Le tecnologie di trattamento termico: presente e futuro Pasquale De Stefanis ENEA Sezione Sviluppo Tecnologie Trattamento Rifiuti Workshop Rifiuti da emergenza a risorsa. La gestione integrata con tecnologie innovative di trattamento C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
Sostenibilità massima Sostenibilità minima Gestione dei rifiuti e sostenibilità Minimizzazione Riuso Riciclo & Recupero materia Recupero Energetico Smaltimento
Processi di trattamento termico GAS DERIVATO OLIO ("TAR") RESIDUO ("Char") GAS DERIVATO CO, ("Syngas") H 2, N 2 PIROLISI GASSIFICAZIONE COMBUSTIONE ENERGIA R = 0 1 ARIA EFFETTIVA ( O 2 ) ALIMENTATA ARIA STECHIOMETRICA (O 2 ) NECESSARIA FUMI CO 2, H 2 O, N 2 R
Gassificazione e Pirolisi = Incenerimento? MAT. PRIME RIFIUTI ENERGIA TRATTAMENTO TERMICO (*) RECUPERO ENERGIA ( E + T ) (& MATERIA) EMISSIONI (F) REFLUI LIQUIDI (L) RESIDUI SOLIDI (S) (*) Inclusi pretrattamento rifiuto, conversione, combustione, trattamento (F + L + S), ecc.
Preferenza per classi di interesse 100 90 80 70 60 50 40 30 Preferenza (%) 20 10 0 Oper. Rifiuti Urbani Oper. Rifiuti Industriali Oper. Biomasse P.A. Gestione Rifiuti Politici Opinione Pubblica Incenerimento Gassificazione
Direttiva 2000/76/CE sull incenerimento (Articolo 3) "Impianto di incenerimento": qualsiasi unità ed attrezzatura tecnica, fissa o mobile, destinata al trattamento termico dei rifiuti con o senza recupero del calore di combustione. In questa definizione sono inclusi l'incenerimento tramite ossidazione dei rifiuti nonché altri procedimenti di trattamento termico quali la pirolisi, la gassificazione o il procedimento del plasma, sempre che le sostanze risultanti dal trattamento siano successivamente incenerite.
RIFIUTO RIFIUTO RIFIUTO PIROLISI/ GASSIFICAZIONE CENERI/CHAR PIROLISI/ GASSIFICAZIONE CENERI/CHAR Quale è vera gassificazione? GASSIFICAZIONE DI TIPO "TERMICO" SYNGAS GREZZO COMBUSTIONE IN 2 STADI (INCENERIMENTO) CENERI SYNGAS GREZZO COMBUSTIONE TRATTAMENTO GAS RESIDUI TAR GENERATORE DI VAPORE VAPORE PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA TURBINA / MOTORE ENDOT. PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA TRATTAMENTO FUMI FUMI SYNGAS PULITO RESIDUI GASSIFICAZIONE DI TIPO "ELETTRICO" CAMINO 30 CAMINO
Nuovo e Attuale a confronto Incenerimento Pirolisi/gassificazione Recupero energetico: Buono Potenzialmente superiore Impatto ambientale: Molto buono Potenzialmente migliore Costi di investimento ed esercizio: Recupero sottoprodotti e residui: Mediamente elevati, ma definiti In fase di sviluppo Non facilmente definibili, ma similari a combustione Migliore per ceneri e scorie, non provato per tar e char Aspetti gestionali: (1) Definiti e controllabili Non dimostrati (1) Controllo del processo, affidabilità, richiesta di manutenzione)
Processi combinati di pirolisi/gassificazione RIFIUTO PIROLISI SYNGAS TAR CHAR RECUPERO / SMALTIMENTO GASSIFICAZIONE SYNGAS
INd Recupero di energia da rifiuti e risvolti sull ambiente DISCARICA RISCHI? PERCOLATO GSd INr Legenda: IN = emissioni di inquinanti GS = emissioni di gas serra RIFIUTO PRODUZIONE COMBUSTIBILI DERIVATI IMPIANTO RECUPERO ENERGETICO ENERGIA ELETTRICA ENERGIA TERMICA ENERGIA A TERZI GSr INc COMBUSTIBILI FOSSILI GSc CENTRALE TERMOELETTRICA INt GSt RISCALDAMENTO CIVILE E INDUSTRIALE
I problemi aperti dei trattamenti termici Necessità di incrementare i livelli di recupero energetico; Sviluppare e consolidare il recupero di residui e sottoprodotti del trattamento; Ridurre la complessità ed i costi connessi con i sistemi di depurazione dei fumi/gas; Investigare la possibilità di recuperare risorse a maggiore valore aggiunto.
I problemi aperti delle nuove tecnologie Necessità di pretrattamenti; Formazione di tar e char; Impossibilità di recuperare il calore sensibile del syngas; Elevati consumi endogeni; Produzione di E.E. in C.C. non provata.
L evoluzione dell incenerimento 1 a generazione: Incinerator 2 a generazione: Energy from Waste (EfW) 3 a generazione: Waste to Energy (WtE) 4 a generazione: Waste Fired Power Plant (WFPP)
L efficienza energetica netta E = E th x E g (1-P p ) E th = Efficienza Termica del sistema E g = Efficienza Elettrica di conversione P p = Consumi endogeni, inclusi pre-trattamenti del rifiuto, produzione O 2, ecc. espressi come % dell energia elettrica lorda prodotta
Efficienze nette di produzione di E.E. Trattamento Produz.E.E. Efficienza dichiarata Efficienza realistica Combust. Ciclo a vapore 19-27% Ciclo a vapore 14-20% 9-20% Gassificazione e Pirolisi Motore a gas 13-24% 13-24% IGCC 34% 23-26% Cocombust 33-35% 27-35%
Gassificazione integrata con ciclo combinato (IGCC) RIFIUTO O2 PIRO / GASSIFICAZ. CENERI/CHAR CRACKING TURBINA A VAPORE RESIDUI ARIA DEPURAZ. SYNGAS ARIA TAR TURBINA A GAS
Centrale elettrica ad alimentazione ibrida RIFIUTI CAMERA DI COMBUSTIONE GENERATORE DI VAPORE TRATTAMENTO ARIA FUMI GAS NATURALE
Integrazione fra turbine a gas e incenerimento rifiuti Efficienza elett. lorda (%) 55 50 45 40 35 30 25 20 Ciclo combinato Inceneritore 0 20 40 60 80 100 Apporto termico dei RU (%) Rendimento da incenerimento RU: Eff RU = P tot CT gn xeffcc CT RU 55 50 45 40 35 30 25 20
Applicazioni innovative FANGHI IMPIANTO DI GASSIFICAZIONE CDR GASSIFICAZIONE TRATTAMENTO SYNGAS PRETRATTAMENTO RIFIUTI SYNGAS (CO +H 2 ) PNEUMATICI OLI USATI MIX PLASTICHE POST- TRATTAMENTI SPECIFICI VAPORE RECUPERO RECUPERO TRATTAMENTO METALLI SCORIE EFFLUENTI OSSIGENO REAGENTI IMPIANTO METALLI INERTI EFFLUENTI LIQUIDI INDUSTRIALE IDROGENO AMMONIACA METANOLO DME FUEL CELLS CICLI COMBINATI TURBINE A GAS CICLO A VAPORE Recupero materia_energia_gassificazione.xls RECUPERO DI MATERIA RECUPERO DI ENERGIA
RIFIUTI Applicazioni avanzate: il Waste refinery PIROLISI VAPORE+CO 2 CHAR SYNGAS OLIO SYNGAS CONVERSIONE CENERI IDROLISI / FERMENTAZIONE CONVERSIONE SEPARAZIONE CRACKING CATALITICO NH3, ALCOOL RAFFINAZIONE COMBUSTIBILE GASSOSO ETANOLO FERTILIZZANTI, CHEMICALS CHEMICALS COMBUSTIBILI CHEMICALS CARBONE ATTIVO
Recupero di scorie da incenerimento
SALAMOIA Le tecnologie di trattamento termico Recupero energetico e produzione di acqua potabile RIFIUTI COMBUSTORE/ GENERATORE VAPORE CONDENSATO ACQUA MARE DISSALATORE MED FUMI TRATTAMENTO FUMI VAPORE PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA VAPORE ESAUSTO UNITA' DISSALAZIONE RO POST-TRATTAMENTO FUMI ENERGIA ELETTRICA Autoconsumi ACQUA POTABILE
Caratteristiche dell impianto dimostrativo Portata rifiuti: 670 kg/h (16 t/g) PCI rifiuti (frazione secca): 14,0 MJ/kg Produz. acqua potabile: 108 m3/h (2592 m3/g) Produz. specifica per abitante: 129 l/g/ab Produz. per unità di RU indiffer.(1) 97 m3/t (1) Assumendo che i rifiuti in ingresso all impianto costituiscano il 60% dei RU disponibili
Conclusioni Esistono presupposti per attività di R & S nel campo dei trattamenti termici dei rifiuti finalizzate a: Incrementare i livelli di recupero energetico; Validare l applicazione di tecnologie innovative (pirolisi e gassificazione) al trattamento dei rifiuti, non ancora consolidata; Ridurre la complessità impiantistica ed i relativi costi; Privilegiare il recupero di risorse pregiate (materie prime, H 2 ); Migliorare l impatto complessivo sull ambiente.