Materiali, risorse e ambiente: le tecnologie di riciclo dei materiali

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1 Facoltà di Ingegneria Corso di laure di Ingegneria Industriale Attività seminariali Nuovi Materiali per le Tecnologie del Futuro Materiali, risorse e ambiente: le tecnologie di riciclo dei materiali Prof. Flavio Deflorian

2 RICICLO RECUPERO DI MATERIE PRIME SECONDE PRESSIONI: STORICAMENTE SI FA DA SEMPRE ECONOMICHE TECNOLOGICHE perché si parla così tanto di riciclo oggi?

3 RICICLO SMALTIMENTO DEI RIFIUTI PRESSIONI: FONTI: CULTURALI LEGISLATIVE ECONOMICHE RIFIUTI PRE-CONSUMO ( SCARTI, SOTTOPRODOTTI) o INDUSTRIALI RIFIUTI POST-CONSUMO (RSU)

4 MATERIALE PRODUZIONE MONDIALE 1996 RISERVE RISERVE/PRODUZIONE ANNUA (PRIMARIA) [milioni di tonnellate] [milioni di tonnellate] Ferro Alluminio (Bauxite) Rame Piombo Zinco Nickel Stagno Tungsteno Cobalto Mercurio

5 RICICLO PRE-CONSUMO SOTTOPRODOTTI SCARTI-SFRIDI POST-CONSUMO PRIMARIO SECONDARIO (energia?) VALUTAZIONI ECONOMICHE X = costo di recupero Y = costo di smaltimento Z = costo materia prima X Y <= Z

6 Cosa si ricicla? Volume nei RSU (Es. Carta) Problemi di smaltimento nei RSU (es. batterie) Sottoprodotti industriali con volumi notevoli (es. loppe) Scarti industriali di valore (purezza) (rigenerazione polimeri) Sottoprodotti industriali con problemi di smaltimento (ambiente)

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9 Incremento della raccolta differenziata nella Provincia Autonoma di Trento (%)

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12 VETRO RICICLATO ED ENERGIA: UN ESEMPIO DI INFORMAZIONE Per produrre 1 kg di vetro riciclato si consuma 1 Kg di petrolio, anziché 350 come per produrre 1 Kg di vetro nuovo ( per produrre il vetro necessario per una bottiglia da materie vergini servono 90 grammi di gasolio, per una riciclata 10 grammi. ( Per produrre 1Kg di vetro riciclato occorre un terzo dell energia necessaria per produrre 1Kg di vetro. ( comune di Genova per produrre 1 Kg di vetro nuovo è necessaria una quantità di energia più che doppia di quella che serve per 1 Kg di vetro riciclato (6,3 Kwh contro 3 Kwh) ( L'impiego di rottame di vetro nuovo consente di risparmiare il 25% dell'energia necessaria per produrlo con le sole materie prime tradizionali. ( Il risparmio energetico corrisponde più o meno al 2,5 per cento del combustibile impiegato per ogni 10 per cento di rottame utilizzato: un impiego dell 80 per cento di rottame di vetro comporta dunque un risparmio energetico del 20 per cento ( ogni incremento del 20% di rottame di vetro nella miscela vetrificabile consente un risparmio medio del 2,5%-3,0% (

13 LA RACCOLTA DIFFERENZIATA Modelli tecnologici Esistono diverse tipologie di raccolta adottate in Italia. Possiamo suddividere le modalità di raccolta secondo tre criteri: in base al rapporto con la raccolta ordinaria di RSU; in base al ciclo di trattamento dei materiali raccolti; in base al tipo di utenza a cui si rivolge il servizio. Secondo il primo criterio potremo parlare di raccolte aggiuntive o integrate, per il secondo criterio di raccolte a recupero diretto o raccolte seguite da trattamento, in base al terzo criterio avremo raccolte a utenza generalizzata o specifica.

14 100% 80% % di cittadini disposti a partecipare alla raccolta differenziata 60% 40% 20% 0% Distanza abitazione - campana (mt.)

15 Il caso dei materiali poliaccopiati:

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19 Recupero Termico Termovalorizzatori

20 Recupero Termico CDR

21 RICICLO RICICLO CONGIUNTO Le 171 analisi merceologiche - effettuate da Comieco sui propri convenzionati, che effettuano la raccolta differenziata congiunta di carta - hanno riscontrato una presenza di cartoni per bevande avviati a riciclo nelle cartiere nazionali pari allo 0,58%. La stima del macero raccolto a livello nazionale per l anno 2001 é pari a ton. Pertanto applicando la percentuale riscontrata dalle analisi merceologiche di Comieco, si certifica una presenza di cartoni per bevande pari a 7500 ton. RICICLO DEDICATO Si intendono le quantitá di materiale post-consumo derivanti da sperimentazioni e dalle raccolte differenziate avviate negli ultimi tempi. Come noto, allo stato attuale l unica cartiera che in Italia effettua il riciclo dedicato dei soli cartoni per bevande a marchio Tetra Pak, é la cartiera di Santarcangelo. Tale cartiera ricicla sia la cellulosa sia le altre componenti dei cartoni per bevande, alluminio e polietilene. Per l anno 2001, la cartiera di Santarcangelo attesta un riciclo di cartoni per bevande post-consumo pari a 350 ton.

22 Dati di sintesi: CPB 2001

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27 Cartiera dedicata di Santarcangelo di Romagna

28 La Cartiera Santarcangelo, unica in Italia a riciclare contenitori per bevande in poliaccopiato ha messo i 54 dipendenti in cassa integrazione ad inizio 2004 e successivamente ha chiuso definitivamente l attività. Alcune cartiere riciclano la parte cellulosica assieme ad altra carta da macero (la parte polimerica viene combusta)

29 Analisi comparativa del ciclo di vita tra contenitori per latte fresco e latte UHT: Tetra Rex PET e Tetra Brik Aseptic HDPE Life Cycle Assessment. Fonte: Università degli Studi di Padova 2003

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32 Fine vita Comprende le ipotesi di: smaltimento in discarica, recupero (termovalorizzazione, recupero energetico, compostaggio), riciclo. Tetra Pak (dati Comieco): Discarica 69,4%, Termovalorizzazione 23,9%, Riciclo congiunto 6,3%, Riciclo dedicato 0,3%, Compostaggio 0,1%. bottiglie in plastica (dati Corepla) Discarica 61,6%, Riciclo meccanico 19,5%, Recupero energetico 18,9%.

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37 CHE COS E IL PET? Il PET o polietilentereftalato è un poliestere termoplastico semicristallino di sintesi ottenuto dalla policondensazione dei due monomeri: glicole etilenico e acido tereftalico.

38 LE CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEL PET Ottime proprietà barriera ai gas (O 2 e CO 2 ) Elevato modulo elastico Scarsa deformazione sotto carico costante (creep( creep) Trasparenza e brillantezza Sensibilità all umidità alle temperature di lavorazione ( C) Sensibilità all azione di soluzioni fortemente basiche

39 PER PRODURRE 1 KG DI PET VERGINE DA BOTTIGLIA Energia necessaria (pari a circa 1,9kg di petrolio): Elettricità Olii combustibili Altri combustibili Totale: 8,97 MJ 46,56 MJ 28,28 MJ 83,81 MJ Materie prime necessarie: 19,28 kg Per riciclare 1 kg di PET occorre il 60% in meno di energia.

40 LA PRIMA SELEZIONE DAL MULTIMATERIALE INDIFFERENZIATO (contenitori in vetro, metallo e plastica) VALORE DI MERCATO 0,00 /kg AL MULTIMATERIALE COSTITUITO SOLO DA CONTENITORI IN PLASTICA

41 LA SELEZIONE MANUALE Le fasi principali: - il rompi sacchi - il dosatore/distributore a tamburo rotante - il nastro selezione manuale - le buche di raccolta - la pressa Numero addetti minimo: 10

42 LA SELEZIONE MANUALE

43 LA SELEZIONE MANUALE I vantaggi: investimento iniziale ridotto non necessario personale specializzato Gli svantaggi: Gli svantaggi: elevato numero di addetti scarsa costanza di qualità ed efficienza ridotta produttività

44 LA SELEZIONE AUTOMATICA Le fasi principali: - il rompi sacchi - il dosatore/distributore a tamburo rotante - l aspiratore frazione leggera (films, sacchetti, ) - il nastro selezione manuale ( separazione corpi estranei) - il nastro a tamburo repulsivo eddy current (separazione metalli) - l aspiratore flaconi in plastica (separazione vetro- plastica) - le buche di raccolta - la pressa Numero addetti massimo: 1

45 LA SELEZIONE AUTOMATICA Il nastro a tamburo repulsivo (eddy current)

46 LA SELEZIONE AUTOMATICA I vantaggi: elevata produttività costanza di qualità ed efficienza ridotto numero di addetti Gli svantaggi: Gli svantaggi: investimento iniziale consistente necessario personale specializzato

47 COSA SI PUO FARE CON LA PLASTICA ETEROGENEA? La miscela, costituita principalmente da PE, PP e PET, sottoposto a: triturazione, frantumazione grossolana densificazione estrusione in barre viene infine trasformata il manufatti mediante le normali lavorazioni per asportazione di truciolo usate per il legno.

48 MANUFATTI IN PLASTICA ETEROGENEA Alcuni esempi:

49 MANUFATTI IN PLASTICA ETEROGENEA Problematiche: Materiale non omogeneo a causa delle differenti temperature dei polimeri miscelati e dell incompatibilità di alcuni ( solo piccole percentuali di PET) No forme complesse No spessori ridotti Elevato costo

50 LA SECONDA SELEZIONE DAL MULTIMATERIALE COSTITUITO DA CONTENITORI IN PLASTICA VARIA AL MONO MATERIALE FLACONI IN PET SUDDIVISI PER COLORE (incolore, blu, verde, misto) VALORE DI MERCATO 0,05-0,15 /kg

51 LA SELEZIONE MANUALE Le fasi principali: - il frangi balle - il dosatore/distributore a tamburo rotante - il nastro selezione manuale - le buche di raccolta - la pressa Numero addetti minimo: 10

52 LA SELEZIONE AUTOMATICA Le fasi principali: - il frangi balle - il dosatore/distributore a tamburo rotante - l aspiratore frazione leggera - il nastro a tamburo repulsivo (eddy current) - i nastri con spettrometro Nir (separazione polimeri) - i nastri con spettrometro luce visibile (separazione colori) - le buche di raccolta - la pressa Numero addetti massimo: 1

53 LA SELEZIONE AUTOMATICA Nastro con spettrometro NIR

54 LA SELEZIONE AUTOMATICA Lo spettrometro NIR: caratteristiche principali.

55 IL LAVAGGIO E LA MACINAZIONE DAI FLACONI IN PET CON RESIDUI DEL CONTENUTO ORIGINALE COMPLETI DI TAPPO IN HDPE ED ETICHETTA IN CARTA INCOLLATA O IN PE TERMOSALDATO, ALLA SCAGLIA DI PET LAVATA E MACINATA VALORE DI MERCATO 0,30-0,60 /kg

56 IL LAVAGGIO E LA MACINAZIONE Le fasi principali: A) lo sfaldaballe sfaldaballe (separazione delle bottiglie) B) il vaglio rotante (separazione tappi, etichette, terra) C) il separatore di metalli D) il nastro per la selezione manuale del PVC (raggi X) E) il mulino in acqua e il friction washer (riduzione in scaglia e separazione etichette e terra) F) la vasca separazione PET - HDPE (bottiglia affonda - tappo galleggia) G) hot washing batch (lavaggio in acqua calda a 95 C con soluzioni basiche per togliere la colla e residui del contenuto originale) H) il risciacquo ed asciugatura mediante centrifugazione I) la classificatore in aria (separazione parti leggere etichette e e polvere)

57 COSA SI PUO FARE CON LA SCAGLIA? Il materiale all uscita dall impianto di lavaggio e macinazione, costituito da scaglie di dimensione media 10x10x0,3mm, è sottoposto ad una o più fasi che in ogni caso prevedono la fusione e la successiva solidificazione dello stesso. Scaglia Rigranulazione, Compounding (estrusione, stampaggio) Manufatto