LA DISSOCIAZIONE MOLECOLARE Una soluzione possibile?

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1 LA DISSOCIAZIONE MOLECOLARE Una soluzione possibile? Dott. Pietro Cavina Ing. Arianna Bertolla La dissociazione molecolare 1

2 IL PROCESSO DI DISSOCIAZIONE MOLECOLARE Il suo obiettivo è quello di disassemblare le molecole di origine organica complesse per riassemblarle in composti più semplici, realizzando un gas sintetico, il SYNGAS. A differenza degli altri metodi di incenerimento, il processo di dissociazione molecolare non smuove il rifiuto, ma può essere assimilato ad una sigaretta che si consuma lentamente dall inizio alla fine. La dissociazione molecolare 2

3 IL PROCESSO DI DISSOCIAZIONE MOLECOLARE Rifiuti per cella Peso dell intero sistema 3,5 tonn 35 tonn Cella primaria Dimensioni Volume Motore del ventilatore Bruciatori a gasolio 3,6m x 3m x 2,5m di altezza 20 mc 1 hp con inverter 36 l/h 1/3 hp Cella secondaria Dimensioni Motore del ventilatore Bruciatori a gasolio Spessore refrattario Spessore dell isolante Lunghezza dell intero sistema Sistema di controllo 1,5m x 3m di lunghezza 1 hp con inverter 60l/h ¾ hp 100 mm mm 6 m PLC (Programmable Logic Controller) La dissociazione molecolare 3

4 Schema di una cella di dissociazione La dissociazione molecolare 4

5 LA REAZIONE CHIMICA SYNGAS CH 3 C = C H CO CO 2 (95%) H CH 2 DISSOCIAZIONE H 2 CH C + O 2 CH 3 La dissociazione consiste in una combinazione di: Pirolisi termolisi Gassificazione + CENERI INERTI (<3%) Breve fase di dissociazione secondaria (T=1100 C per pochi secondi per dissociare i residui carboniosi del gas di sintesi) La dissociazione molecolare 5

6 DIFFERENZA CON INCENERITORI DISSOCIAZIONE MOLECOLARE Ambiente chiuso; Carenza di ossigeno (viene utilizzato solo quello strettamente necessario per mantenere il processo in funzione) Temperatura compresa tra i 300 e i 550 C (per evitare la formazione di fusione dei metalli, di diossine e polveri). Presenza di soli due stadi: uno primario a bassa temperatura ed in carenza di ossigeno ed un secondo ad alta temperatura per pochi secondi per ultimare la combustione; tempi di reazione di circa 24 ore. Formazione esigua di ceneri inerti (ca. 3%) INCENERIMENTO Ambiente chiuso Aggiunta di aria in eccesso per mantenere la temperatura all interno del forno; Utilizzo di bruciatori ausiliari per mantenere la temperatura, in caso di elevata umidità del rifiuto; Presenza di vari stadi: il primo per eliminare l umidità del rifiuto, il secondo per trasformare le sostanze volatili in forma gassosa (temperature intorno ai C), con formazione di fumi ed inquinanti; Produzione di ceneri volatili nei fumi e pesanti (circa 30%). La dissociazione molecolare 6

7 MATERIALE CARICATO Biomasse; Rifiuti organici; RSU da raccolta indifferenziata; Rifiuti industriali; Rifiuti speciali; Copertoni; Rifiuti ospedalieri; Scarti di macellazione. Il materiale caricato non necessita di pretrattamenti di vagliatura e omogeneizzazione; può essere caricato sottoforma di big-bags, pallets oppure sfuso. La dissociazione molecolare 7

8 COMPOSIZIONE MERCEOLOGICA MEDIA DEL RIFIUTO 24,70% 0,40% 6,00% 29,80% 1,85% CARTA VETRO METALLI PLASTICA SOTTOVAGLIO ORGANICO INERTI ALTRO 1,13% 19,40% 17,00% La dissociazione molecolare 8

9 SISTEMA DI CARICAMENTO Le celle dell impianto sono di dimensione variabile, da 1 a 90 mc ed il sistema di caricamento è flessibile: con pala meccanica direttamente dal mezzo Tempo di caricamento: da 30 a 60 minuti La dissociazione molecolare 9

10 CELLE DI DISSOCIAZIONE Ogni cella è in grado di accettare circa 15 tonn di rifiuto La dissociazione molecolare 10

11 LA PRODUZIONE DI SYNGAS SYNGAS GREZZO DA DISSOCIAZIONE Trascinamento particellare Vapori metallici Cloro e gas acidi TAR ed asfalti Composti dello zolfo ossigeno 0,2% assenti Variabili in funzione del rifiuto caricato 1-2 mg/nmc assenti assente idrogeno >4% NOx Portata e caratteristiche qualitative assenti costanti FUMI GREZZI DA COMBUSTIONE Trascinamento particellare Vapori metallici Cloro e gas acidi TAR ed asfalti / Composti dello zolfo 2-5 g/nmc mg/nmc mg/nmc mg/nmc ossigeno 10-11,5% idrogeno NOx Portata e caratteristiche qualitative Sottoforma di HCl 200 mg/nmc Nmc/h La dissociazione molecolare 11

12 PURIFICAZIONE DEL SYNGAS Ciclone (per ridurre il contenuto in polveri); Sistema di raffreddamento; Filtrazione su letto di soda e carbone attivo; Scrubber a doppio stadio (per ridurre la concentrazione di HCl e TAR) PCI del syngas purificato variabile da 5000 a kcal /Nmc In sostituzione al gas naturale può essere utilizzato: In caldaia (sottoforma di vapore ad alta pressione) per produrre calore o acqua calda In motori a combustione interna; In turbine a gas; Dopo purificazione da residui carboniosi, HCl, MPT, umidità. In celle a combustibile, alimentate da idrogeno mediante Reforming. La dissociazione molecolare 12

13 Produzione di energia Energia elettrica e termica La dissociazione molecolare 13

14 SYNGAS PURIFICATO CARATTERISTICHE Il SYNGAS purificato risulta meno inquinante del metano, in quanto contiene meno NOx e polveri H % CO 23-27% CH4 1-3% CO2 7-10% N % MPT <2.5 mg/nmc SOx <29 mg/nmc TAR SiO2 Composti azotati <5 mg/nmc Assente <55 mg/nmc Con 60 tonn/die di rifiuto vengono prodotti circa 1,5-2 MWe o 8-9 tonn/h di vapore La dissociazione molecolare 14

15 EMISSIONI IN ATMOSFERA Durante la trasformazione del rifiuto all interno delle celle non si hanno emissioni in quanto il processo avviene in ambiente totalmente sigillato. La fase gassosa in uscita dall impianto è rappresentata dal Syngas, che viene successivamente utilizzato al fine di produrre energia. Gli scarti provenienti dalla depurazione del Syngas sono in fase solida o liquida e vengono riciclati all interno delle celle di dissociazione. Le ceneri prodotte come scarto contengono sali minerali, metalli e vetro, che possono eventualmente essere recuperati. Essendo l ambiente di trasformazione povero in ossigeno e ricco di idrogeno, non si ha produzione di diossine; queste ultime, infatti sono composte da molecole organiche con anelli aromatici e cloro; la carenza di ossigeno fa in modo che il cloro si unisca preferenzialmente all idrogeno presente; anche nella camera secondaria le poche diossine formatesi, si distruggono a causa dell alta temperatura presente. La dissociazione molecolare 15

16 EMISSIONI IN ATMOSFERA E sfavorita la produzione di NOx in quanto l ambiente di reazione è povero di ossigeno. Il processo è molto lento, proprio per ottenere il 100% di trasformazione del rifiuto; il materiale all interno delle celle non è movimentato, perciò non vi sono turbolenze che possano sollevare le polveri. Le basse temperature all interno delle celle non favoriscono la produzione di vapori metallici. La dissociazione molecolare 16

17 EMISSIONI prima del TRATTAMENTO Inquinante Limite (L. 133/05) Dissociazione molecolare Termovalorizzazione (mg/mc) Polveri 10 <1 mg/nmc 2-5 mg/nmc HCl 10 <5 mg/nmc NOx 200 <100 mg/nmc TOC 10 <1 mg/nmc CO 50 <10 mg/nmc Hg 0,05 <0,02 mg/nmc PCDD/PCDF 0,1 ng/mc <0,05 ng/nmc mg/nmc 200 mg/nmc mg/nmc mg/nmc 0,2-1 mg/nmc 3-5 ng/nmc La dissociazione molecolare 17

18 PERFORMANCE DEL PROCESSO PARAGONE EMISSIONI PER SMALTIMENTO RSU INQUINANTE LIMITI UNIONE EUROPEA LIMITI USA LIMITI CANADA MEDIA RAGGIUNTA DISSOCIAZ. MOLEC. MEDIA ITALIA TERMOVALORIZZ. POLVERI 10 mg/nmc 24 mg/nmc 17 mg/nmc <1 mg/nmc 1 mg/nmc MONOSSIDO DI CARBONIO DIOSSIDO DI ZOLFO ACIDO CLORIDRICO OSSIDI DI AZOTO DIOSSINE E FURANI CADMIO E COMPOSTI PIOMBO E COMPOSTI MERCURIO E COMPOSTI ALTRI METALLI PESANTI 50 mg/nmc 50 ppm nessuno <1 mg/mc 1 mg/nmc 50 mg/nmc 30 ppm 56 mg/nmc assente 1,2 mg/nmc 10 mg/nmc 25 ppm 27 mg/nmc 0-30 mg/nmc 1 mg/nmc 200 mg/nmc 150 ppm 110 ppm 45 mg/nmc mg/nmc 0.1 ng/mc 13 ng/mc 0.08 ng/mc <0.01 ng/mc 0,05 ng/nmc 0.05mg/mc 0.02 mg/mc nessuno <0.001 mg/mc <0,006 mg/nmc 0.5 mg/mc 0.2 mg/mc mg/mc <0.001 mg/mc 0,05 mg/nmc 0.05 mg/mc 0.08 mg/mc 0.02 mg/mc <0.001 mg/mc 0,005 mg/nmc 0.5 mg/mc -- nessuno <0.002 mg/mc 0,05 mg/nmc La dissociazione molecolare 18

19 VANTAGGI DEL DISSOCIATORE La modularità dell impianto (possono essere trattate da 1 a 100 tonn/die) consente di avere conti economici con rilevanti ricavi; Possono essere gestiti rifiuti e biomasse; Riduzione dei costi legati al trasporto dal luogo di raccolta a quello di smaltimento, oltre che riduzione del traffico ad esso legato; Dimensionamento dell impianto in funzione delle esigenze reali, ma per lo più per piccole realtà; Possono essere utilizzate l energia elettrica e termica prodotte I costi di manutenzione del dissociatore molecolare sono bassi, perché vi sono poche componenti in movimento (come macchine rotanti, nastri e valvole). Gli unici materiali di ricambio sono: termocoppie, bruciatori, le porte di accesso alle camere, i refrattari e l olio per i filtri idraulici. La dissociazione molecolare 19

20 DIMENSIONAMENTO DELL IMPIANTO 4 celle da 90 mc circa 60 tonn/giorno di rifiuto, 30 tonn/giorno altri rifiuti 30 tonn/giorno RSU circa 2 MW di energia elettrica La dissociazione molecolare 20

21 REFERENZE Attualmente sono più di 100 gli impianti di dissociazione costruiti nel mondo, fra cui: Husavik (Islanda); Alaska; Columbia; Indonesia; Australia; Cina; Taiwan ; Croazia; Sud Africa. La dissociazione molecolare 21

22 CONCLUSIONI In Senato il partito dei Verdi, guidato da Fabio Roggiolani, ha proposto l introduzione del processo di dissociazione molecolare anche in Italia. Ciò ha dato luogo a molteplici pareri, favorevoli e contrari all adozione di tale nuova tecnologia. Secondo Pasquale De Stefanis, dell ENEA, il processo non è così innovativo, in quanto: si ha produzione di fumi che, anche se meno carichi di polveri e metalli, richiedono comunque una depurazione o smaltimento in discarica; Il SYNGAS, prima di essere utilizzato per produrre energia, deve essere separato da poveri ed altri inquinanti; Il processo funziona solo per impianti di piccola taglia, come quello islandese di Husavik; Stefano Ciafani, responsabile scientifico di Legambiente esprime più o meno le stesse considerazioni: L impianto gassifica alcune decine di tonnellate di rifiuti al giorno, una frazione minima rispetto ai quantitativi prodotti nelle città italiane; È necessario puntare prima di tutto sulla riduzione netta di produzione dei rifiuti; è indispensabile potenziare ulteriormente la raccolta differenziata domiciliare; La nuova tecnologia di dissociazione molecolare va, tuttavia, sperimentata, al fine di capire se in futuro potrà avere un mercato. La dissociazione molecolare 22

23 SPERIMENTAZIONI IN ITALIA L'Itea Spa di Bologna a Gioia del Colle (Bari) sta sviluppando un tipo di dissociazione molecolare applicata ai rifiuti speciali, ma che al contrario dell'impianto islandese utilizza l'irraggiamento dei rifiuti a una temperatura elevata ed uniforme in un reattore saturo di ossigeno. La società che lo sta sperimentando fa parte del gruppo Sofinter, ed è un progetto avviato con l'enea nel Le condizioni all'interno del reattore sviluppano una combustione omogenea, "senza fiamma", che ostacola la formazione delle polveri sottili, mentre le scorie (metalli e ceneri pesanti) vengono trasformate in perle vetrificate a matrice silicea. Il piccolo impianto, grande quanto un'area di rigore, è ancora in fase sperimentale, ma ha già ottenuto un risultato molto importante: le analisi sulle emissioni condotte dall'università Federico II e del Cnr di Napoli hanno riscontrato una quantità minima di particolato. Un'altra variante della gassificazione, detta a letto fluido, vede invece coinvolti il Conai (Consorzio Nazionale Imballaggi) e l'amra Scarl e prevede l'avvio di un'unità-pilota a Caserta per un progetto triennale. L'impianto lavorerà la parte secca dei rifiuti, come le plastiche e gli scarti della raccolta differenziata, cioè quelle che non possono essere avviate a riciclo, per produrre gas di sintesi da utilizzare come combustibile nelle centrali elettriche o negli impianti di teleriscaldamento. La dissociazione molecolare 23