in vigore molti anni fa con tecnologie di abbattimento fumi e di gestione della termodistruzione assolutamente inadeguate. IMPIANTI DI NUOVA GENERAZIONE: nel corso degli ultimi 20 anni la legislazione ha posto dei limiti alle emissioni degli inceneritori inferiori di vari ordini di grandezza a quelli preesistenti. Tali normative hanno consentito di raggiungere livelli di emissioni che, nel campo degli inquinanti non cancerogeni, ne hanno praticamente azzerato gli effetti tossici. Si può affermare che attraverso l'utilizzo di opportune tecniche di abbattimento degli inquinanti negli effluenti prima della loro immissione nell'ambiente esterno, è possibile contenere l'impatto ambientale ben al di sotto dei limiti imposti dalla attuale normativa vigente, che pure consente, come vedremo, la gestione di tali impianti in condizioni di sicurezza pressoché assoluta quanto alla salute delle popolazioni interessate. STUDI DI RISK ASSESSMENT BASATI SU MODELLI CORRETTAMENTE COSTRUITI SULLA BASE DELLE NORMATIVE VIGENTI E CHE TENGANO CONTO DELLE NORMATIVE INTERNAZIONALI, DELLE VIE DI ESPOSIZIONE E DEI DIVERSI SCENARI DI CONTAMINAZIONE DELLA POPOLAZIONE HANNO EVIDENZIATO CHE IL RISCHIO LEGATO ALLE EMISSIONI NON CANCEROGENE SIA PRATICAMENTE AZZERATO, E PER QUELLE LEGATE ALLE EMISSIONI CANCEROGENE O NEL BAMBINO RISULTI DEL TUTTO TRASCURABILE, O COMUNQUE PARAGONABILE AD ALTRI RISCHI PRESENTI, E TRANQUILLAMENTE ACCETTATI, DELLA VITA QUOTIDIANA.

20 Produzione dei rifiuti in Europa Produzione pro capite di RU nei Paesi UE

21 Produzione totale di RU in Europa nel 2008 dati Eurostat 2011

22 Produzione pro capite di RU per attività e per settore in Europa nel 2008

23 Produzione di RU per attività e per settore in Europa nel 2008

24 Trattamento dei rifiuti in Europa

25 Rifiuti collocati in discarica in Europa (%)- 2008

26 Rifiuti inceneriti in Europa, incluso recupero energetico (%)-2008

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28 Produzione totale e pro capite di Rifiuti Urbani in Italia Nel 2011 sono state raccolte tonnellate di rifiuti urbani nel complesso dei comuni capoluoghi di provincia, il 2,9% in meno rispetto al Considerando i valori pro capite, nel 2011 la raccolta dei rifiuti urbani nei 116 capoluoghi è risultata pari a 590 kg per abitante, contro i circa 609 nel 2010 (-3,1%). Con 647 kg per abitante, i comuni capoluogo di provincia del Centro continuano a essere quelli dove si raccolgono le quantità maggiori di rifiuti urbani; nei capoluoghi del Nord se ne raccolgono circa 71 kg pro capite in meno (576 kg per ab.) e nel Mezzogiorno si scende a 557 kg per abitante. Rispetto al 2010 si registrano diminuzioni del 3,6% e del 3,5% rispettivamente nel Centro e nel Nord e del 2,2% nei comuni capoluogo di provincia del Mezzogiorno. Fonte: Dati ISTAT 2012

29 La quota di raccolta differenziata sul totale dei rifiuti urbani è pari a 33,4%, in aumento di 1,8 punti percentuali rispetto all anno precedente (2010)

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31 La gestione integrata dei Rifiuti Urbani nei paesi dell Unione Europea Il quadro globale dei sistemi di gestione integrata dei rifiuti in Europa è piuttosto variegato. La direttiva europea sulle discariche (1999/31/EC) prescrive una riduzione del conferimento di rifiuti biodegradabili in quest ultime fino al 35% dei livelli del 1995 in 15 anni; tuttavia, la discarica rappresenta ancora l opzione principale di numerosi Paesi

32 La gestione integrata dei Rifiuti Urbani in Italia

33 Il ricorso alla discarica controllata nelle diverse Regioni

34 Incenerimento e recupero energetico dai RU in Italia

35 Incenerimento e recupero energetico dai Rifiuti Urbani in Italia