Tecnologie di trattamento rifiuti e recupero energetico

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1 Tecnologie di trattamento rifiuti e recupero energetico Pasquale De Stefanis ENEA Dipartimento Ambiente, Cambiamenti Globali e Sviluppo Sostenibile Giornata di Studio La termovalorizzazione dei rifiuti Milano, 14 febbraio 2006

2 Sostenibilità massima Sostenibilità minima Gerarchia di gestione dei rifiuti Prevenzione Riuso Riciclo & Compostaggio Recupero Energetico Smaltimento

3 Schema di gestione integrata dei rifiuti TRATTAMENTO DISCARICA 100% (100-RD)% SMALTIMENTO "Secco" IMPIANTO DEDICATO DIFFERENZIATA "RUR" RU prodotti RACCOLTA "RU residui (RUR)" "CDR" PRODUZIONE CDR CENTRALE TERMOELETTRICA RICICLO & RECUPERO RECUPERO ENERGETICO CEMENTIFICIO

4 RIFIUTI I trattamenti termici TRATTAMENTO TERMICO (*) PRODUZIONE DI ENERGIA (Elett.+Term.) EMISSIONI (F) REFLUI LIQUIDI (L) RESIDUI SOLIDI (S) (*) Inclusi pretrattamento rifiuto, combustione, trattamento (F + L + S), ecc.

5 ENERGIA R = Processi di trattamento termico GAS DERIVATO OLIO ("TAR") RESIDUO ("Char") PIROLISI 0 GAS DERIVATO CO, ("Syngas") H 2, N 2 GASSIFICAZIONE ARIA EFFETTIVA ( O 2 ) ALIMENTATA ARIA STECHIOMETRICA (O 2 ) NECESSARIA 1 FUMI CO 2, H 2 O, N 2 COMBUSTIONE R

6 Individuazione del sistema di recupero energetico Processo Tecnologia Rec. energia Sistema Combustione Gassificazione Pirolisi Processo X A B N Tecnologia Y Elettrica Termica Elettr+Term Recupero Z Impianto dedicato Impianto industriale Dedicato c/o Industriale Sistema W Rifiuti RUR, Secco, CDR CDR RUR, Secco, CDR

7 Residui Sistema integrato di recupero energetico Rifiuti Vapore Combustione Produzione CDR Trattamento Fumi CDR Pretrattam. Gassif./pirolisi E.E. Centrale termoelettrica Utenze termiche Fumi a trattamento

8 Recupero energetico vs raccolta differenziata: Italia 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Media nazion. 0% Elaborazione ENEA su dati APAT (2005) Tecnologie trattamento rifiuti e recupero energetico Lombardia Emilia R. Friuli V.G. Sardegna Trentino A.A. Basilicata Toscana Veneto Lazio Umbria Puglia Piemonte Marche Sicilia Valle D'Aosta Liguria Abruzzo Campania Calabria Molise Recupero energetico Raccolta differenziata Altro

9 Recupero energetico vs riciclo/recupero: UE % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Media UE 15 10% 0% Tecnologie trattamento rifiuti e recupero energetico Danimarca Svezia Lussemburgo Belgio Francia Olanda Germania Portogallo Italia Austria Finlandia Regno Unito Spagna Grecia Irlanda Recupero energetico Discarica Riciclaggio + compostaggio Altro Elaborazione ENEA su dati Eurostat e APAT

10 Requisiti richiesti Provata, consolidata, referenziata Flessibile, di agevole gestione e controllo Di elevata affidabilità e ridotta richiesta di manutenzione A costi accettabili, ma soprattutto certi A ridotto impatto sull ambiente (emissioni, reflui liquidi, residui solidi) Energeticamente efficiente ed efficace (massimo recupero e minimi autoconsumi, costanti nel tempo) A rischio minimo in termini di sicurezza e di salute

11 Obiettivi da perseguire Massimo sfruttamento della risorsa rifiuto; Minimo impatto sull ambiente; Costo accettabile per i cittadini; Ricerca costante di innovazione su tutti gli aspetti relativi al percorso da rifiuto a risorsa (prodotto) ; Integrazione con la realtà locale.

12 Le tecniche di riferimento Direttiva IPPC 96/61/CE sulla prevenzione e riduzione integrate dell inquinamento ripresa a livello nazionale dal DLgs 59/2005 Definizione delle Migliori Tecniche Disponibili (MTD) o Best Available Techniques (BAT) individuate dal BRef, BAT Reference Document

13 Le tecniche di riferimento A livello europeo: Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration Final document, August 2006 A livello nazionale Linee guida per l individuazione e l utilizzazione delle migliori tecniche disponibili per gli impianti di incenerimento dei rifiuti 3 a Bozza, febbraio 2006

14 ..Best Available Techniques Techniques : comprendono sia le tecnologie impiegate, sia le modalità di progettazione, costruzione, manutenzione, esercizio e dismissione dell impianto

15 Best :..Best Available Techniques Le più efficaci per l ottenimento di un elevato livello di protezione dell ambiente nel suo complesso

16 Avalaible :..Best Available Techniques sviluppate su scala industriale nel settore pertinente sperimentate, anche al di fuori dagli stati membri valide tecnicamente ed economicamente (analisi costi/benefici) accessibili ragionevolmente agli operatori del settore

17 Combustione diretta o gassificazione? Tecnologie trattamento rifiuti e recupero energetico Preferenza (%) Oper. Rifiuti Urbani Oper. Rifiuti Industriali Oper. Biomasse P.A. Gestione Rifiuti Politici Opinione Pubblica Combustione Gassificazione

18 Nuovo e Convenzionale a confronto Combustione Pirolisi/gassificazione Recupero energetico: Buono Potenzialmente superiore Impatto ambientale: Molto buono Potenzialmente migliore Costi di investimento ed esercizio: Recupero sottoprodotti e residui: Mediamente elevati, ma definiti In sviluppo Non facilmente definibili, ma similari a combustione Migliore per ceneri e scorie, non provato per tar e char Aspetti gestionali: (1) Definiti e controllabili Non dimostrati (1) Controllo del processo, affidabilità, richiesta di manutenzione, sicurezza

19 BRef su gassificazione/pirolisi (tab. 4.9) Applicabilità ad un campo ristretto di rifiuti Capacità di trattamento mediamente inferiori Costi di trattamento mediamente superiori Richiesta di personale qualificato Non consolidate o ancora in fase di sviluppo

20 RIFIUTO RIFIUTO PIROLISI/ GASSIFICAZIONE CENERI/CHAR PIROLISI/ GASSIFICAZIONE CENERI/CHAR Quale è la vera gassificazione? GASSIFICAZIONE DI TIPO "TERMICO" SYNGAS GREZZO COMBUSTIONE COMBUSTIONE IN IN 2 2 STADI STADI (INCENERIMENTO) (INCENERIMENTO) Ceneri SYNGAS GREZZO COMBUSTIONE FUMI TRATTAMENTO GAS RESIDUI TAR GENERATORE DI VAPORE PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA SYNGAS PULITO VAPORE TURBINA / MOTORE ENDOT. PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA TRATTAMENTO FUMI RESIDUI GASSIFICAZIONE DI TIPO "ELETTRICO" CAMINO CAMINO

21 Trattamenti termici bilancio di materia PRETRATTAMENTO DEL RIFIUTO S C A R T I RIFIUTO ADDITIVI / REAGENTI ARIA / OSSIGENO PROCESSO DI TRATTAMENTO TERMICO ACQUA COMBUSTIBILE AUSILIARIO TRATTAMENTO FUMI TRATTAMENTO ACQUE TRATTAMENTO RESIDUI SOLIDI RES IDUI SOLIDI S T O C C A G G G I O I N U S C I T A R I U T I L I Z Z O / D I S C A R I C A LIMITI DEL SISTEMA FANGHI FUMI ALLA ATMOSFERA SCARICO IN RICETTORE ESTERNO

22 Trattamenti termici bilancio di energia RIFIUTO PRETRATTAMENTO R I F I U T O LIMITI DEL SISTEMA COMBUSTIBILE AUSILIARIO PROCESSO DI TRATTAMENTO TERMICO ( Energia prodotta dal rifiuto ) CONSUMI INTERNI AL PROCESSO (E+T) TRATTAMENTO DEI RESIDUI S U R P L U S DI ENERGIA A TERZI ( E + T )

23 Efficienze nette di produzione di E.E. Trattamento: Produz.E.E. Efficienza dichiarata Efficienza realistica Combust. Ciclo a vapore 19-27% Ciclo a vapore 14-20% 9-20% Gassificazione/Pirolisi Motore a gas 13-24% 13-24% IGCC 34% 23-26%

24 Recupero energetico diretto: RU o CDR? 1 kg RU Combustione 1 kg RU E 1 =PCI RU x ή 1 E 2 = PCI* CDR x ή 2 x m Evaporazione Produz. CDR Scarti E2 = E1x(PCI*CDR/PCIRU)x(ή2/ή1)x m Combustione ή 1 m<< 1 kg ή 2 E 1 E 2 RE = E2/E1 1?

25 Combustione RU, frazione secca, CDR: dove? Rifiuto PCI (MJ/kg) Apparecchiatura Griglia Letto fluido RU residuo Secco /- (1) CDR (ex DM ) /- (2) + Rifiuti a elevato PCI > (1) Previa riduzione della pezzatura (2) Può essere richiesto l impiego di griglia raffreddata ad acqua (in funzione del PCI) Legenda: + = idoneo +/--= idoneo con limitazioni -- = non idoneo

26 Griglia Vs Letto fluido Apparecchiatura Vantaggi Svantaggi A griglia mobile A letto fluido Apparecchiatura collaudata ed affidabile Esistono migliaia di applicazioni a livello mondiale Consente buoni livelli di recupero energetico Idoneo per rifiuti di diversa pezzatura Non richiede il pretrattamento dei RU Elevata efficienza di combustione (grado di turbolenza,maggiori tempi di residenza, temperatura più uniforme) Basso contenuto di incombusti nelle scorie (0,2-0,3 %) Unità più compatte (maggiori carichi termici specifici applicabili) Ridotti tempi di avviamento e possibilità di funzionare anche in discontinuo Ridotto numero di parti meccaniche in movimento Possibilità di operare con ridotti eccessi d aria, con conseguenti migliore rendimento di recupero e minori dimensioni dei sistemi di depurazione dei fumi Parziale rimozione di gas acidi (principalmente SO 2 ) in fase di combustione, tramite l iniezione di sorbenti alcalini Non particolarmente idonea per rifiuti ad alto PCI (>20 MJ/kg) Non idonea per rifiuti pulverulenti, pastosi e melme Fattibilità economica ristretta a taglie d impianto medio-grandi Rischio di defluidizzazione del letto conseguente a possibili fenomeni di agglomerazione Necessità di pretrattamenti dei rifiuti (riduzione pezzatura, omogenizzazione, ecc.), con conseguente aumento dei costi globali di gestione Necessità di aumentare i punti di alimentazione o di incrementare la velocità di fluidizzazione a causa di insufficiente mescolamento trasversale Difficoltà di alimentazione dei rifiuti leggeri (es.: CDR fluff ) soprattutto in corrispondenza di velocità di fluidizzazione elevate (letti circolanti) Ridotte esperienze applicative in scala industriale per l impiego con rifiuti urbani, soprattutto per i letti circolanti Maggiori carichi di polveri da captare nell impianto di trattamento fumi.

27 INd PERCOLATO Recupero energetico e risvolti sull ambiente DISCARICA RISCHI? GSd INr RIFIUTO PRODUZIONE COMBUSTIBILI DERIVATI IMPIANTO RECUPERO ENERGETICO ENERGIA ELETTRICA ENERGIA TERMICA GSr INc COMBUSTIBILI FOSSILI CENTRALE TERMOELETTRICA Legenda: IN = emissioni di inquinanti GS = emissioni di gas serra ENERGIA A TERZI GSc INt GSt RISCALDAMENTO CIVILE E INDUSTRIALE

28 Inquinante Limiti normativi alle emissioni Unità Incenerimento DLgs 133/2005 (1) Direttiva 2000/76/CE (1) Centrali Termoelettriche DM (2) (0) (3) Cementifici DM (3) Polveri mg/nm SO 2 mg/nm NO x mg/nm CO mg/nm Metalli pesanti mg/nm 3 0,5 (5) 0,5 (5) 10 (6) 5 (6) Diossine (FTE) ng/nm 3 0,1 0, (4) (4) (0) Valori riferiti a fumi secchi, nelle condizioni standard (P= 101, 3 kpa, T= 273 K) (1) I limiti di emissione sono riferiti all 11 % di ossigeno libero nei fumi (2) I limiti di emissione sono riferiti al 3 % di ossigeno libero nei fumi per i combustibili liquidi e gassosi e 6 % in volume per il carbone (3) Per i cementifici i valori di emissione sono riferiti al contenuto di ossigeno libero degli effluenti gassosi umidi (4) Valutato come somma di tutti gli isomeri (5) Somma di Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V (6) Somma di Sb, Pb, Cr (III), Cu, Mn, V, Sn, Pd, Pt, Rh

29 Emissioni specifiche (mg/kwe) Influenza del rendimento di recupero Emissioni di Polveri da combustione rifiuti Rendimento netto (%) Emissioni medie da Centrale termoelettrica

30 I rifiuti sono fonti rinnovabili? DLgs 29 dicembre 2003, n. 387, art. 2, pto a) "Fonti energetiche rinnovabili o fonti rinnovabili: le fonti energetiche rinnovabili non fossili (eolica, solare, geotermica, del moto ondoso, maremotrice, idraulica, biomasse, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas). In particolare per biomasse si intende: la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali ed urbani; (Ex art. 1 direttiva 2001/77/CE sulla promozione dell energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno dell elettricità)

31 Frazione Rifiuti e rinnovabilità Quantità (% p) Rinnovabilità (%) Frazione rinnovabile (% p) Carta e cartone Organico Plastiche pesanti 7,8 0 0 Plastiche leggere 5,2 0 0 Vetro 7,0 0 0 Metalli ferrosi 2,4 0 0 Metalli non ferrosi 0,6 0 0 Legno 4, ,6 Tessili 1,6 50 0,8 Vari combustibili 0,8 50 0,4 Vari inerti 2,0 0 0 Sottovaglio 13,0 60 7,8 TOTALE ,6

32 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 Emissioni specifiche di CO 2 (g/mj) Lignite Carbone Petcoke Olio combustibile denso Olio Combustibile Gas naturale Legno (50 % um.) Legno (0 % um.) Polietilene Rifiuti urbani CDR Biogas CO2 totale CO2 fossile Tecnologie trattamento rifiuti e recupero energetico Emmissione specifica, g/mj

33 Quale energia recuperare? Efficienza energetica netta E = E t x E El x (100 -P p ) E t = Efficienza Termica del sistema E El = Efficienza Elettrica di conversione P p = Consumi endogeni, inclusi pre-trattamenti del rifiuto, produzione O 2, ecc., espressi come % dell energia elettrica lorda prodotta 80-90% 25-35%

34 Recupero energetico (BAT n , 66 68) la localizzazione di nuovi impianti deve tenere conto della possibilità di massimizzare l esportazione di energia termica sotto forma di calore e /o vapore; sia assicurato, ove praticabile, un carico minimo di produzione energia termica e, in ogni caso, l autosufficienza dei consumi di energia elettrica ; siano garantiti su base annua, anche nel caso di cogenerazione, dei livelli minimi di produzione unitaria (Mwh/t) di energia elettrica, in funzione del PCI dei rifiuti alimentati; siano minimizzati gli autoconsumi dell impianto.

35 Costi di investimento: (1) Costi indicativi Combustione Pirolisi/gassificazione Euro/t anno Euro / t anno Costi di esercizio: (2) Euro / t Euro / t (1) Costo unitario per capacità annua di trattamento dell'impianto (2) Costo unitario per tonnellata di rifiuto trattato

36 Costo investimento totale (M ) Costi di investimento Costo di investimento unitario Capacità termica (MWt) Costo di investimento totale 2,7 2,5 2,3 2,1 1,9 1,7 1,5 1,3 1,1 0,9 Costo investimento unitario (M /MWt)

37 Costo gestione totale (M /anno) Costo di gestione unitario Costi di gestione Capacità termica (MWt) Costo di gestione totale 0,34 0,33 0,32 0,31 0,30 0,29 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24 0,23 0,22 Costo gestione unitario (M /MWt)

38 Sintesi e Conclusioni Il recupero di energia da rifiuti consente: b la chiusura del ciclo di gestione dei rifiuti b un risparmio significativo di risorse b una riduzione delle emissioni globali (inquinanti & gas con effetto serra); Sono disponibili moderne tecniche/tecnologie di trattamento che consentono buoni livelli di recupero nel rispetto dell ambiente; Non esiste la soluzione, né a livello di sistema né a livello tecnico, applicabile in modo generalizzato, ma un ventaglio di alternative idonee alle varie realtà locali; Necessita un approccio sistemico sul territorio che coinvolga autorità, cittadini ed imprenditori per cogliere le opportunità che il recupero di energia da rifiuti è in grado di offrire.

39 E tutto! Grazie per l attenzione!