La filiera selezione+riciclo_parte I_le plastiche

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1 Corso di Impianti di Trattamento dei Rifiuti Solidi Laurea Specialistica in Scienze e Tecnologie Ambientali, a.a La filiera selezione+riciclo_parte I_le plastiche prof. ing. Umberto Arena Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali Biologiche e Farmaceutiche Seconda Università di Napoli Il riciclo nell economia circolare Il riciclo nell economia circolare 1

2 Una gestione integrata dei rifiuti Una gestione integrata dei rifiuti urbani La filiera RD+selezione+riciclo 2

3 Parametri da considerare per le piattaforme di selezione (MRF facilities) Immagini da una MRF Immagini da una MRF 3

4 Classificazione del riciclo in base al grado di trattamento Riciclo del prodotto (Product Recycling) Nessuno (costituzione fisica e chimica invariata) Es. pneumatici di fine vita usati come paraurti Riciclo di materia (Material Recycling) La costituzione fisica (ma non chimica) è modificata Es. fusione e riprocessazione di metalli Riciclo di materia prima (Feedstock Recycling) La costituzione fisica e chimica sono modificate Es. de polimerizzazione in monomeri Classificazione del riciclo in base all efficienza delle prestazioni Efficienza di Materia m Efficienzadimateria m out Efficienza di Energia E Efficienzaenergetica m out Efficienza di Qualità in in GJ/t Qualità Efficienzadiqualità Qualità riciclato vergine? Materia in input m t/h in Energiain input E GJ/h in Materia in output m t/h out Il riciclo quasi chiuso Source: Bartl, Sardinia

5 Il riciclo quasi chiuso Source: Bartl, Sardinia 2015 Il riciclo: i risparmi di energia Prezzo dei materiali Effetto della scarsità Effetto della richiesta di energia per la produzione Material price [US$/kg] 1.E+05 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+01 1.E+00 1.E 01 1.E 02 1.E 01 Ag Ni Glass PbZn Al Mg Ti Steel Brick Wood Alumina Concrete 1.E+00 Plastics 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 Pd Au Energy intensity [MJ/kg] 1.E+05 Pt 1.E+06 Gutowski et al Come si riciclano le plastiche 5

6 Riciclo (chimico) della plastica Kohle-ol-Anlage Bottrop Paraffina pura prodotta Riciclo (chimico) della plastica Riciclo (meccanico) della plastica Films di polietilene Film-blowing 6

7 Riciclo (meccanico) della plastica Il riciclo reale Il riciclo reale 7

8 Riciclo (meccanico) della plastica Riciclo (meccanico) della plastica CONSUMI E MANODOPERA MATERIALE IN INGRESSO IMPIANTO RICICLAGGIO SCHEMA MODULARE BY PRODUCT E SCARTI POLIMERO RICICLATO HDPE CONTENITORI HDPE BOTTIGLIE CASSETTE 8

9 FILM AGRICOLO FILM POST INDUSTRIALE FILM POST CONSUMO FILM AGRICOLO SOTTILE CONTAMINAZIONI FINO AL 70 80% SPECIFICA FILM DA RICICLO Dimensioni delle balle Origine del materiale Quantità totale di contaminazione Composizione della contaminazione Composizione del materiale(ldpe,lldpe, HDPE, PP etc.) Spessori dei film Quantità di etichette/carta Quantità di superficie stampata Presenza di film multistrato/accoppiati/metallizzati 9

10 PE PRODOTTI FINITI PE SPECIFICA BOTTIGLIE PET TIPO CONTAMINAZIONI COMUNI CONTAMINAZIONI CRITICHE Non PET contenitori HDPE, PP PVC, PC, PETG, PEN Tappi HDPE, PP Alluminio Contaminazioni Vetro, terra, etc inorganiche Etichette PE,PP, Carta PVC, PS, PET Guarnizioni dei tappi Assente o EVA PVC Residuo liquidi Contaminazioni organiche Soft drink, acqua, olio Secondo raccolta e selezione Prodotti chimici o tossici Coating, additivi Pochi dati disponibili Pochi dati disponibili Barrier layer PA Layer 10

11 PET PRODOTTI FINITI PET FASI PRINCIPALI DEL PROCESSO APRIBALLE LAVAGGIO INTENSIVO A CALDO ESSICAZIONE PRELAVAGGIO RISCIACQUO A CALDO SEPARAZIONE AERODINAMICA SEPARAZIONE SEPARAZIONE HDPE/PP MISCELAZIONE E CONTROLLO QUALITA SEPARAZIONE FLAKES MACINAZIONE RISCIACQUO A FREDDO IMBALLO E STOCCAGGIO BOTTIGLIE FLAKES FLAKES 11

12 Impossibile visualizzare l'immagine. 26/10/2015 PACKING IMPIANTO DI RICICLO PET MISCELAZIONE E STOCCAGGIO PET 3000 SECONDA MACINAZIONE SEPARAZIONE FLAKES SEPARAZIONE AEREODINAMICA RISCAQUO E ESSICAZIONE SEPARAZIONE PE/PP RISCACQUO LAVAGGIO INTENSIV A CALDO MACINAZION E APRIBALLE PRELAVAGGIO A CALDO SEPARAZIONE DETECTOR APRIBALLE Apre le balle pressate Genera un flusso regolare di bottiglie Stabilizza la produzione dell impianto PRELAVAGGIO A CALDO Rimuove contaminazioni esterne Singolarizza il flusso di bottiglie Separa le etichette 12

13 SEPARAZIONE MANUALE E AUTOMATICA Seleziona le bottiglie NON PET Seleziona le bottiglie PET per colore Tipi di sensori Sensore NIR Riflessione Sensore Colore Trasmissione +riflessione Selezione di: Plastic bottles,: PET HDPE PS, PP, PVC o altri 13

14 MACINAZIONE AD ACQUA Riduce le bottiglie in flakes Efficace azione meccanica di lavaggio Numero di lame Angolo di taglio Tipo di taglio IL controllo della distanza tra le lame garantisce - Minima produzione di fini - Ridotto consumo energetico 14

15 LAVAGGIO A CALDO IL CUORE dell impianto per realizzare la qualità del R-PET Combina l azione della temperatura, con frizione meccanica e prodotti chimici Rimuove la colla Rimuove carta e fibre Ottimizza il processo di separazione per flottazione 2 tecnologie disponibili IMPIANTO LAVAGGIO A CALDO A BATCH Massima flessibilità Facile regolazione dei parametri di processo LAVAGGIO A CALDO IN SISTEMA CONTINUO Consumo regolare dell energia Schema di processo semplificato 15

16 VASCA DI SEPARAZIONE Separa PE/PP da PET Flakes VASCA DI SEPARAZIONE INPUT MIXER 1 FASE 2 FASE HDPE/PP PET PET RISCIACQUO Stabilizza il ph dei flakes Lavaggio finale dei PET flakes Modulo base per realizzare un alta qualità 16

17 ESSICAZIONE Riduce l umidità ai valori richiesti Permette un parziale cristalizzazione dei flakes SEPARATORE AERODINAMICO Permette la separazione PS, PA, PET films Riduce al minimo le polveri di PET Separa I fini SEPARATORE FLAKES Selezione colore Separazione materiale ancora in fase di sviluppo 17

18 CONTROLLO QUALITA Necessità di un controllo continuo del processo Semplici e efficaci procedure in accordo a norme SISTEMA DI SUPERVISIONE Interfaccia semplice Settaggio dei parametri del processo Controllo dello stato dei macchinari Registro dati del set up e consumi del processo SCARTI TIPOLOGIA QUANTITA NOTE Tappi ed etichette HDPE/PP Approx. 4% Pulito lavato 8 12 mm PET Polveri Approx. 1-3% Separatore aerodinamico Contaminazioni solidi 10-15% Dipende dalla contaminazione delle bottiglie 18

19 UTILITIES E MANODOPERA Consumi Unità Consumi per kg di flakes pulito Elettricità kw/kg 0,23 0,27 Vapore kcal/kg 250 per lavaggio per prelavaggio Acqua di processo It/kg 1,5 5 caratterizzato della contaminazione Chimica Secondo applicazione e qualità bottiglie Aria compressa m 3 N/h 1 3, uso strumentale Aria compressa m 3 N/1 1 Per ogni detectors (colore o materiale) Manodopera N 1 operatore per carico/scarico linea 1 operatore per il controllo + operatori per la selezione manuale CHIMICA PRELAVAGGIO MACINAZIONE IN ACQUA LAVAGGIO A CALDO CON FRIZIONE RISCACQUO SEPARAZIONE NaOH Antischiuma NaOH Detergente Antischiuma Antisciuma SCHEMA CIRCUITO DEL VAPORE GASOLIO GAS ADDOLCITORE ACQUA CALDAIA VAPORE 10 BAR SCAMBIATORE CALORE ESSICAZIONE RIDUZIONE PRESSIONE 3 BARS T: 133 C INIEZIONE DIRETTA PRELAVAGGIO LAVAGGIO A CALDO RISCIACQUO A CALDO 19

20 Riciclo della carta Riciclo della carta Fasi del processo di riciclaggio: tranciatura, pulping, essiccamento Il riciclo reale 20

21 Confini del sistema di gestione rifiuti, carichi diretti ed evitati: approccio LCA Fonte: Barlaz et al., 2015 Esempio di impiego della LCA a politiche gestionali del riciclo: la filiera italiana del riciclo di imballaggi plastici Scopo dello studio Studiare due filiere del riciclo degli imballaggi plastici quantificando i consumi di materia, di energia ed i relativi carichi ambientali al fine di: Valutare l evoluzione dell attività di riciclo ed i relativi costi ambientali Validare, mediante l utilizzo di standard ISO, la metodologia acquisita nel portare avanti questo tipo di studio Acquisire informazioni quantificate e verificabili su cui fondare nuove strategie ecocompatibili. 21

22 La filiera del riciclo Suolo pubblico privato Suolo RACCOLTA Trasporto SELEZIONE SELEZIONE SELE-PET SELE-PE SELE-MIX Trasporto Trasporto Trasporto RILAVORAZIONE PET RILAVORAZIONE PE RILAVORAZIONE MIX Fasi della LCA 22

23 Fase 1 della LCA Oggetto dell analisi del ciclo di vita E la gestione dei rifiuti di imballaggi plastici raccolti sul territorio nazionale nel 2000 e nel 2003 Scopo dell analisi del ciclo di vita Quantificare i carichi ambientali di tre scenari per la gestione degli imballaggi plastici da raccolta differenziata per operare il confronto filiera 2000 filiera 2003 mediante l utilizzo di due metodi alternativi. Confini del sistema 23

24 Unità funzionale La base di calcolo presa a riferimento, la cosiddetta unità funzionale è rappresentata da 1kgdiflakesdiPET A tale unità funzionale sono state ricondotte tutte le informazioni quantitative raccolte nella fase della Life Cycle Inventory. Fase 2 della LCA Qualità dei dati Lo studio ha impiegato unicamente dati rilevati durante le visite tecniche agli impianti o desunti da documenti ufficiali o dichiarazioni certificate dalle Aziende coinvolte nell indagine L insieme di questi ha costituito un database che ha permesso di quantificare i flussi di materia e di energia in ingresso e in uscita da ciascuna fase della filiera del riciclo 24

25 Bilanci di materia filiere a confronto 2,35 kg di imballaggi raccolti 3,28 kg di imballaggi raccolti 100% 100% Filiera del riciclo ,96 kg di SCARTI 41% Filiera del riciclo ,46 kg di SCARTI 45% 1 kg di R PET 0,39 kg di R PE 1 kg di R PET 0,37 kg di R PE 0,45 kg di R MIX 59% 55% Scenari di confronto (Metodo A) Scenari di confronto (Metodo B) 25

26 Fase 3 della LCA Metodologia Gli indicatori di impatto ambientale sono stati selezionati specificamente per l attività in esame. Si sono scelte le seguenti principali categorie di impatto: consumo di risorse naturali (consumi energetici netti, consumi di fonti non rinnovabili, consumi di acqua); inquinamento atmosferico (emissioni in aria di polveri e organici, emissione di CO 2 equivalente, emissione di SO 2 equivalente); inquinamento dell acqua (scarico di inquinanti); generazione di rifiuti solidi (di varia provenienza e classe) Energia netta consumata (Metodo A) Energia consumata (MJ) Raccolta e prettrattamento Produzione o riciclo di PE Produzione o riciclo di PET Rilavorazione di MIX Processo di recupero energetico Carichi evitati dovuti al recupero dei materiali Totale -12,8-23,3-27,8-40 Riciclo 2000 ("surplus" a riciclo) Riciclo 2000 ("surplus" a termovalorizzazione) Riciclo 2003 (scarti a termovalorizzazione) 26

27 ,6 3,0 3, ,3 68 8,2 32,4 Plastica non trattata Ceneri da termovalorizzazione Rifiuti da processi collegati Totale /10/2015 Consumo di risorse non rinnovabili (Metodo A) Consumo di risorse non rinnovabili (g) Petrolio Gas/liquefatti Carbone Riciclo 2000 ("surplus" a riciclo) Riciclo 2000 ("surplus" a termovalorizzazione) Riciclo 2003 (scarti a termovalorizzazione) Contributo all effetto serra (Metodo A) kg di CO2 equivalente ,2 Raccolta e prettrattamento Produzione o riciclo di PE Produzione o riciclo di PET Rilavorazione di MIX Processo di recupero energetico Carichi evitati dovuti al recupero dei materiali Totale 2,2 1, Riciclo 2000 ("surplus" a riciclo) Riciclo 2000 ("surplus" a termovalorizzazione) Riciclo 2003 (scarti a termovalorizzazione) Altri risultati (Metodo A) Acidificazione Distribuzione del consumo d'acqua Utilizzata nei processi Utilizzata nel raffreddamento g di SO2 equivalente Consumo d'acqua (kg) Riciclo 2000 ("surplus" a riciclo) Riciclo 2000 ("surplus" a termovalorizzazione) Totale Riciclo 2000 Riciclo 2000 Riciclo 2003 ("surplus" a riciclo) ("surplus" a termovalorizzazione) Produzione di scarti solidi (scarti a termovalorizzazione) Riciclo 2003 (scarti a termovalorizzazione) Produzione di scarti solidi (g) Riciclo 2000 ("surplus" a riciclo) Riciclo 2000 ("surplus" a termovalorizzazione) Riciclo 2003 (scarti a termovalorizzazione) 27

28 Energia netta consumata (Metodo B) Raccolta e prettrattamento Produzione o riciclo di PE Produzione o riciclo di PET Rilavorazione di MIX Processo di recupero energetico Carichi evitati dovuti al recupero dei materiali Totale 10 Energia consumata (MJ) Riciclo 2000 Riciclo 2003 Riciclo per PET e PE (MIX a Termovalorizzazione) Consumo di risorse non rinnovabili (Metodo B) Petrolio Gas/liquefatti Carbone Consumo di risorse non rinnovabili (g) Riciclo 2000 Riciclo 2003 Riciclo per PET e PE (MIX a Termovalorizzazione) Contributo all effetto serra (Metodo B) kg di CO2 equivalente Raccolta e prettrattamento Produzione o riciclo di PE Produzione o riciclo di PET Rilavorazione di MIX Processo di recupero energetico Carichi evitati dovuti al recupero dei materiali Totale 0-1 Riciclo 2000 Riciclo 2003 Riciclo per PET e PE (MIX a Termovalorizzazione) 28

29 Confronto dei soli carichi diretti l allargamento della tipologia di imballaggi plastici raccolti ha portato a maggiori volumi della raccolta esclusivamente per le plastiche da inviare alla produzione di MIX; la produzione di MIX appare energeticamente onerosa (anche il 400% in più rispetto al PET) a fronte di un mercato per ora non definito o garantito. Conclusioni I risultati ottenuti con entrambi i metodi mostrano sempre una migliore prestazione ambientale della filiera di riciclo attuata nel 2000 rispetto a quella del La maggiore produzione specifica di PET e PE avvantaggia notevolmente la filiera 2000, perché al riciclo di PET e di PE sono connessi crediti ambientali elevatissimi. L attuale filiera di gestione dovrebbe mirare senza remore a: massimizzare la raccolta ed il riciclo di materiali come PET e PE ad elevato ritorno economico ed ambientale; esplorare con convinzione (cioè sviluppando iniziative pilota di elevato livello qualitativo) la possibilità di utilizzare il SELE MIX in processi di feedstock recycling, quali la pirolisi, la gassificazione o l idrogenazione, con preferenza per i primi due, considerata la marcata maggiore semplicità impiantistica e gestionale. 29