Calcolo emissioni di CO 2 per impianti di termovalorizzazione. Ing. Andrea Forni

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1 Calcolo emissioni di CO 2 per impianti di termovalorizzazione

2 L effetto serra Principali cause: 1. consumo di combustibili fossili 2. deforestazione Fonte: Environment Canada, 2004

3 Il Protocollo di Kyoto/1 I Paesi industrializzati (compresi nell Allegato I) si impegnano a ridurre le proprie emissioni di gas ad effetto serra per il periodo almeno del 5% rispetto ai livelli del 1990 L Unione Europea ha ratificato il Protocollo di Kyoto il 31 maggio 2002 e si è impegnata a ridurre le proprie emissioni di gas effetto serra dell 8% nel periodo In particolare, l Italia deve ridurre le proprie emissioni del 6,5% rispetto ai livelli del Nonostante non sia stato ratificato da parte di USA e Australia, grazie alla ratifica della Russia il Protocollo entrerà finalmente in vigore nel febbraio 2005.

4 Il Protocollo di Kyoto/2 Per raggiungere l obiettivo di riduzione di emissioni vengono messi a disposizione 3 strumenti supplementari: Emission Trading: le attività con emissioni minori rispetto agli obiettivi fissati hanno diritto di commerciare i crediti a emettere. Joint Implementation: progetti di riduzione transnazionali tra imprese nei paesi facenti parte dell allegato I. Clean Development Mechanism: progetti di riduzione in paesi in via di sviluppo non facenti parte dell allegato I.

5 La Direttiva ETS (2003/87/CEE) La direttiva 2003/87/CEE, che riprende i meccanismi del Protocollo di Kyoto, ha lo scopo di istituire un sistema per lo scambio di quote nella Comunità (dal 01/01/2005). L'ammontare delle emissioni di ogni Stato Membro è distribuita fra tutti i partecipanti attraverso un Piano Nazionale di Allocazione delle Quote. I partecipanti hanno diritto a cedere annualmente un determinato quantitativo di emissioni uguale a quelle verificate. Il deficit nel rispetto delle quote sarà penalizzato, mentre il surplus delle quote potrà essere venduto o tenuto per ulteriore uso.

6 Emissione di GHG in Italia situazione attuale e obiettivi di Kyoto Emissioni GHG 140 All sectors ,6 Mt ,5 Mt Delta +62,9 Mt (+12% 1990) GHG emissions (base year=100) Kyoto target 485,8 Mt (-6,5% 1990) Delta 2004/Kyoto +96,7 Mt Past trends Projections with additional measures Target with KMs and sinks Fonte: EEA, Projections with existing measures Kyoto target

7 Emissione di GHG in Italia ed indicatori economici ed energetici Fonte: APAT, 2006

8 Serie storica gas serra per macrosettore Fonte: APAT, 2006

9 Il sistema integrato di gestione dei rifiuti Immagine: BS Gruppo Hera, 2003

10 Impianto di incenerimento rifiuti (art. 2 del D.Lgs. n. 133/2005) qualsiasi unità e attrezzatura tecnica, fissa o mobile, destinata al trattamento termico di rifiuti ai fini dello smaltimento, con o senza recupero del calore prodotto dalla combustione. La definizione include il sito e l'intero impianto di incenerimento, compresi le linee di incenerimento, la ricezione dei rifiuti in ingresso allo stabilimento e lo stoccaggio, le installazioni di pretrattamento in loco, i sistemi di alimentazione dei rifiuti, del combustibile ausiliario e dell'aria di combustione, i generatori di calore, le apparecchiature di trattamento, movimentazione e stoccaggio in loco delle acque reflue e dei rifiuti risultanti dal processo di incenerimento, le apparecchiature di trattamento degli effluenti gassosi, i camini, i dispositivi ed i sistemi di controllo delle varie operazioni e di registrazione e monitoraggio delle condizioni di incenerimento

11 I vantaggi della termovalorizzazione dei rifiuti urbani In sintesi gli impianti di termovalorizzazione dei rifiuti urbani presentano i seguenti vantaggi: Recupero energetico con produzione di: calore (immissione in reti urbane di TLR) energia elettrica (immissione in rete ENEL) Riduzione della volumetria da avviare a discarica Eliminazione di tutti i microrganismi patogeni contenuti nei rifiuti di origine

12 Lo schema di sintesi di un impianto di termovalorizzazione 1. Fossa rifiuti 2. Combustione 3. Raffreddamento scorie 4. Generatore di vapore 5. Turbina 6. Depurazione fumi Immagine:

13 Il recupero energetico: prestazioni attuali di impianti di diversa generazione Impianto Incenerimento (metà anni 70) 1 t di RSU η=19% Impianto WTE (2004) 1 t di RSU η=31% 280 kwh el 360 kwh th 800 kwh el 360 kwh th Energia fossile risparmiata 0,07 tep Energia fossile risparmiata 0,17 tep Minori emissioni in atmosfera

14 Il bilancio dei gas serra al camino Emissioni prodotte dalla combustione dei rifiuti Emissioni prodotte dalla combustione del metano Emissioni evitate dalla produzione di energia elettrica Emissioni evitate dalla produzione di energia termica Totale bilancio delle emissioni di gas serra segno positivo le emissioni sono PRODOTTE segno negativo le emissioni sono EVITATE

15 Emissioni prodotte dalla combustione dei rifiuti/1 La combustione dei rifiuti comporta la completa trasformazione del carbonio sia di origine biologica (presente nel legno, carta, cartone, tessile, organico, ecc.) che di origine fossile (presente nella plastica, gomma e resine sintetiche, ecc.). In particolare, il carbonio contenuto nelle frazioni di origine biologica è stato inizialmente rimosso dall atmosfera tramite fotosintesi clorofilliana da parte delle piante e, in condizioni naturali, tornerebbe all atmosfera sotto forma di CO 2 derivante da processi di degradazione. Pertanto, convenzionalmente si assume che l anidride carbonica derivante dalla combustione del carbonio organico non contribuisca all effetto serra e non venga considerata nel calcolo delle emissioni di CO 2 equivalente.

16 Emissioni prodotte dalla combustione dei rifiuti/2 In conclusione, ai fini della stima delle emissioni di CO 2 che derivano direttamente dalla combustione, si tiene conto unicamente della frazione di carbonio che proviene da fonti fossili. Le t di CO 2 emesse al camino possono essere ricavate dall analisi elementare del rifiuto t CO 2 emesse al camino = % di C elementare * 3,667 Dati di letteratura stimano tale frazione di carbonio fossile pari a circa 1/3 di quello totale presente nei rifiuti urbani. t CO 2 comb. rifiuti = t CO 2 emesse al camino * 1/3

17 Emissioni prodotte dalla combustione del metano Le emissioni dovute alla combustione del metano sono calcolate mediante la seguente formula t CO 2 comb. metano = consumo metano * fattore di emissione * fattore di ossidazione Fattore di emissione = 1,966 t CO2/1000 Stm 3 Fattore di ossidazione = 0,995 Fonte: Ministero Ambiente, 2005

18 Emissioni evitate dalla produzione di energia elettrica Emissioni evitate dovute alla produzione della stessa quantità di energia elettrica (prodotta dall impianto di termodistruzione al netto dei propri consumi) in un altro impianto di produzione di energia con combustibili fossili (fonti non rinnovabili). Le emissioni evitate dovute alla produzione di energia elettrica sono calcolate mediante la seguente formula t CO 2 evitata = energia elettrica prodotta * fattore di emissione Il fattore di emissione è fornito da ENEL e relativo al parco impiantistico nazionale (termoelettrico + rinnovabile) ed è pari a circa 500 kg CO 2 /MWh el prodotto (Rapporto Ambientale ENEL 2005)

19 Emissioni evitate dalla produzione di energia termica Emissioni evitate dovute alla produzione di energia termica del termovalorizzatore ed immessa nella rete di Teleriscaldamento urbano Le caldaie domestiche dismesse a seguito dell allacciamento degli edifici alla rete di TLR hanno dei fattori di emissione superiore dovuti alla minore manutenzione, all utilizzo di combustibili più inquinanti (soprattutto gasolio e olio combustibile) Per il calcolo del fattore di emissione relativo al parco caldaie urbano sostituito dalla rete di teleriscaldamento alimentata dal termovalorizzatore occorre tenere conto: del mix di combustibili che alimenta il parco caldaie sostituito (gas naturale, gasolio, olio combustibile) del rendimento di tali caldaie ( si può ipotizzare un rendimento attorno al 75-80%); dei fattori di emissione di tali combustibili. t CO 2 evitata = energia termica prodotta * fattore di emissione parco caldaie sostituito

20 Bilancio gas serra: confronto tra i due impianti Impianto metà anni 70 Impianto WTE anno t di RSU 1 t di RSU L kg CO2 eq -110 kg CO2 eq J Emissioni PRODOTTE Emissioni EVITATE

21 Bilancio gas serra:confronto con altre metodologie di smaltimento Base di calcolo: 1 t di RSU Impianto WTE Discarica controllata Produzione CDR + termovalorizzazione CDR -100 kg CO 2 eq J kg CO 2 eq L + 60 kg CO 2 eq* L * Stime da verificare

22 Alcune considerazioni finali/1 L Italia è in forte ritardo nell applicazione del Protocollo di Kyoto (+78,8 Mt CO 2 eq nel 2002) Gli impianti di termovalorizzazione di nuova generazione permettono, oltre allo smaltimento del rifiuto stesso, un elevato recupero energetico Ipotizzando una % media di rifiuti inviati a recupero energetico in linea con i valori europei (ricordiamoci che comunque l obiettivo primario è il recupero di materia tramite la RD) si ha: t RSU termovalorizzate = 30 Mt * 25% = 7,5 Mt Utilizzando i fattori di emissione evitati dell impianto WTE si avrebbe: Mt CO 2 evitate = 7,5 Mt * 0,25 Mt CO 2 /Mt RSU = 1,9 Mt Se poi si ipotizza che tale 25% di RSU è materiale che non viene mandato in discarica, le emissioni evitate sarebbero ulteriormente incrementate.

23 Alcune considerazioni finali/2 Infatti, moltiplicando tale quantità di rifiuti per il fattore di emissione sopraesposto, le emissioni evitate (in termini di CO2 equivalente) sono Mt CO 2 evitate = 7,5 Mt * 0,80 Mt CO 2 /Mt RSU = 6 Mt In totale, le emissioni evitate dal conferimento del 25% dei RSU agli impianti WTE (invece che in discarica) sarebbero circa pari a circa l 8% dell obiettivo italiano del Protocollo di Kyoto. Teniamo conto infine che l Italia è un Paese che importa energia elettrica. La produzione elettrica (al netto dei consumi) ipotizzando i rendimenti precedentemente esposti sarebbe pari a circa: GWh el prodotti = 7,5 Mt RSU * 700 GWh el /Mt RSU = Tale valore rappresenta oltre il 10% dell energia elettrica importata dall Italia da fornitori esteri.