Impatto Ambientale nella Produzione di Energia. Inquinanti Atmosferici

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1 Impatto Ambientale nella Produzione di Energia Inquinanti Atmosferici

2 Concentrazione Inquinanti a) Bilanci di massa; b) Fattori di Emissione; c) Misure sul campo. Unità di misura delle concentrazioni: mg/m 3, ppm v, ppm m Eccesso d aria Aria stechiometrica Combustibile (C, H, O, N, S, Ceneri, H 2 O) Diluizione Reazioni di combustione Ceneri pesanti N 2 +O 2 CO 2 +H 2 O+ N 2 + SO X + NO X +Polveri

3 Inquinanti e Gas Serra Ossidi di Zolfo (SOx). Si formano a partire dallo zolfo contenuto nel combustibile; S O O SO 2 Ossidi di Azoto (NOx). Si formano a partire dall azoto dell aria e del combustibile; Particolato. Si forma a partire dalle sostanze solide presenti nel combustibile; N O N O O NO, NO 2 Ossido di Carbonio e HC. Si formano per combustione incompleta; Anidride Carbonica (CO 2 ). Si forma durante la combustione di tutti i combustibili a base di carbonio. C C O O O CO CO 2

4 Il Particolato Il particolato (particelle sospese totali, PST) è qualsiasi solido o liquido disperso in atmosfera avente dimensioni maggiori di circa 0,0002 m (molecole) ma inferiori a 500 m (sabbia fine). Spesso, si distingue tra: Aerosol. È il termine più generale, usato per qualsiasi particella solida o liquida dispersa in atmosfera; Polveri. Particelle solide derivanti da operazioni di macinazione e frantumazione (dust, nella terminologia anglosassone); Fumo. Sono ancora particelle solide, derivanti dalla condensazione di vapori (fume). Se costituite principalmente da carbonio sono anche chiamate smoke o soot; Nebbie. Sono particelle liquide sospese in atmosfera (mist o fog); Smog. Sono una miscela di fumo (smoke) e nebbia (fog). Oggi tale termine viene spesso usato per indicare l inquinamento in generale.

5 Frequenza per classe dimensionale (%) Frequenza cumulativa (%) Il Particolato Dimensioni (mm) Dimensioni (mm) Figura 6.2 Distribuzione granulometrica del particolato. Diametro aerodinamico del particolato: diametro di una sfera con densità 1 kg/cm 3 che ha la stessa velocità di sedimentazione

6 Il Particolato Il particolato è dannoso per l uomo soprattutto perché può contenere sostanze tossiche (metalli pesanti) che passano nel sangue. La pericolosità è pertanto dovuta soprattutto alle particelle di minori dimensioni (inferiori a 10 μm, PM 10 e a 2,5 μm, PM 2.5 ).

7 Ossidi di zolfo L'uomo avverte la presenza della SO2 già a concentrazioni di circa 0,3 ppm. La SO2 è molto solubile in acqua, ne risulta che se inalata essa viene più facilmente assorbita dalle zone umide del naso e della gola dove svolge un'azione di tipo irritante. Altri effetti irritanti si hanno sugli occhi. I danni maggiori sono provocati dalla combinazione della SO2 con i particolati sospesi nell aria. L irritazione delle mucose tracheali e bronchiali, blocca la mobilità delle ciglia inibendo l'azione di difesa nei confronti del particolato che giunge fino alle zone più profonde dei polmoni. Adsorbita al pulviscolo che penetra fin negli alveoli può quindi provocare, depositandosi, estese lesioni. La presenza combinata della SO 2 e del particolato, agendo in modo sinergico, determina un effetto di insieme estremamente più deleterio degli effetti separati dei due inquinanti. Ciò è confermato dalle osservazioni durante gli episodi più critici di inquinamento atmosferico. La SO 2 può convertirsi in SO 3 in presenza di atmosfera secca ed alta insolazione. Di notte e in presenza di umidità, la SO 2 viene assorbita dalle goccioline d acqua e reagisce con essa con formazione di solfati di ammonio ((NH 4 ) 2 SO 4 ), di calcio (CaSO 4 ), ecc. nel giro di 3-4 giorni. L aerosol che si forma è spesso fonte di attenuazione della visibilità e viene rimosso con deposizione secca o umida, contribuendo al fenomeno delle piogge acide.

8 30 NO (ppm) 20 Ossidi di azoto ura 6 cent le di nzio e elle ticel in zion elle ens Eccesso d'aria 100% Dimensioni Eccesso del d'aria particolato 10% ( m) 0 Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici Temperatura di equilibrio ( C) Figura 3.4 Concentrazione all equilibrio di NO 2 (ppm) Temperatura di equilibrio ( C) Entrambi l NO 2 e l NO sono tossici per l'uomo, il primo molto più del secondo. Entrambi sono NO in funzione della temperatura. NO2 in funzione della temperatura. facilmente assorbiti dal sangue dove si combinano con l emoglobina. In particolare l NO nei polmoni si trasforma in nitriti e nitrati che ossidano il ferro dell emoglobina rendendola inutilizzabile e dando luogo ad un effetto asfissiante. L NO 2 è inoltre un irritante delle vie respiratorie. Una continua esposizione a circa 0,06 0,1 ppm può causare malattie respiratorie. Pochi minuti di esposizione a ppm possono causare danni irreversibili agli alveoli. Oltre 500 ppm si hanno edemi polmonari, effetti sul sistema nervoso centrale, determinando convulsioni e paralisi e talvolta la morte Eccesso d'aria 100% Eccesso d'aria 10% Figura 3.5 Concentrazione all equilibrio di

9 Ossido di carbonio acutezza visiva, lucidità e altre funzioni psicomotorie. Concentrazione di COHb nel sangue [%] Effetti riscontrati <1,0 Nessun effetto apparente 1,0-2,0 Segni di effetto sul comportamento 2,0-5,0 Effetti sul sistema nervoso centrale. Menomazione della discriminazione degli intervalli di tempo, >5,0 Mutamenti nella funzione cardiaca e polmonare Emicrania, affaticamento, sonnolenza, coma, difetti respiratori, morte. È noto che inalazioni di aria con CO in concentrazioni elevate (superiore a 100 ppm) possono portare alla morte. Tali concentrazioni sono possibili in ambienti confinati. Il CO è è circa volte più affine all emoglobina, con cui forma la carbossiemoglobina (COHb), rispetto all'ossigeno, che con l'emoglobina forma l ossiemoglobina (O 2 Hb). Ciò determina la riduzione della capacità di trasporto di ossigeno da parte del sangue a causa della sostituzione di O 2 Hb da parte della COHb e la diminuzione della capacità di dissociazione della O 2 Hb con conseguente inibizione dell ossigenazione delle cellule a pari concentrazione di O 2 Hb.

10 Concentrazione Inquinanti a) Bilanci di massa; b) Fattori di Emissione; c) Misure sul campo. Unità di misura delle concentrazioni: mg/m 3, ppm v, ppm m Eccesso d aria Aria stechiometrica Combustibile (C, H, O, N, S, Ceneri, H 2 O) Diluizione Reazioni di combustione Ceneri pesanti N 2 +O 2 CO 2 +H 2 O+ N 2 + SO X + NO X +Polveri

11 Bilancio di massa 1kg biomassa + 6 kg di aria = 7 kg di gas combusti 1kg biomassa => 0,01 kg di ceneri leggere 1,242 m 3 (200 C e 1,1 bar) 1 kg di gas combusti = 0,778 Nm 3 (0 C e 1,0 atm) 0,01 kg C Fly-ash = 7 1,242 m 3 di gas = 0,00115 kg/m3 (1150 mg/m 3 ) 0,01 kg C Fly-ash = 7 1,285 Nm 3 di gas = 0,00184 kg/nm3 (1840 mg/nm 3 )

12 Bilancio di massa S+O 2 =SO 2 1 kg di S => 2 kg di SO 2 1kg carbone + 12 kg di aria = 13 kg di gas combusti 1kg carbone => 0,02 kg di S => 0,04 kg di SO 2 1,103 m 3 (150 C e 1,1 bar) 1 kg di gas combusti = 0,773 Nm 3 (0 C e 1,0 atm) C SO 2 = 0,04 kg di SO ,103 m 3 di gas = 2790 mg/m3 (3980 mg/nm 3 ) C SO 2 = 0,04 kg di SO 2 13 kg di gas = 3077 ppm m (1394 ppm v )

13 Fattori di Emissione Bruciatori tangenziali Bruc. frontali Letto Specie Ceneri secche Ceneri fuse Ceneri secche Fluido (FBC) inquinante bitum. sub.bit. bitum. sub.bit. bitum. sub.bit. circ.te boll.te NOx 4,54 3,27 6,35 10,89 5,44 3,36 2,27 6,89 CO 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23 8,16 8,16 SOx 17,24 S 15,88 S 17,24 S 15,88 S 17,24 S 15,88 S (1) (1) Particolato 4,54 A 4,54 A 3,18 A 3,18 A 4,54 A 4,54 A 7,71 7,71 PM-10 1,04 A 1,04 A 1,80 A 1,80 A 1,04 A 1,04 A 5,62 5,62 Nota: S ed A sono le percentuali di zolfo e di ceneri nel combustibile m NOx =5,44 kg/t coal (1) Valutabile secondo la: 17,96 S (Ca/S) -1,9, con (Ca/S) rapporto molare della desolforazione interna Tabella 7.3 Fattori di emissione per generatori di vapore alimentati con carbone, riferiti al consumo di combustibile, espressi in kg/t, (EPA, 1995). C NO X = 5,44 kg di NO X ,103 m 3 di gas = 379 mg/m 3 (541 mg/nm 3 )

14 Fattori di Emissione Settore di produzione Fattori di emissione (g/gj) e combustibile impiegato SOx NOx COV Produzione di energia elettrica con: Olio combustibile Gasolio Gas naturale Produzione di calore con: Olio combustibile Gas naturale Cogenerazione con: Olio combustibile Gasolio Gas naturale Settore industriale con: Carbone Lignite Olio combustibile Gasolio Kerosene GPL Gas naturale Gas di cokeria Gas di altoforno

15 Fattori di Emissione Settore di Fattori di emissione (g/t) produzione SOx NOx COV Coke metallurgico Agglomerati per la sinterizzazione Fonderie di metalli ferrosi Etilene e propilene Dicloroetano 1,2 senza cloruro di vinile Cloruro di vinile senza dicloroetano 2, Polietilene a bassa densità Polietilene ad alta densità Cloruro di polivinile Cemento e calce Vetro Piastrelle ,5 Laterizi ,5 Paste di legno per carta Cemento e calce Vino - - 0,6

16 La Normativa Ambientale Normativa sulle emissioni in atmosfera; Normativa sulle acque; Normativa sui rifiuti; Normativa sulle emissioni acustiche; Caratteristiche dei combustibili; Quote di emissione di gas serra; Valutazione di Impatto Ambientale Autorizzazione Integrata Ambientale

17 Il D.lgs. 3 Aprile 2006 n. 152 Il D.lgs. 152/2006 Norme in Materia Ambientale ha sostituito a partire dal 29 aprile 2006 la maggior parte delle preesistenti norme in materia ambientale, mediante la loro abrogazione e la sintesi in un testo unico ambientale. Le materie interessate sono la Valutazione di Impatto Ambientale e la Valutazione Ambientale Strategica, la difesa del suolo e la tutela delle acque, la gestione dei rifiuti e la bonifica dei siti inquinati, la tutela dell aria e il risarcimento del danno ambientale. Di fatto rimangono fuori solo le norme sulle emissioni acustiche e poco altro.

18 Il D.lgs. 3 Aprile 2006 n. 152 Ambito di applicazione del D.Lgs. 152/2006: a) nella parte seconda, le procedure per la valutazione ambientale strategica (VAS), per la valutazione d'impatto ambientale (VIA) e per l'autorizzazione ambientale integrata (IPPC); b) nella parte terza, la difesa del suolo e la lotta alla desertificazione, la tutela delle acque dall'inquinamento e la gestione delle risorse idriche; c) nella parte quarta, la gestione dei rifiuti e la bonifica dei siti contaminati; d) nella parte quinta, la tutela dell'aria e la riduzione delle emissioni in atmosfera; e) nella parte sesta, le norme per il risarcimento dei danni contro l'ambiente.

19 D.lgs. 152/2006 Parte II La valutazione ambientale strategica (VAS) riguarda i piani e i programmi di intervento sul territorio ed è preordinata a garantire che gli effetti sull'ambiente derivanti dall'attuazione di detti piani e programmi siano presi in considerazione durante la loro elaborazione e prima della loro approvazione; La valutazione di impatto ambientale (VIA) riguarda i progetti di opere ed interventi che, per la loro natura o la loro dimensione, possono avere un significativo impatto sull'ambiente ed è preordinata a garantire che gli effetti derivanti dalla realizzazione e dall esercizio di dette opere ed interventi sull'ecosistema siano presi in esame durante la loro progettazione e prima dell'approvazione o autorizzazione dei relativi progetti, o comunque prima della loro realizzazione.

20 D.lgs. 152/2006 Parte II La Valutazione di Impatto Ambientale in ambito energetico si applica alle raffinerie, agli impianti di combustione con oltre 300 MWt, alle centrali nucleari, alle dighe alte oltre 10 m e con capacità superiore a m 3, agli elettrodotti con oltre 100 kv e lunghi oltre 10 km. Anche gli impianti termici per la produzione di vapore e acqua calda oltre 50 MWt, gli impianti eolici e quelli industriali non termici per la produzione di energia, vapore e acqua calda possono essere sottoposti a Valutazione di Impatto Ambientale se realizzati in aree protette o su richiesta dell autorità competente.

21 VIA Fiumesanto 410 MW

24 D.lgs. 152/2006 Parte III Sezione 1. Difesa del suolo e lotta alla desertificazione. Tali disposizioni sono volte ad assicurare la tutela ed il risanamento del suolo e del sottosuolo, il risanamento idrogeologico del territorio tramite la prevenzione dei fenomeni di dissesto, la messa in sicurezza delle situazioni a rischio e la lotta alla desertificazione; Sezione 2. Tutela delle acque dall inquinamento. Tali disposizioni definiscono la disciplina generale per la tutela delle acque superficiali, marine e sotterranee; Sezione 3. Gestione delle risorse idriche. Tale sezione disciplina la gestione delle risorse idriche e il servizio idrico integrato per i profili che concernono la tutela dell'ambiente e della concorrenza e la determinazione dei livelli essenziali delle prestazioni del servizio idrico integrato e delle relative funzioni fondamentali di Comuni, Province e città metropolitane.

25 D.lgs. 152/2006 Parte IV La parte IV disciplina la gestione dei rifiuti e la bonifica dei siti inquinati anche in attuazione delle direttive comunitarie su rifiuti, rifiuti pericolosi, oli usati, batterie esauste, rifiuti di imballaggio, policlorobifenili (Pcb), discariche, inceneritori, rifiuti elettrici ed elettronici, rifiuti portuali, veicoli fuori uso, rifiuti sanitari e rifiuti contenenti amianto; La gestione dei rifiuti costituisce attività di pubblico interesse ed è disciplinata al fine di assicurare un'elevata protezione dell'ambiente e controlli efficaci, tenendo conto della specificità dei rifiuti pericolosi; rifiuti devono essere recuperati o smaltiti senza pericolo per la salute dell'uomo e senza usare procedimenti o metodi che potrebbero recare pregiudizio all'ambiente.

26 D.lgs. 152/2006 Parte V Il Titolo I, ai fini della prevenzione e della limitazione dell'inquinamento atmosferico, si applica agli impianti industriali che producono emissioni in atmosfera e stabilisce i valori di emissione, le prescrizioni, i metodi di campionamento e di analisi ed i criteri per la valutazione della conformità delle misure ai valori limite (sono esclusi dal campo di applicazione gli impianti di incenerimento disciplinati dal D.lgs 133/2005); Il Titolo II disciplina gli impianti termici civili aventi potenza termica nominale inferiore a prefissate soglie, tranne quelli che utilizzano carbone, coke, antracite e prodotti antracitosi con potenza superiore a 3 MW; Il Titolo III disciplina le caratteristiche merceologiche dei combustibili che possono essere utilizzati negli impianti di cui ai titoli I e II.

27 D.lgs. 152/2006 Parte V inquinamento atmosferico: ogni modificazione dell'aria atmosferica, dovuta all'introduzione nella stessa di una o di più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da ledere o da costituire un pericolo per la salute umana o per la qualità dell'ambiente oppure tali da ledere i beni materiali o compromettere gli usi legittimi dell'ambiente; effluente gassoso: lo scarico gassoso, contenente emissioni solide, liquide o gassose; la relativa portata volumetrica è espressa in Nm 3 /ora, valutata sul secco e con un prefissato tenore di ossigeno; migliori tecniche disponibili: le più efficienti ed avanzate modalità di realizzazione, esercizio e chiusura dell'impianto, disponibili a condizioni economicamente e tecnicamente valide nell'ambito del pertinente comparto industriale, in grado di garantire un elevato livello di protezione dell'ambiente nel suo complesso.

28 D.lgs. 152/2006 Parte V Non sono sottoposti ad autorizzazione: a) impianti di combustione inferiori a 1 MW, alimentati a biomasse, a gasolio o a biodiesel; b) impianti di combustione alimentati ad olio combustibile con potenza termica inferiore a 0,3 MW; c) impianti di combustione e cogenerazione alimentati a metano o a Gpl, di potenza termica inferiore a 3 MW; d) impianti di combustione alimentati da gas di discarica, gas di depurazione e biogas, di potenza inferiore a 3 MW; e) gruppi elettrogeni di cogenerazione alimentati a benzina di potenza termica nominale inferiore a 1 MW; f) impianti di emergenza e di sicurezza, laboratori di analisi e ricerca, impianti pilota per prove, ricerche, sperimentazioni, individuazione di prototipi.

29 D.lgs. 152/06 limiti di emissione Il D.lgs. fissa dapprima i valori limite di emissione validi per le attività industriali in generale; Vengono poi stabiliti i valori limite di emissione validi per alcune specifiche tipologie di impianti, come gli impianti di combustione fino a 50 MWt, le Turbine a Gas, i Motori a Combustione Interna, i Cementifici, Fonderie, Raffinerie, etc. Vengono inoltre stabiliti i valori limite per i Grandi Impianti di Combustione, ovvero quelli oltre 50 MWt, differenziati in relazione al combustibile utilizzato.

30 D.lgs. 152/06 limiti di emissione SO 2 (1) (mg/nm 3 ) NO 2 (mg/nm 3 ) Polveri (mg/nm 3 ) Combustibili solidi (fumi con il 6% di O 2 (2) ) P < 5 MW P > 5 MW Combustibili liquidi (fumi con il 3% di O 2 ) P < 5 MW P > 5 MW Combustibili gassosi (3) (fumi con il 3% di O 2 ) Gas in genere Gas da altoforno Gas da coke o d acciaieria (1) Nel caso di utilizzo di combustibili solidi e liquidi con tenori di zolfo inferiori all 1%, i limiti relativi agli ossidi di zolfo si intendono automaticamente rispettati. (2) Nel caso di utilizzo di legno o combustibili simili, l ossigeno nei fumi è dell 11%. (3) Nel caso di utilizzo di metano o GPL, i limiti relativi agli ossidi di zolfo ed alle polveri si intendono automaticamente rispettati. Tabella 8.7 Limiti di emissione per gli impianti industriali esistenti (al ) con potenza termica inferiore a 50 MW (DMA ).

31 D.lgs. 152/06 limiti di emissione SO 2 (mg/nm 3 ) NO 2 (mg/nm 3 ) Polveri (mg/nm 3 ) CO (mg/nm 3 ) Tutti i combustibili (tranne il gasolio) Q F < m 3 /h (1) Q F > m 3 /h M P < 0.5 kg/h (2) M P > 0.5 kg/h Gasolio Tutti i limiti riportati sono relativi a fumi con un tenore di ossigeno del 15%; per le turbine a gas con rendimento superiore al 30%, tali limiti risultano proporzionalmente incrementati. (1) QF rappresenta la portata volumetrica di fumi. (2) MP rappresenta la portata massica di polveri. Tabella 8.10 Limiti di emissione per le turbine a gas (DMA ).

32 D.lgs. 152/06 limiti di emissione SO 2 (1) (mg/nm 3 ) NO 2 (mg/nm 3 ) Polveri (mg/nm 3 ) Combustibili solidi (fumi con il 6% di O 2 ) 50<P<100 MW 100<P<300 MW P>300 MW Per le biomasse: 50<P<100 MW 100<P<300 MW P>300 MW (1) Qualora i valori limite di emissione non possano essere rispettati per le caratteristiche del combustibile, per impianti fino a 300 MWt si dovrà comunque rispettare un valore limite di 300 mg/nm 3 o un grado di desolforazione minimo del 92%, mentre per impianti con oltre 300 MWt si dovrà comunque rispettare un valore limite di emissione di 400 mg/nm 3 oltre ad un grado di desolforazione minimo del 95%. Tabella 8.12 Valori limite di emissione per i nuovi impianti di combustione alimentati con combustibili solidi e potenza termica superiore a 50 MW (dir. 2001/80/CE).

33 D.lgs. 152/06 limiti di emissione SO 2 (mg/nm 3 ) NO 2 (mg/nm 3 ) Polveri (mg/nm 3 ) Combustibili liquidi (fumi con il 3% di O 2 ) 50<P<100 MW 100<P<300 MW P>300 MW (lineare) Tabella 8.13 Valori limite di emissione per i nuovi impianti di combustione alimentati con combustibili liquidi e potenza termica superiore a 50 MW (dir. 2001/80/CE). SO 2 (mg/nm 3 ) NO 2 (mg/nm 3 ) Polveri (mg/nm 3 ) Combustibili gassosi (fumi con il 3% di O 2 ) Gas in genere Gas liquefatto Gas da forni a coke Gas da altiforni Gas naturale MW Gas naturale P>300 MW Altri gas Tabella 8.14 Valori limite di emissione per i nuovi impianti di combustione alimentati con combustibili gassosi e potenza termica superiore a 50 MW (dir. 2001/80/CE).

34 D.lgs. 152/06 limiti di emissione Il D.lgs. 152/06 stabilisce inoltre i requisiti tecnici e costruttivi validi per gli Impianti Termici Civili; Inoltre vengono stabiliti i limiti di emissione per gli impianti termici civili alimentati con Biomasse e con Biogas; 0,15<P<1MW Polveri Totali 100 Carbonio Organico Totale COT - CO 350 NO X (come NO 2 ) 500 Cloro (come HCl) 200

35 D.lgs. 152/06 - Combustibili Il D.lgs. 152/06 stabilisce le caratteristiche merceologiche dei combustibili utilizzabili negli impianti industriali e civili; Il D.lgs. riporta dapprima l elenco dei combustibili consentiti nei diversi impianti, unitamente alle relative condizioni di utilizzo ed ai metodi di prova; Fra le altre, vengono riportate le caratteristiche e le condizioni di utilizzo delle biomasse e del biogas.

36 Combustibili solidi

37 Combustibili liquidi

38 FINE