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 IEFE Progetto di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) finanziato da Ministero Istruzione, Università e Ricerca (MIUR)

2 Recupero di Materia ed Energia da Rifiuti: dal progetto PRIN al centro studi MatER Roma - 29 febbraio 2012 Descrizione e principali risultati del progetto PRIN Stefano Consonni Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano

3 I numeri del progetto PRIN 3 4 Università: Poli-MI, Uni-BO, Uni-TN, IEFE-Bocconi 2 anni, Euro 144 mesi-uomo di personale universitario 67 mesi-uomo di personale a contratto 17 partecipazioni a convegni (8 all'estero) 9 pubblicazioni su rivista (6 internazionali) 22 comunicazioni a convegni (9 internazionali).

4 Il contesto rifiuti. 4 Definizione UE, nov. 2008: Qualsiasi sostanza di cui il detentore (produttore o possessore) si disfa o ha l obbligo di disfarsi Inizialmente, un esternalità negativa Possono essere trasformati in risorsa Produzione mondiale, in tonnellate (P. Chalmin, "From waste to Resource", Nov. 2009) Rifiuti urbani Rifiuti industriali Rifiuti industriali pericolosi Totale 1,7 1,9 miliardi 1,2 1,7 miliardi 0,5 miliardi 3,4-4 miliardi NON E' POSSIBILE FAR FINTA CHE NON ESISTANO

5 I rifiuti urbani in Italia (ISPRA, 2011) 5

6 6 Le quattro "R" (+ "D") della gestione dei rifiuti Riduzione BENEFICI: - risparmio di risorse - riduzione consumo materie prime - riduzione consumo di energia Riutilizzo Riciclaggio Recupero energetico PROBLEMI / DIFFICOLTA': - coordinamento soggetti diversi - gestione complessa -costi discarica di servizio (residui INERTI)

7 La squadra PRIN 7 Poli-MI, Dip Energia (S. Consonni, F. Viganò) coordinamento, valutazione bilanci di massa ed energia, modelli trattamenti termici Uni-BO (C. Saccani, M. Pellegrini): qualità dei dati, impiantistica per la raccolta differenziata ed il riciclaggio Uni-TN (M. Ragazzi, E. Rada) modellistica, simulazione e speriementazione su bioessicazione / bio-stabilizzazione Poli-MI, DIIAR (M. Giugliano, S. Cernuschi, M. Grosso, L. Rigamonti) modellizzazione e valutazione prestazioni selezione e riciclaggio, analisi LCA IEFE-Bocconi (A. Massarutto, A. De Carli) analisi economica, implicazioni normative.

8 Sistema integrato di gestione rifiuti 8 RSU RACCOLTA DIFFERENZIATA Materiale separato RUR (Rifiuto Urbano Residuo) TRATTAMENTO MECCANICO- BIOLOGICO CEMENTIFICIO TERMOUTILIZZATORE sostituzione Petcoke SEPARAZIONE MULTI-MATERIALE E SELEZIONE Organico Verde Materiali differenziati Ferro, Alluminio, Vetro, Carta, Legno, Plastica Residui della selezione Residui del riciclaggio (carta, legno, plastica) RICICLAGGIO COMPOSTAGGIO DIGESTIONE ANAEROBICA DISCARICA Residui del riciclaggio (ferro, alluminio scorie e ceneri Al recupero Energia: sostituzione di combustibili fossili Materiali Riciclati: sostituzione di prodotti primari Compost: sostituzione di torba e fertilizzanti minerali Compost + energia: sostituzione di torba, fertilizzanti minerali e combustibili fossili

9 4 Scenari per 12 percorsi 9 Materiali Riciclaggio Residui Materie prime seconde BP cogenerazione BP: Bacino Piccolo BG: Bacino Grande 35% Raccolta stradale RUR Termo-utilizzo (griglia) BG BG solo elettricità cogenerazione Riciclaggio Materie prime seconde Materiali Residui BP cogenerazione 50% Raccolta stradale RUR Termo-utilizzo (griglia) BG BG BP solo elettricità cogenerazione cogenerazione Raccolta porta a porta Materiali Riciclaggio RUR Residui Termo-utilizzo (griglia) Materie prime seconde BG BG solo elettricità cogenerazione BP cogenerazione 65% Raccolta porta a porta Materiali Riciclaggio RUR Residui Termo-utilizzo (griglia) Materie prime seconde BG BG solo elettricità cogenerazione

10 Modalità di Raccolta Differenziata 10. Scenario Modalità di Raccolta Differenziata Frazioni raccolte separatamente D-35 D-50 K-50 K-65 Porta-a- Porta-a- Stradale Stradale Porta Porta Frazione organica - - X X Vetro - Monomateriale X X X Vetro+Plastica+Metalli - Multimat. X Carta - Monomateriale X X X X Plastica - Monomateriale - X X X Plastica+Metalli - Multimateriale X Verde+Metalli - Piattaforma Ecol. X X X X Raccolta Differenziata (in peso) 35% 50% 50% 65%

11 I percorsi del recupero 11 Raccolta differenziata Efficienze d intercettaz. Carta e cartone Legno Plastica Selezione: Carta e cartone Legno Plastica Altro Efficienze di selezione Residuo della Selezione Rifiuti (RSR) Recupero di materia: Carta e cartone Legno Plastica Altro Efficienze di recupero Residuo Recupero di Materia (RRM) Rifiuto Urbano Residuo (RUR) Recupero di energia

12 Caso di specie: bacino piacentino (studio LEAP commissionato da Tecnoborgo SpA) 12 Dettaglio del bilancio di materia per il riciclo della plastica 24,0% R-PET 31,8% PET recupero 7,8% scarti 100% plastica selezione 28,2% HDPE+LDPE recupero 23,7% R-PE 4,5% scarti 40% scarti Scarti totali = 52,3% 12

13 Bilancio di massa 13 Scenario DESTINO DEI MATERIALI INTERCETTATI NEI VARI SCENARI kg di materiale per 100 kg di RSU lordo Materia Residuo della Residuo del prima Selezione Rifiuti Recupero di seconda (RSR: separazio- Materia (RRM) (ottenuta dal ne multi + selezio- Recup. Discarecupero di ne di ogni Energia rica materia) materiale) Raccolta differenziata (categoria altro del rifiuto lordo) Perdite di processo durante il compostaggio Totale RD 35% RD 50% RD 50% inclusivo dell organico RD 65% Scenario FLUSSI ALLA TERMOUTILIZZAZIONE (%) Rifiuto Urb. Residuo (RUR) Residuo della Selezione Rifiuti (RSR) Residui riciclaggio di carta, plastica e legno (RRM-E) Totale RD 35% RD 50% senza organico RD 50% con organico RD 65%

14 14 Bilancio di energia: RD 50 % senza organico Rifiuto Urbano Residuo (RUR) 48,76% Energia al termoutil. 61,55% Residui Selez. Rifiuti (RSR) 6,34% Residui del Rec. di Materia (RRM) 6,45% Raccolta Diff. (RD) 51,24% Energia che rimane nel processo di riciclaggio 38,35% Raccolta Selezione Recupero

15 Flussi di energia alla termoutilizzazione 15 Potenziale energetico GJ/t di rifiuto lordo 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Scenario: Tutti RD 35% RD 50% senza organico RD 50% con organico Rifiuto lordo RRM RSR RUR RD 65% PCI Potere Calorifico Inferiore RRM Residuo del Recupero di Materia RSU Rifiuto Solido Urbano RD Raccolta Differenziata (percentuale) RUR Rifiuto Urbano Residuo RSR Residuo della Selezione Rifiuti

16 16 Recupero di materia vs Recupero di energia All'aumentare del recupero di materia, la quantità di energia utile recuperabile diminuisce La diminuzione NON é tuttavia proporzionale al complemento a 100 della Raccolta Differenziata Esempio: passando da RD 35% a RD 65%, RUR diminuisce del 54% (da 65 a 35 kg per ogni 100 kg di RSU), ma la produzione di energia utile diminuisce di 20-25%

17 Risultati: indicatori energetici 17 Indicatore 100 = RD 50% raccolta stradale, no organico, Bacino GRANDE Cogenerazione Indicatore normalizzato Cogenerazione - Bacino grande 20 0 Strad 35% Strad 50% PaP 50% PaP 65% Elettricità Calore Indice R1 Energia risparmiata

18 Risultati: indicatori energetici 18 Indicatore 100 = RD 50% raccolta stradale, no organico, Bacino GRANDE Cogenerazione Indicatore normalizzato Cogenerazione - Bacino piccolo Bacino piccolo = 1/5 di bacino grande (20%) 20 0 Strad 35% Strad 50% PaP 50% PaP 65% Elettricità Calore Indice R1 Energia risparmiata

19 Risultati: indicatori energetici 19 Indicatore 100 = RD 50% raccolta stradale, no organico, Bacino GRANDE Cogenerazione Indicatore normalizzato Solo elettricità - Bacino grande 20 0 Strad 35% Strad 50% PaP 50% PaP 65% Elettricità Calore Indice R1 Energia risparmiata

20 Risultati: indicatori ambientali 20 Indicatore 100 = RD 50% raccolta stradale, no organico, Bacino GRANDE Cogenerazione Indicatore normalizzato Cogenerazione - Bacino grande 20 0 Strad 35% Strad 50% PaP 50% PaP 65% Riduz effetto Serra Riduz acidificazione Riduz tossicità Riduz O3 fotochimico

21 Risultati: indicatori ambientali 21 Indicatore 100 = RD 50% raccolta stradale, no organico, Bacino GRANDE Cogenerazione Indicatore normalizzato Cogenerazione - Bacino piccolo Bacino piccolo = 1/5 di bacino grande (20%) 20 0 Strad 35% Strad 50% PaP 50% PaP 65% Riduz effetto Serra Riduz acidificazione Riduz tossicità Riduz O3 fotochimico

22 Risultati: indicatori ambientali 22 Indicatore 100 = RD 50% raccolta stradale, no organico, Bacino GRANDE Cogenerazione Indicatore normalizzato Solo elettricità - Bacino grande 20 0 Strad 35% Strad 50% PaP 50% PaP 65% Riduz effetto Serra Riduz acidificazione Riduz tossicità Riduz O3 fotochimico

23 Conclusioni 23 La mera frazione massica di Raccolta Differenziata NON E' un adeguato indice di qualità Non conta tanto "quanta" Raccolta Differenziata, ma piuttosto "come" essa viene attuata Lo scenario "50% senza organico (raccolta stradale)" emerge come l'opzione più interessante sotto tutti i punti di vista (economico incluso) Recupero di materia e recupero di energia NON sono pratiche antagoniste: ENTRAMBE mantengono un ruolo fondamentale in tutti gli scenari considerati

24 Conclusioni 24. Sostenibilità Recupero di Materia Recupero di Energia

25 Ringraziamenti 25 Ministero Istruzione, Università e Ricerca Tutti i colleghi che hanno collaborato a questa ricerca: ing. F. Viganò - Dip. Energia Poli-MI ing. C. Dainese - laboratorio LEAP proff. M. Giugliano e S. Cernuschi, ingg. M. Grosso, L. Rigamonti e M.C. Sunseri - DIIAR Poli-MI prof. M. Ragazzi e ing. E. Rada - Uni-TN prof. C. Saccani e ingg. M. Pellegrini e A. Bianchini - Uni-BO prof. A. Massarutto e ing. A. De Carli - IEFE-Bocconi Tutti voi per la pazienza e l'attenzione!