Analisi comparativa di percorsi per il recupero di Materia e di Energia da Rifiuti

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1 Analisi comparativa di percorsi per il recupero di Materia e di Energia da Rifiuti Dipartimento di Energia DIEM DIIAR Dipartimento Ingegneria Civile e Ambientale Istituto Economia delle Fonti di Energia (IEFE) Progetto di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) finanziato da Ministero Istruzione, Università e Ricerca (MIUR)

2 Recupero di materia ed energia dai rifiuti: dal progetto PRIN al centro studi MatEr Roma - 29 febbraio 2012 Analisi ambientale di sistemi integrati con tecniche LCA Stefano Cernuschi DIIAR Sezione Ambientale - Politecnico di Milano

3 ANALISI AMBIENTALE CON METODOLOGIA LCA La LCA valuta gli aspetti ambientali e i potenziali impatti ambientali relativi ad un processo o ad un attività: la valutazione comprende l intero ciclo di vita del processo o attività, includendo quindi l estrazione e il trattamento delle materie prime, la fabbricazione, il trasporto, la distribuzione, l uso, il riuso, il riciclo e lo smaltimento finale Schema concettuale FASE 4: INTERPRETAZIONE RISULTATI FASE 1: DEFINIZIONE OBIETTIVO E CAMPO DI APPLICAZIONE FASE 3: VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI: - classificazione Classificazione - - caratterizzazione Caratterizzazione - normalizzazione - - Normalizzazione pesatura - (*) - Raggruppamento (*) - Pesatura (*) FASE 2: ANALISI DI INVENTARIO (*): fasi definite dalle norme ISO (International Organization for Standardization) come opzionali e quindi non effettuate in questo studio 3

4 ANALISI AMBIENTALE CON METODOLOGIA LCA Energia Residui Produzione Frazione intercettata Raccolta/trasporto Raffinazione Energia Produzione Materia prima Residui 4

5 ANALISI AMBIENTALE CON METODOLOGIA LCA IMPATTI NELL AMBIENTE DA: emissioni da termoutilizzatore richieste di materiali Bilancio ambientale scenari richieste di energia materiali per costruzione impianto trasporto/trattamento residui Segno POSITIVO SVANTAGGIO per l ambiente smaltimento finale residui IMPATTI EVITATI DA: recupero di materia recupero di energia Segno NEGATIVO VANTAGGIO per l ambiente TOTALE 5

6 ANALISI AMBIENTALE CON METODOLOGIA LCA Categorie ed indici di impatto Metodo di caratterizzazione CML (*) 2001 (adattato per questo studio) Riscaldamento globale GWP (kg di anidride carbonica CO 2 eq ) Tossicità umana HTP (kg 1,4-diclorobenzene DCB eq ), modificata con l aggiunta del particolato secondario calcolato come 0,88 NO X + 0,54 SO 2 + 0,64 NH 3 (De Leeuw, 2002) Acidificazione AP (kg di anidride solforosa SO 2 eq ) Formazione fotochimica di ozono POCP (kg di etilene C 2 H 4 eq ), modificato aggiungendo un unico fattore di caratterizzazione per gli ossidi di azoto NO X ed un unico fattore di caratterizzazione per i composti organici volatili COV non metanici. (*): Centrum voor Miliekunde (Istituto di scienze ambientali, Leiden University, Paesi Bassi) 6

7 ANALISI AMBIENTALE CON METODOLOGIA LCA EMISSIONI GASSOSE Inquinanti/categorie impatto Riscaldamento globale Anidride carbonica CO 2 (fossile) Tossicità umana Formazione fotochimica di ozono Acidificazione Ossidi di zolfo SO x Composti organici volatili non metanici Metano CH 4 Ossidi di azoto NO x Propano, butano, eptano Formaldeide Benzene Idrocarburi policiclici aromatici IPA Arsenico As Metalli Cr, Cu, Se, Cd, Hg, Zn, Pb, V, Co, Ni Diossine Etilene Acido fluoridrico HF Ammoniaca NH 3 Acido cloridrico HCl Protossido d azoto N 2 O Polveri PM10 7

8 DEFINIZIONE DEGLI SCENARI RSU RACCOLTA DIFFERENZIATA Configurazione sistema integrato Materiale NON intercettato MBT TERMOVALORIZZAZIONE SEPARAZIONE- SELEZIONE DEL MATERIALE Organico selezionato Materiale intercettato Imballaggi selezionati Residui Residui recupero carta, legno e plastica Residui recupero acciaio e alluminio DISCARICA Scorie e ceneri A recupero Energia: sostituzione di energia prodotta per via convenzionale Acciaio, Alluminio Vetro, Carta, Legno, Plastica FORSU Verde RICICLO COMPOSTAGGIO DIGESTIONE ANAEROBICA Materiale riciclato: sostituzione del prodotto primario (eccezione: plastica mix) Compost: sostituzione di torba e concimi chimici Compost + energia: sostituzione di torba e concimi chimici e di energia prodotta per via convenzionale 8

9 DEFINIZIONE DEGLI SCENARI Dimensione bacini grande ( t/anno RSU) urbano piccolo ( t/anno RSU) 1/3 urbano, 2/3 extra-urbano Raccolta differenziata Livelli: 35%, 50%, 65% (Obiettivi D.Lgs 152/06 al 2006, 2008, 2012) 35% con cassonetto stradale, 65% solo con porta a porta raccolta FORSU solo con porta a porta modalità mix mono e multi-materiale, selezionato sulla base della tipologia e dimensione del bacino (urbano, extra-urbano) Termovalorizzazione recupero energetico: solo elettricità (bacino grande), cogenerazione (bacino grande e piccolo) Digestione anaerobica analisi sensitività (alternativa compost) per scenari con raccolta FORSU (50% e 65%) 9

10 DEFINIZIONE DEGLI SCENARI Frazioni Scenario Modalità raccolta Strad 35% Strad 50% PaP 50% PaP 65% Stradale Stradale Porta a porta Porta a porta Organico - - X X Vetro - X X X Vetro/plastica/metalli - multi X Carta X X X X Plastica - X X X Plastica/metalli - multi X Verde/metalli - piatt.ecol. X X X X Raccolta differenziata 35% 50% 50% 65% 10

11 DEFINIZIONE DEGLI SCENARI 11

12 RECUPERO MATERIA Bilancio complessivo (intercettazione + selezione + recupero) Residui 20% circa del materiale intercettato 12

13 RECUPERO MATERIA Bilancio complessivo (flussi alla termovalorizzazione) 13

14 LCA - RECUPERO MATERIA PRODUZIONE PRIMARIA SOSTITUITA PRODUZIONE SECONDARIA ACCIAIO Acciaio liquido Acciaio liquido ALLUMINIO Lingotto Lingotto VETRO Contenitore generico Contenitore generico CARTA Pasta termomeccanica Pasta da macero LEGNO Pannello compensato Pannello truciolare PLASTICA Granuli PET, HDPE, legno/sabbia sintetici Granuli PET, HDPE, mix poliolefine FORSU E VERDE Torba e concimi chimici Compost 14

15 LCA - RECUPERO MATERIA DATI DI BASE PRODUZIONE PRIMARIA: letteratura e database internazionali (Ecoinvent) PRODUZIONE SECONDARIA: dati esercizio impianti di selezione e recupero in Italia + informazioni da letteratura BILANCI DI MATERIA CONSUMI ENERGETICI PRODUZIONE DI EMISSIONI IPOTESI ALTERNATIVE DI SOSTITUZIONE (norma ISO 14040) 1. materiale riciclato = materiale primario sostituzione 1:1 (ALLUMINIO, ACCIAIO E VETRO) 2. materiale riciclato materiale primario sostituzione inferiore 1:1 confronto valore economico: PET ed HDPE numero massimo di cicli di riciclo del materiale: CARTA differenze caratteristiche: LEGNO (resistenza meccanica pannelli), COMPOST in agricoltura (sostituzione concimi in base a rapporto N/P/K) altro: MIX PLASTICA (tipo utilizzo: sabbia sintetica, barre profilate, scaglie), COMPOST florovivaistico (1:1 torba) 15

16 LCA - RECUPERO ENERGIA Ipotesi sostituzione: energia elettrica: mix termoelettrico italiano al 2007 (9% olio combustibile, 18% carbone, 10% gas naturale in ciclo semplice, 63% gas naturale in ciclo combinato) calore: caldaia domestica a metano (rendimento = 87%) Materiali recuperati acciaio primario ed alluminio primario (da recupero metalli scorie) marna (recupero inerti scorie) NaCl (recupero da residui depurazione gas) Digestione anaerobica (analisi sensitività per scenari con FORSU (RD50%, RD65%) materia seconda: compost prodotti evitati energia (recupero biogas) torba/concimi chimici ( compostaggio) 17

17 LCA - TRASPORTI RACCOLTA Frazione km/t FORSU mono pap 65 Carta Mono stradale 21,4 Mono pap 48,7 Plastica Mono stradale 55,4 Mono pap 55,0 Vetro Mono stradale 14,5 Mono pap 37 VPM stradale 19 PM pap 25,4 Legno, metalli, alluminio, verde a piattaforma 0 RUR Mono stradale 7,9 Mono pap 14,5 IMP. RICICLAGGIO Frazione km Vetro 81,4 Plastica 79,5 Legno 111,7 Carta 61,0 Alluminio 86,6 Acciaio 96,4 18

18 RISULTATI - 1 Bacino grande/wte solo elettrico/forsu a compostaggio 19

19 RISULTATI - 2 Bacino grande/wte cogenerativo/forsu a compostaggio 20

20 RISULTATI - 3 Bacino piccolo/wte cogenerativo/forsu a compostaggio 21

21 t CO2 eq. / anno RISULTATI - Considerazioni Indicatori sempre negativi per tutti gli scenari considerati impatti addizionali < impatti evitati benefici ambientali associati ai sistemi integrati Scenario ottimale: massimizzazione recupero imballaggi (carta, plastica, vetro) + metalli rispetto organico (FORSU) indicatori più elevati per imballaggi Impatto "Riscaldamento globale" (bacino grande) benefici più ridotti per FORSU incidenza trasporti per raccolta Indicatore riscaldamento globale Bacino grande, solo elettricità Scenario 35% Scenario 50% no FORSU Scenario 50% FORSU Scenario 65% Recupero imballaggi Compostaggio FORSU+verde Recupero energia da RUR+scarti 22

22 RISULTATI - Considerazioni Ruolo digestione anaerobica FORSU leggero incremento benefici (riscaldamento globale su tutti) Scenario PaP 50% PaP 65% Valori annuali Compost DA D % Compost DA D % GWP t CO 2 eq AP t SO 2 eq HTP t 1,4-DCB eq POCP t C 2 H 4 eq Impatto "Riscaldamento -104 globale" Verde piattaforma DA Indicatore riscaldamento globale Verde piattaforma compostaggio FORSU pap DA FORSU pap compostaggio variazioni marginali rispetto a quanto ottenibile da recupero imballaggi PMV stradale PM pap Plastica stradale Plastica pap Carta pap Carta stradale Legno piattaforma Vetro pap Vetro stradale Acciaio piattaforma Alluminio piattaforma kg CO 2 eq. / t raccolta 23

23 RISULTATI - Considerazioni Ruolo modalità recupero energetico miglioramento prestazioni per tutti gli scenari con impianti in configurazione cogenerativa 24

24 CONCLUSIONI Tutti gli scenari considerati prospettano benefici ambientali associati all integrazione tra recupero di materia e di energia Recupero di materia convenienza del riciclaggio di frazioni da imballaggio (metalli, vetro, plastica omogenea, carta) minori benefici da recupero organico scenario più vantaggioso (50%) riconducibile alla massimizzazione del contributo sulla RD di imballaggi scenari con raccolte più spinte (65%), ottenibili incrementando l intercettazione dell organico, appaiono meno interessanti ruolo significativo delle efficienze di intercettazione, separazione e recupero delle singole frazioni nell influenzare gli indicatori ambientali complessivi (modalità di riciclaggio, residui prodotti) Recupero di energia miglioramento prestazioni ambientali per assetti cogenerativi 25