Stima delle emissioni e del risparmio di CO2 derivanti dall adozione di tecniche di riciclaggio in sito della pavimentazione stradale

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1 Stima delle emissioni e del risparmio di CO2 derivanti dall adozione di tecniche di riciclaggio in sito della pavimentazione stradale Premessa Obiettivo: stimare le emissioni di CO2 prodotte dall attività di costruzione e manutenzione della pavimentazione stradale (della rete autostradale di Autostrade per l'italia) della società controllata Pavimental S.p.A., nonché di valutarne il risparmio in virtù delle tecniche adottate per il riciclaggio di materiale ammalorato di pavimentazione. I risultati ottenuti, hanno preso in considerazione in particolare tre diverse fasi di processo: 1. Produzione di conglomerato bituminoso in impianto 2. Trasporto del materiale prodotto dall impianto al cantiere stradale (e percorso inverso). 3. Operazioni di posa in opera dell asfalto/costruzione e di manutenzione delle squadre di lavoro di Pavimental S.p.A. Il processo nel suo complesso può essere schematizzato come segue: Impianti per la produzione di conglomerato bituminoso La produzione a caldo del conglomerato in impianto fisso consiste nel riscaldare ed essiccare del materiale lapideo vergine e mescolarlo con percentuali variabili di bitume puro e filler per formare una massa il più possibile omogenea. Gli inerti vergini, che si classificano in base alla loro granulometria in filler, sabbie, ghiaia, pietrisco ecc. (fig.1), vengono caricati separatamente in quattro/cinque tramogge (solitamente tre per l aggregato grosso e una o due per le sabbie) che, in base alle esigenze di produzione, effettuano una prima dosatura e inviano il materiale ad un forno a tamburo rotante attraverso un nastro trasportatore. Fig.1 : Classificazione granulometrica degli inerti Il forno, detto essiccatore, si presenta come un cilindro d acciaio rotante, inclinato nel senso di avanzamento del materiale, con apposita palettatura interna che solleva il materiale e lo fa cadere attraverso la fiamma del bruciatore riscaldandolo e liberandolo dall umidità. Esso rappresenta il cuore del sistema di produzione. Infatti dall efficienza dell essiccatore dipende interamente la capacità produttiva dell impianto. 1

2 L energia termica viene generalmente fornita dall olio combustibile (a basso tenore di zolfo, BTZ) o, in alternativa per alcuni impianti fissi collegati in rete gas, dal metano. Il consumo di olio combustibile è legato al numero di calorie necessario per eliminare l umidità presente negli aggregati. Al fine di evitare che composti derivati dalla combustione e materiale particolato si disperdano in atmosfera, l essiccatore è dotato di un apposito sistema di aspirazione che convoglia il flusso di gas e polveri in un sistema di abbattimento costituito generalmente a monte da un depolveratore a secco e da un filtro a umido o un filtro a maniche a valle. Si abbattono le particelle con diametro superiore ai 25 micron che vengono poi riutilizzate come filler. Il materiale riscaldato ed essiccato (T= C) passa, mediante un elevatore a caldo, nella parte più alta della torre di miscelazione dove, attraverso un sistema di vagli vibranti, viene riclassificato in base a tre o più pezzature. All interno della torre gli aggregati sono inviati al nucleo di miscelazione dove entrano in contatto con filler, aggiunto generalmente a freddo, e legante bituminoso caldo (il bitume viene riscaldato in apposite cisterne termiche). Il conglomerato pronto viene, infine, scaricato direttamente su autocarri per il trasporto. Tecniche di riciclaggio della pavimentazione stradale Col termine riciclare, si intende qualsiasi possibilità di recuperare e riutilizzare il fresato, nella produzione di un nuovo conglomerato bituminoso. Nel rispetto delle specifiche metodologie produttive, si può sicuramente affermare che il fresato può essere recuperato e reimpiegato totalmente con due grandi vantaggi per l ambiente: 1. riduzione dell inquinamento atmosferico; 2. riduzione dell estrazione di materiali vergini; Inoltre, l impiego di materiali e tecnologie atte a realizzare il riciclaggio delle miscele bituminose ottenute dalle pavimentazioni ammalorate, comporta una riduzione dei trasporti, un contenimento del ricorso a materiali nuovi, nonché una diminuzione dei quantitativi di rifiuto da smaltire in discariche costose ed impattanti. L operazione di riciclaggio del fresato, può essere eseguita in diverse modalità a seconda del sito di produzione e a seconda della tecnica impiegata. Nel primo caso la classificazione è la seguente: - riciclaggio in appositi impianti; - riciclaggio su strada tramite l uso di speciali macchinari semoventi che contestualmente fresano, impastano e stendono il prodotto; Nel secondo caso la classificazione è la seguente: - riciclaggio tramite riscaldamento dei materiali ( riciclaggio a caldo ); - riciclaggio senza preventivo riscaldamento dei materiali, bensì con l aggiunta di leganti e rigeneranti ( riciclaggio a freddo ). Il riciclaggio a freddo in sito rappresenta la tecnica che consente il maggior risparmio in termini economici ed ambientali. Il riciclaggio a freddo è realizzato mediante apposite apparecchiature che consentono di miscelare in continuo il fresato bituminoso impastandolo con emulsione, cemento, acqua e inerti vergini per reintegrare la granulometria, se necessario. I procedimenti di riciclaggio a freddo maggiormente utilizzati nelle operazioni di manutenzione della pavimentazione stradale sono: 1. riciclaggio a freddo in sito con bitume schiumato e cemento; 2. riciclaggio a freddo in sito con emulsione e cemento; 2

3 Nel primo caso, del bitume caldo ( C) viene messo in contatto con acqua a temperatura ambiente. Il vapore che si genera per contatto, causa un immediata ed esplosiva espansione e la formazione di schiuma di bitume che ne incrementa la superficie specifica e lo rende più adatto ad essere mescolato con gli aggregati freddi ed umidi. Nel secondo caso, invece, viene additivata al fresato stradale una miscela di bitume, acqua e emulsionanti1 (o tensioattivi) detta tecnicamente emulsione. L emulsione assicura coesione, stabilità e flessibilità al nuovo conglomerato. Nella tabella seguente sono indicate le componenti di un conglomerato bituminoso riciclato a freddo con emulsione di bitume e i rispettivi dosaggi teorici. Componente Quantità in % fresato derivante dalla scarifica o fresatura della pavimentazione emulsione bituminosa con la funzione di legante 3,0 5,0 cemento 2 aggiunto con diverse finalità 1,0 3,0 acqua di aggiunta per migliorare la lavorabilità della miscela 1,0 5,0 aggregato d integrazione per correggere la curva granulometrica; variabile Descrizione del modello Il modello proposto in questo studio, determina, il contributo alle emissioni di anidride carbonica in atmosfera dato da: 1. gli impianti fissi di proprietà della società; 2. trasporto di materiale da impianti fissi a cantieri mobili e viceversa; 3. le attività delle macchine operatrici stradali; Al fine di rendere la metodologia di misurazione delle emissioni prodotte dagli impianti e dai macchinari d opera di Pavimental S.p.A. coerente a quella adottata per misurare le altre emissioni del Gruppo, sono state considerate solo le tre fasi anzidette escludendo la valutazione delle emissioni legate all impiego di materie prime che rappresentano gli input di produzione. L unità funzionale considerata per l analisi è: una tonnellata di materiale steso. Prima fase: Produzione in impianto del conglomerato Per la valutazione della quantità di CO2 emessa in questa fase, si è proceduto con un approccio di tipo Top-Down, a causa dell insufficienza di dati specifici sulle caratteristiche tecniche e di emissione dei singoli impianti fissi. La metodologia, quindi, si basa su dati aggregati di consumo di combustibile e di produzione annua di conglomerato bituminoso. Nel 2011 la società ha utilizzato, per il funzionamento degli impianti di produzione, circa tonnellate di olio combustibile a basso tenore di zolfo, 1.8 milioni di metri cubi di metano e circa 896 tonnellate di GPL per il riscaldamento del bitume nelle cisterne di stoccaggio. Considerando tali consumi e mediante l utilizzo di fattori di conversione specifici (fonte dei fattori di emissione è la Revised IPCC guidelines for National Greenhouse gas inventories ), è stata calcolata la quantità in tonnellate di CO2 emessa per combustione completa in impianto. Per gli impianti fissi di Pavimental è stata stimata un efficienza di combustione degli essiccatori del 95% in media quindi, nel modello di calcolo implementato, il fattore IPPC di emissione di CO2 è stato corretto con un coefficiente di ossidazione 1 Gli emulsionanti favoriscono la dispersione del bitume in acqua; 2 Il cemento è un componente sinergico del processo, importante per conferire capacità portante al conglomerato; 3

4 di 0,95. L elaborazione dei dati ha portato ad un valore assoluto di CO2 emessa pari a tonnellate da associare alla produzione di circa t di conglomerato bituminoso, circa kg di CO2 per tonnellata di prodotto conglomerato. Moltiplicando quest ultimo fattore relativo per la quantità di conglomerato riciclato con tecniche a freddo impiegate in sito pari a circa tonnellate (che rappresenta produzione in impianto evitata), è stato calcolato il risparmio emissivo derivante da attività di recupero della pavimentazione ammalorata (2.772 tonn. di CO2) per la sola fase di produzione. Seconda fase: Trasporto di conglomerato In virtù del fatto che l attività di trasporto dei prodotti bituminosi e/o del fresato stradale è affidata a ditte esterne, quindi non gestita direttamente da Pavimental S.p.A., sono state ammesse alcune generalizzazioni: - distanza tra due impianti fissi di proprietà di Pavimental = circa 160Km in media; - percorrenza media di un veicolo merci da un impianto a un cantiere stradale = circa 40 km ( da cui 80km per viaggio a/r); - carico trasportato per viaggio = Tonnellate di materiale (e ipotesi di pieno carico nei viaggi a/r); Fatte tali assunzioni, il modello calcola il numero di viaggi medi annuali, rapportando al limite di carico di tonnellate la produzione annuale totale in impianto. Quindi, dal valore ottenuto, si ricava il totale dei chilometri percorsi dagli autocarri per il trasporto merci nell anno di riferimento. Il quantitativo annuale di CO2 da trasporto su gomma, stimato partendo da tali informazioni, e prendendo a riferimento un consumo medio di carburante di 4 Km/l, è stato di circa tonnellate. Viceversa, considerando il risparmio in termini di viaggi evitati a seguito di interventi di manutenzione con tecniche di riciclaggio a freddo in sito (il numero di viaggi si ottiene dal rapporto tra produzione annuale con tecniche di riciclaggio e limite di carico assunto), si è stimato il risparmio di combustibile e, di conseguenza, di anidride carbonica emessa (circa 524 tonn). Per valutare l attendibilità dei risultati, è stata inoltre determinata la CO2 emessa dal trasporto con l utilizzo, in parallelo, del software COPERT III. Il fattore di emissione proposto dal programma 3, per un ciclo di guida autostradale a velocità media di 80 Km/h, è pari a 230,7 grammi di combustibile per chilometro percorso, quindi non discordante dal consumo teorico medio fornito dai trasportatori (circa 210 g/km di gasolio). Terza fase: Lavori stradali Per ovviare al problema della mancanza di dati di dettaglio sui consumi, ore lavorative e specifiche tecniche riguardanti tutte le macchine operatrici di Pavimental S.p.A. impiegate nei lavori di pavimentazione stradale, sono state considerate tre formazioni tipiche di mezzi da lavoro, a seconda del tipo di intervento. Le squadre prese in esame sono le seguenti (tra parentesi i consumi in l/h): 3 Il fattore di emissione Copert è stato ottenuto mediando i consumi di combustibile di più categorie di veicoli pesanti ; 4

5 L indicazione sul consumo di carburante per singola macchina (in questa fase si considera esclusivamente gasolio), consente di determinare il quantitativo medio annuale di gasolio utilizzato a partire dal monte ore di operatività, ottenuto, quest ultimo, dal rapporto tra produzione annuale di conglomerato e produttività media di una squadra di stesa. È importante far noto che tale produttività, con conglomerato caldo proveniente da impianto, è di circa 125 tonnellate/ora. Viceversa, nei casi di riciclaggio in sito, essa è determinata dai macchinari di rigenerazione, cioè il treno e la riciclatrice, che riciclano in media rispettivamente 200t/h e 240t/h. Il valore emissivo finale è stato calcolato sommando i tre contributi di consumo di combustibile delle tre tipologie di intervento, e convertendo il totale in tonnellate di CO2. L apporto di emissione derivante dalle attività di cantiere stradale di Pavimental e stato quantificato intorno alle tonnellate. Sintesi dei risultati Si riporta di seguito il riepilogo delle emissioni di CO2 prodotte e risparmiate nell anno di riferimento Fase Emissione di CO2 (tonn) Risparmio con riciclaggio (tonn) Produzione di conglomerato (base, binder,usura) Trasporto con bilici da impianti a cantieri stradali Emissione da macchine operatrici stradali TOTALE Si precisa che l apporto emissivo di CO2 delle attività di Pavimental S.p.A. riportato in tabella, differisce dal valore riportato nel Bilancio di Sostenibilità 2011 di Autostrade per l Italia (paragrafo Cambiamento climatico ) e pari a tonnellate, per la quantità di CO2 derivante dal consumo di energia elettrica nella fase di produzione del conglomerato in impianto. Tale valore, infatti, non è stato considerato nel calcolo dell apporto emissivo delle attività di Pavimental S.p.A., in quanto già contabilizzato nel calcolo delle emissioni indirette complessive di Autostrade per l Italia. 5