Rifiuti urbani, preziosa risorsa. Enzo Montoneri

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1 Rifiuti urbani, preziosa risorsa. Enzo Montoneri Università di Torino, Dipartimento di Scienze Agrarie, Forestali e Alimentari, Largo P. Braccini 2, Grugliasco (TO), Italy enzo.montoneri@gmail.com Paradossale può sembrare il fatto che, dopo più di un secolo dall inizio dell era del petrolio, si voglia tornare oggi all era del legno per soddisfare i bisogni quotidiani dell uomo. Si chiama transizione alla bioeconomia. Sembrerebbe il cane che si morde la coda. In realtà è una evoluzione. L era del petrolio ha consentito di sviluppare ed ottimizzare ormai mature tecnologie per la conversione di risorse fossili in combustibili e prodotti chimici. La bioeconomia utilizza tale bagaglio tecnologico per sfruttare le risorse rinnovabili (vegetali ed animali) meglio di come facevano i nostri lontani antenati. In fondo, sia le risorse rinnovabili che i fossili hanno comune impronta chimica. Le prime sono costituite dai principali composti organici naturali, e cioè polisaccaridi, proteine, grassi e lignina. I fossili sono costituiti dai derivati dei composti naturali a seguito di trasformazioni avvenute nell arco di milioni di anni all interno dei giacimenti. In linea di principio, risorse vegetali, animali e fossili sono rinnovabili, seppure in tempi molto diversi. Vi sono fondati motivi per la transizione alla bioeconomia, quali la limitazione del depauperamento delle risorse fossili e la riduzione della immissione di anidride carbonica in atmosfera, corresponsabile del surriscaldamento del pianeta. Questi promuovono il consenso popolare allo sviluppo della bioeconomia. Purtroppo, gli obiettivi della transizione alla bioeconomia non sono facilmente raggiungibile. I fossili sono una risorsa di carbonio organico concentrata sia per la loro natura chimica che per la disponibilità in spazi confinati come i giacimenti. Le risorse rinnovabili sono distribuite su vaste superfici di terreno e contengono per la maggior parte acqua. La loro criticità principale è rappresentata dai maggiori costi di concentrazione del carbonio organico attraverso la raccolta e l essiccazione. Oltre a ciò, si pongono problemi di natura morale e socio-economica nello sfruttare colture finalizzate alla produzione di energia e prodotti chimici e sottrarle alla produzione alimentare. In tale contesto, i rifiuti urbani fanno eccezione. L'impatto ambientale dei rifiuti urbani è aumentato drammaticamente in seguito all aumento dell urbanizzazione e dei consumi della popolazione. La crescente necessità dello smaltimento di tali rifiuti rappresenta per la società un notevole onere economico. Per altro verso, tuttavia, l'urbanizzazione e le pratiche di raccolta comunale hanno reso i rifiuti urbani una fonte sostenibile di carbonio organico, concentrato in spazi confinati. Facendo di necessità virtù sono state sviluppate pratiche di raccolta differenziata, tecnologie di recupero e riciclaggio di vetro, carta, metalli, e processi di fermentazione della frazione organica umida e dei residui di giardinaggio o potatura di parchi pubblici. I processi di fermentazione producono biogas contenente anidride carbonica e metano, e compost. In tal modo, consentono una ulteriore concentrazione di carbonio organico senza dispendio di energia. Il metano viene usato come biocombustibile. Il compost è un fertilizzante. L anidride carbonica prodotta dalla fermentazione non causa aumento dell anidride carbonica atmosferica, perché fa parte del ciclo naturale del carbonio realizzato attraverso la sintesi clorofilliana, la crescita delle piante, la produzione di alimenti, il loro consumo, la produzione di rifiuti biodegradabili e la loro fermentazione. Un moderno impianto di trattamento di rifiuti urbani biodegradabili (frazione organica umida e residui di giardinaggio) è rappresentato dall'impianto di Acea Pinerolese Industriale sito a Pinerolo (TO). L impianto serve una popolazione di circa abitanti, distribuiti nei 47 comuni consorziati ( abitanti) e in parte della provincia di Torino. La foto aerea in Figura 1 mostra le quattro sezioni dell impianto. Nella prima, la frazione organica umida dei rifiuti urbani proveniente dalla raccolta differenziata viene trattata in

2 due bioreattori per la produzione di biogas e digestato, un materiale costituito dalla frazione organica non degradabile nei bioreattori che operano in condizioni di anaerobiosi. Nella seconda, vengono trattate le acque di scarico civili per produrre biogas e fanghi. Nella terza, il digestato dei reattori di produzione di biogas, miscelato a residui di giardinaggio e potatura dei parchi, e/o ai fanghi di depurazione delle acque civili, viene compostato, cioè fermentato in condizioni di aerobiosi. Nella quarta, utilizzata come discarica, viene prodotto ancora biogas che è raccolto in un serbatoio di stoccaggio insieme al biogas prodotto nella prima e seconda sezione. In prospettiva, i rifiuti inviati a discarica saranno progressivamente ridotti fino a totale eliminazione. L impianto tratta attualmente circa tonnellate all'anno di rifiuti urbani biodegradabili per produrre 6 milioni m3 di biogas e tonnellate di compost. Il biogas è convertito in energia termica ed energia elettrica, in parte utilizzato per le esigenze interne all impianto e in parte per scaldare 2500 abitazioni e produrre energia elettrica per circa 5700 abitazioni. Il compost è venduto a circa 15 per tonnellata per impiego in floricoltura. Per l impianto di Acea, così come per tutti gli impianti di trattamento di rifiuti, il costo dei prodotti ottenuti dalla lavorazione dei rifiuti biodegradabili supera il ricavo di vendita dei prodotti sul mercato dell'energia e dell agricoltura. Il costo in eccesso è compensato dal prezzo di conferimento oscillante tra 70 e 90 per tonnellata di rifiuti organici, pagato dai comuni del consorzio a fronte del servizio di trattamento rifiuti appaltato. Figura 1. Vista aerea dell impianto Acea di trattamento di rifiuti urbani biodegradabili mediante fermentazione. Allo scopo di migliorare l economia di processo, nel 2007 Acea Pinerolese ha iniziato a collaborare con l'università di Torino per studiare quali prodotti, diversi da biogas e da compost, avrebbero potuto ottenersi dai rifiuti biodegradabili urbani e valutare la fattibilità di poter integrare le attuali strutture con nuovi processi e prodotti a maggior valore aggiunto. Nel corso degli ultimi dieci anni, tale collaborazione ha portato allo sviluppo di un processo chimico brevettato dall Università di Torino per il trattamento del compost e l ottenimento di prodotti multiuso nell industria chimica, in agricoltura e zootecnia. La Figura 2 mostra il ventaglio di applicazioni dei prodotti ottenibili per idrolisi chimica di digestato e compost derivati dalla fermentazione anaerobica ed aerobica di rifiuti urbani biodegradabili. La Figura 3 riporta gli incrementi di produttività di piante coltivate in presenza di idrolizzati ottenuti da diversi rifiuti biodegradabili rispetto alle piante di controllo coltivate senza aggiunta di idrolizzati al terreno. Dagli studi effettuati, gli idrolizzati, messi a confronto con i compost da cui vengono ottenuti o con acidi umici derivati

3 da Leonardite, hanno dimostrato rendimenti di produzione agricola nettamente superiori. Un altra proprietà interessante degli idrolizzati è la loro lavorabilità per fabbricare nuovi teli per la pacciamatura, che assolvono alle molteplici funzioni di protezione e fertilizzazione del suolo e delle colture. La Figura 4 mostra campioni di teli per pacciamatura contenenti idrolizzati di rifiuti biodegradabili di origini diverse. L accoppiamento delle proprietà fertilizzanti e della lavorabilità in forma di film offre interessanti prospettive per la collocazione degli idrolizzati sul mercato agricolo. Figura 2. Rifiuti urbani biodegradabili, prodotti di fermentazione, idrolizzati (SBO) e loro applicazioni nell industria chimica, agricoltura e zootecnia.

4 Piante coltivate Idrolizzati ottenuti da rifiuti biodegradabili di diversa origine impiegati nella coltivazione CVDS CVD CV D TP Pomodoro Lycopersicon Pomodoro Micro Tom Peperone 66 Mais 120 Fagiolo a Ravanello 0 Grano Tabacco Euphorbia Hibiscus 15 b 25 b Figura 3. Incrementi (% in peso) di produttività di piante coltivate in presenza di idrolizzati di rifiuti urbani biodegradabili (SBO in Figura 2) rispetto alle piante di controllo non trattate

5 Figura 4. Campioni di teli per pacciamatura ottenuti da compositi di materiali plastici tradizionali (PEAA) e idrolizzati di rifiuti biodegradabili di origini diverse (macromolecule lingo-cellulosiche e polisaccaridi). Gli idrolizzati dei rifiuti urbani biodegradabili non sono ancora commerciali. Saranno disponibili in larga scala nel 2018 mediante un impianto con potenzialità produttiva di circa 2000 tonnellate/anno, che verrà installato presso lo stabilimento di Acea. L impianto, cofinanziato dall Unione Europea mediante il progetto LIFECAB approvato nell ambito del bando LIFE 2016, sarà integrato con gli attuali impianti di fermentazione mostrati in Figura 1. Sfruttando una delle molte proprietà degli idrolizzati di compost, i prodotti dell impianto di idrolisi verranno utilizzati primariamente come additivi ai bioreattori per migliorare il processo di digestione anaerobica (vedi sezione 1 Figura 1) e produrre digestato con basso tenore di ammoniaca, utilizzabile a norma di legge per spandimento su terreno agricolo. Secondariamente, la produzione di idrolizzati, eccedente la quantità destinata ad uso interno dell impianto di fermentazione Acea, verrà utilizzata per promuovere le molteplici applicazioni degli idrolizzati sul mercato agricolo, zootecnico e chimico. Il complesso costituirà la prima struttura nota, che integrerà processi biochimici e chimici per il trattamento di rifiuti urbani biodegradabili. Rappresenterà una pietra miliare per la trasformazione di un impianto di trattamento di rifiuti in bioraffineria per la produzione di biocombustibili e prodotti per la chimica, l agricoltura e la zootecnia. Darà un contributo rilevante allo sviluppo della bioeconomia dei rifiuti.