IL RUOLO DEL RECUPEO DI ENERGIA NELLA GESTIONE DEI RIFIUTI. Francesco Di Maria

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1 IL RUOLO DEL RECUPEO DI ENERGIA NELLA GESTIONE DEI RIFIUTI Francesco Di Maria Laboratorio LAR 5 Dipartimento di Ingegneria Università di Perugia e.mail: francesco.dimaria@unipg.it Web: Web: 1

2 LA GESTIONE INTEGRATA DEI RIFIUTI: L AMBIENTE E L ENERGIA Principali riferimenti normativi Ambiente: - D.Lgs 152/06 ss.mm.ii. (T.U.A.) - D.Lgs 46/2010 Recepimento direttiva riduzione emissioni industriali Energia: - H 2020 (-20% Gas Serra (90); 20% Energia da rinnovabili; +20% Efficienza energetica) - H 2030 (-40% Gas Serra (90); 27% Energia da rinnovabili; +27% Efficienza energetica) - Fonti rinnovabili D.Lgs 387/2003 (Dir. 2001/77/CE). 2

3 LA GESTIONE INTEGRATA DEI RIFIUTI: L AMBIENTE E L ENERGIA Principali tipolgie di rifiuti rilevanti ai fini del recupero di energia - Rifiuto residuale e/o Indifferenziato - Frazione organica 3

4 LA GERARCHIA DELLA GESTIONE DEI RIFIUTI E L ENERGIA Rifiuto Materia,per esempio di energia. 4

5 IL RECUPERO DI ENERGIA E LO SMALTIMENTO ALLEGATO B Decreto D.Lgs. 152/06 ss.mm.ii. Operazioni di smaltimento D1 Deposito sul o nel suolo (ad esempio discarica). D2 Trattamento in ambiente terrestre (ad esempio biodegradazione di rifiuti liquidi o fanghi nei suoli). D3 Iniezioni in profondità (ad esempio iniezioni dei rifiuti pompabili in pozzi, in cupole saline o faglie geologiche naturali). D4 Lagunaggio (ad esempio scarico di rifiuti liquidi o di fanghi in pozzi, stagni o lagune, ecc.). D5 Messa in discarica specialmente allestita (ad esempio sistematizzazione in alveoli stagni, separati, ricoperti o isolati gli uni dagli altri e dall ambiente). D6 Scarico dei rifiuti solidi nell ambiente idrico eccetto l immersione. D7 Immersione, compreso il seppellimento nel sottosuolo marino. D8 Trattamento biologico non specificato altrove nel presente allegato, che dia origine a composti o a miscugli che vengono eliminati secondo uno dei procedimenti elencati nei punti da D1 a D12. D9 Trattamento fisico-chimico non specificato altrove nel presente allegato, che dia origine a composti o a miscugli eliminati secondo uno dei procedimenti elencati nei punti da D1 a D12 (ad esempio evaporazione, essiccazione, calcinazione, ecc.) D10 Incenerimento a terra. D11 Incenerimento in mare. D12 Deposito permanente (ad esempio sistemazione di contenitori in una miniera). D13 Raggruppamento preliminare prima di una delle operazioni di cui ai punti da D1 a D12.2 D14 Ricondizionamento preliminare prima di una delle operazioni di cui ai punti da D1 a D13. D15 Deposito preliminare prima di uno delle operazioni di cui ai punti da D1 a D14 (escluso il deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti).3 5

6 IL RECUPERO DI ENERGIA E LO SMALTIMENTO: R1 ALLEGATO C Decreto D.Lgs. 152/06 ss.mm.ii. Operazioni di recupero R1 Utilizzazione principalmente come combustibile o come altro mezzo per produrre energia 4 = CSS (ex CDR) R2 Rigenerazione/recupero di solventi R3 Riciclaggio/recupero delle sostanze organiche non utilizzate come solventi (comprese le operazioni di compostaggio e altre trasformazioni biologiche) R4 Riciclaggio /recupero dei metalli e dei composti metallici R5 Riciclaggio/recupero di altre sostanze inorganiche6 R6 Rigenerazione degli acidi o delle basi R7 Recupero dei prodotti che servono a ridurre l inquinamento R8 Recupero dei prodotti provenienti dai catalizzatori R9 Rigenerazione o altri reimpieghi degli oli R10 Trattamento in ambiente terrestre a beneficio dell agricoltura o dell ecologia R11 Utilizzazione di rifiuti ottenuti da una delle operazioni indicate da R1 a R10 R12 Scambio di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate da R1 a R117 R13 Messa in riserva di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate nei punti da R1 a R12 (escluso il deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti) 4 R1 Incenerimento ad Elevata Efficienza Energetica 6

7 IL RECUPERO DI ENERGIA E LO SMALTIMENTO: R1 e R3 ALLEGATO C Decreto D.Lgs. 152/06 ss.mm.ii. Operazioni di recupero R1 Utilizzazione principalmente come combustibile o come altro mezzo per produrre energia 4 = CSS (ex CDR) R2 Rigenerazione/recupero di solventi R3 Riciclaggio/recupero delle sostanze organiche non utilizzate come solventi (comprese le operazioni di compostaggio e altre trasformazioni biologiche) R4 Riciclaggio /recupero dei metalli e dei composti metallici R5 Riciclaggio/recupero di altre sostanze inorganiche6 R6 Rigenerazione degli acidi o delle basi R7 Recupero dei prodotti che servono a ridurre l inquinamento R8 Recupero dei prodotti provenienti dai catalizzatori R9 Rigenerazione o altri reimpieghi degli oli R10 Trattamento in ambiente terrestre a beneficio dell agricoltura o dell ecologia R11 Utilizzazione di rifiuti ottenuti da una delle operazioni indicate da R1 a R10 R12 Scambio di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate da R1 a R117 R13 Messa in riserva di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate nei punti da R1 a R12 (escluso il deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti) 4 R1 Incenerimento ad Elevata Efficienza Energetica 7

8 IL RECUPERO DI ENERGIA E LO SMALTIMENTO: R1 e R3 - Rifiuto per R1= residuale e/o Indifferenziato - Rifiuto per R3 = Frazione organica 8

9 IL RECUPERO DI ENERGIA E LO SMALTIMENTO: R1 Efficienza Energetica La R1 formula (All. II Dir. 2008/98/CE; All. C D.Lgs. 205/10) EfficienzaEnergetica = KC E 0,97* ( E ) f + Ei ( E + E ) 0.6 / 0.65 E p = energia lorda recuperata (Gj/anno), Elettricità e/o calore E f = energia fornita da combustibili (non rifiuti) che contribuisce alla produzione di vapore (Gj/anno) E i = energia importata esclusa E w e E f (Gj/anno) E w = energia fornita dai rifiuti trattati calcolata con riferimento al potere calorifico (Gj/anno) KC = coefficiente di correzione climatica (1-1,25) p w f 9

10 ASPETTI PARTICOLARI DELLA R1-formula : considerazioni energetiche EnergyEfficiency = E ( E f + Ei ) ( E + E ) Rendimento termodinamico (I principio) E p p, netta η = 0,97* w f EW + E f + Ei Doppia penalizzazione 1) Rigore scientifico; 2) Confronto Elettricità Calore; 3) Maggiore penalizzazione importazioni di energia. R1, η 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 R1 Ei I prin. 10

11 EFFICIENZA ENERGETICA - R1: Considerazioni energetiche (1) CRITERI SPECIFICI - Calcolo dei singoli fattori di flusso energetico Coefficienti di equvalenza: a) Calore: 1,1 (ηt=91%); b) Elettricità: 2,6 (ηe=38%). 1. E p (Gj/anno). Rappresenta l energia termica ed elettrica lorde prodotte dall impianto. Ovvero è la somma dell energia esportata verso l esterno e di quella utilizzata per il funzionamento dell impianto (trattmento fumi, pompe, pre-riscaldamento aria,..). Il calore può essere considerato solo se è comprovato un uso commerciale dello stesso, sia per usi esterni che interni al perimetro dell autorizzazione. Eventuali reflui termici devono essere sottratti a quelli prodotti nella misura in cui riducono la produzione di energia. Eventuali usi inefficienti esterni all impianto dell energia da questo prodotta non influiscono sul termine E p. 11

12 EFFICIENZA ENERGETICA - R1: Considerazioni energetiche (2) η e =16%-24% 24 GJ Solo elettrico Ep=62,4 GJ E.E. =0,64 Ew=100 GJ η t =60%-70% 70 GJ Solo termico, Ep=77 GJ E.E. = 0,79 12

13 ENERGIA RECUPERATA DA INCENERIMENTO Consumo IT (2014): MWh Contributo incen. =1.6% 13

14 QUANTITATIVI DI RIFIUTI INCENERITI 14

15 TECNOLOGIE INCENERIMENTO 15

16 QUANTITATIVI DI RIFIUTI INCENERITI: Raffronto EU 25 16

17 R1: Utilizzo come mezzo per produrre energia - CSS combustibile solido secondario (CSS)": il combustibile solido prodotto da rifiuti che rispetta le caratteristiche di classificazione e di specificazione individuate delle norme tecniche UNI CEN/TS e successive modifiche ed integrazioni; fatta salva l'applicazione dell'articolo 184-ter, il combustibile solido secondario, è classificato come rifiuto speciale. UNI CEN/TS Economico Tecnico Ambientale 17

18 R1: Utilizzo come mezzo per produrre energia - CSS L articolo 184-ter, comma 1, del decreto legislativo n. 152/2006 stabilisce che un rifiuto cessa di essere tale (End of Waste) quando è stato sottoposto a un operazione di recupero, inclusi il riciclaggio e la preparazione per il riutilizzo, e soddisfi i criteri specifici, da adottare nel rispetto delle seguenti condizioni: a) la sostanza o l oggetto è comunemente utilizzato per scopi specifici; b) esiste un mercato o una domanda per tale sostanza od oggetto; c) la sostanza o l oggetto soddisfa i requisiti tecnici per gli scopi specifici e rispetta la normativa e gli standard esistenti applicabili ai prodotti; d) l utilizzo della sostanza o dell oggetto materiale non porterà a impatti complessivi negativi sull ambiente o sulla salute umana. DM 14 febbraio 2013, n. 22 Regolamento recante disciplina della cessazione della qualifica di rifiuto di determinate tipologie di combustibili solidi secondari (CSS), ai sensi dell art. 184-ter, comma 2, del decreto legislativo 3 aprile 2006, n. 152, e successive modificazioni. 18

19 COMPOSIZONE MERCEOLOGICA DEL CSS Quota componenti rinnovabili > 50% 19

20 UTILIZZO DEL CSS Co-combustione Cementifici Centrali Termo-elettriche Impianti produzione CSS: 64 CSS prodotto (2014): t CSS a co-combustione (2014): t 20

21 IL RECUPERO DI ENERGIA DALLA FRAZIONE ORGANICA: LA DIGESTIONE ANAEROBICA - CATENA TROFICA La degradazione e trasforamzione della ostanza organica Biogas 60% CH 4 40% CO 2 Digestato (liqudio/solido) 21

22 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: Opzioni recupero energetico Biogas Biogas Processi di Purificazione CO 2 Elettricità rinnovabile kWh/t Biometano 95%CH 4 Calore Rete Nazionale GN Motori a combustione (Tradizionale) Biometano (Innovativo) CAR 22

23 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: Quantitativi trattati 23

24 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: Impianti operativi 24

25 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: Tecnologie Classificazione: A umido (wet) concentrazione ST < 15%; A secco (dry) concentrazione 15%<ST<25%; Allo stato solido (Solid State) concentrazione 25%<ST<40% 25

26 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: LE TECNOLOGIE A UMIDO A umido = ST 15% - Umidità 85% Vantaggi Elevata resa di biogas per ton di rifiuto Elevata stabilità del processo Processi in continuo (elevata automazione fasi di carico e scarico dig.) Svantaggi Elevato pretrattamento del rifiuto (impianti ed energia = costi); Elevati quantitativi di digestato liquido (costi per smaltimento) 26

27 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: LE TECNOLOGIE A SECCO A secco = 15 ST 20% - 80 Umidità 85% Vantaggi Buona resa di biogas per ton di rifiuto Buona stabilità del processo Processi in continuo (elevata automazione fasi di carico e scarico dig.) Svantaggi Pretrattamento del rifiuto (impianti ed energia = costi); Quantitativi di digestato liquido (costi per smaltimento) 27

28 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: LE TECNOLOGIE ALLO STATO SOLIDO Allo stato solido = 25 ST 35% 65 Umidità 75% Vantaggi Blando pretrattamento del rifiuto; Ridotti quantitativi di digestato liquido (costi per smaltimento). Svantaggi Rischi di instabilità del processo; Processi in discontinuo (benne); Minore resa di biogas per ton di rifiuto. 28

29 RECUPERO DI MATERIA DALLA DIGESTIONE ANAEROBICA: Il post-compostaggio Frazione organica D.A. COMPOST. Ammendante compostato misto - R3 Energia Prestabilizzazione mediante DA Minore consumo compostaggio (- kwh) 29

30 RUOLO DELLA DIGESTIONE ANAEROBICA? Efficienza energetica; Energia rinnovabile; Riduzione emissioni gas serra; Incentivi economici Bio-metano; Riduzione consumi ed emissioni post-compostaggio; E una BAT (DEI), Criterio di riferimento: BAT (IPPC) D.M. 29/01/2007 Linee guida per l individuazione delle migliori tecniche disponibili per la gestione dei rifiuti. - Migliori dal punto di vista ambientale; - Migliori dal punto di vista gestionale; - Migliori dal punto di vista economico. G) Definizione della lista delle migliori tecniche per la prevenzione integrata dell inquinamento dello specifico settore in Italia Alla Tabella 5.1 «Individuazione delle BAT» con riferimento al «Trattamento meccanico biologico» viene riportata la digestione anaerobica 30

31 CONCLUSIONI Forme di recupero di energia coerenti con il D.Lgs. 152/06 sono le R1; Limiti all effettivo utilizzo del CSS; La digestione anaerobica riveste un ruolo importante in qualità di BAT. 31

32 GRAZIE PER L ATTENZONE! Francesco Di Maria Laboratorio LAR 5 Dipartimento di Ingegneria Università di Perugia e.mail: francesco.dimaria@unipg.it Web: Web: 32