Life Cycle Assessment (LCA) e Progettazione Ecosostenibile Giornata di Studio, Genova 7 Luglio 2004 LCA di soluzioni alternative per lo smaltimento dei rifiuti solidi urbani in Campania Umberto ARENA, Maria Laura MASTELLONE,, Floriana PERUGINI Dept. of Environmental Sciences University of Naples II, Italy
Oggetto dello studio Il sistema di smaltimento dei rifiuti solidi urbani prodotti in Campania, dove l assenza di una qualsiasi politica di gestione ha creato una situazione di emergenza infinita. L area di interesse ha un estensione di circa 13,600km 2, con più di 5.7 milioni di abitanti e una produzione di RSU di circa 7,000t/giorno.
Scene da un emergenza infinita
QUANTI SONO i rifiuti urbani? Rifiuti urbani in Campania (fonte ONR, 2002) Bacino Superfi Abitanti Densità Produzione Produzione Densità cie popolazione Rifiuti (t/a) Rifiuti Produzione (km 2 ) (ab./ km 2 ) Procapite Rifiuti (kg/g) (kg/km 2 g) PROVINCIA AV 2.630 440.200 167 142.484 0,89 148 PROVINCIA BN 2.195 292.829 133 97.188 0,91 121 PROVINCIA CE 2.635 856.900 325 350.000 1,12 364 PROVINCIA NA 1.433 3.099.888 2163 1.538.288 1,36 2941 PROVINCIA SA 4.750 1.092.464 230 470.642 1,18 271 REGIONE 13.643 5.782.281 424 2.598.602 1,23 522
QUANTI potrebbero essere i rifiuti urbani? Rifiuti raccolti in maniera differenziata in Campania (fonte ONR, 2002) Bacino Produzione Raccolta Raccolta diff. procapite differenziata procapite rifiuti (kg/g) (%) (kg/g) PROVINCIA AV 0.89 4.0 0.036 PROVINCIA BN 0.91 4.3 0.039 PROVINCIA CE 1.12 1.5 0.017 PROVINCIA NA 1.36 1.0 0.014 PROVINCIA SA 1.18 3.3 0.039 REGIONE 1.23 1.8 0.022
Lo smaltimento di RSU in Campania RACCOLTA RACCOLTA RACCOLTA Rifiuto differenziato Rifiuto indifferenziato Rifiuto differenziato Rifiuto indifferenziato Rifiuto differenziato Rifiuto indifferenziato Residui Residui PIATTAFORME DI combustibili Residui PIATTAFORME DI combustibili SELEZIONE PIATTAFORME DI combustibili SELEZIONE SELEZIONE RILAVORAZIONE DEI RILAVORAZIONE DEI SINGOLI RILAVORAZIONE DEI SINGOLI MATERIALI Residui SINGOLI MATERIALIResidui combustibili Residui combustibili combustibili Prodotti riciclati Prodotti riciclati Prodotti riciclati STAZIONI CDR STAZIONI CDR STAZIONI CDR Caivano Giugliano S. Maria C.V. Caivano Giugliano S. Maria C.V. Pianodardine Caivano Giugliano Tufino S. Casalduni Maria C.V. Pianodardine Tufino Casalduni PianodardineBattipaglia Tufino Casalduni Battipaglia Battipaglia SITI DI STOCCAGGIO SITI DI STOCCAGGIO SITI DI STOCCAGGIO Giugliano Marcianise Capua Giugliano Marcianise Capua Giugliano Marcianise Capua Caivano... Caivano... Caivano... FOS FOS FOS DISCARICA DISCARICA DISCARICA INTERVENTI DI INTERVENTI DI INTERVENTI RECUPERO DI RECUPERO AMBIENTALE RECUPERO AMBIENTALE AMBIENTALE Strutture presenti Strutture presenti Strutture Strutture da presenti realizzare Strutture da realizzare Stadio Strutture transitorio da realizzare Stadio transitorio Stadio transitorio TERMOVALORIZZATORI TERMOVALORIZZATORI TERMOVALORIZZATORI Acerra S. Maria la Fossa Acerra S. Maria la Fossa Acerra S. Maria la Fossa
LCA fase 1 Definizione degli Scopi e degli Obiettivi - Scopo dello studio - Unità funzionale -Confini del sistema - Categorie di dati - Criteri di Inclusione e di Esclusione di input del sistema - Requisiti di qualità dei dati Analisi di Inventario Valutazione dell impatto Interpretazione
Scopo acquisire informazioni per la quantificazione degli aspetti ambientali di opzioni alternative di gestione rifiuti impiegare tali informazioni per la definizione di criteri o indirizzi strategici della politica regionale di smaltimento dei rifiuti
Scopo quantificare le performance ambientali di tre differenti scenari di gestione degli RSU residuali: conferimento in discarica del rifiuto indifferenziato; conferimento del rifiuto indifferenziato presso centrali di selezione per la produzione di CDR e sua successiva termovalorizzazione (come da pianificazione del Commissariato di Governo per l Emergenza Rifiuti); termovalorizzazione del rifiuto indifferenziato tal quale.
Confini del sistema INPUT Rifiuti a valle della raccolta differenziata OUTPUT Materie prime Acqua Scarti Selezione CDR Materiali secondari Emissioni in aria Combustibili (metano, gasolio) Energia elettrica da rete nazionale CDR Frazione organica Stabilizzazione Frazione organica stabilizzata Emissioni in aria Ceneri Termovalorizzazione Emissioni in aria e in acqua Discarica Emissioni in aria e in acqua Trasporti inter-unità Emissioni in aria Energia elettrica
Qualità dei dati L estrema delicatezza del processo decisionale a cui i risultati dello studio potrebbero contribuire, ha reso necessario puntare alla massima affidabilità delle conclusioni, attraverso un approfondita analisi tecnica dei processi e la massima qualità dei dati. I processi di interesse sono stati esaminati nel dettaglio e confrontati con possibili alternative, allo scopo di individuare dove l intervento l ingegneristico possa migliorare soluzioni impiantistiche e criteri operativi.
Qualità dei dati La qualità dei dati è stata elevata utilizzando, per i dati specifici (principalmente carichi diretti), solo quelli derivati da visite tecniche agli impianti e per i dati generici (principalmente carichi indiretti ed evitati) la banca dati internazionale della Boustead Ltd. Ciò ha permesso di soddisfare una serie di requisiti: specificità di tempo, geografica e tecnologica affidabilità e completezza dei dati rappresentatività delle sorgenti.
LCA fase 2 Definizione degli Scopi Analisi di Inventario Interpretazione - Diagramma di flusso - Raccolta dei dati - Procedure di allocazione Valutazione dell impatto
Risultati dell analisi d inventario Energia Polveri Discarica INPUT OUTPUT Rifiuto 1 kg Occupazione di volume in 0.03m discarica 3 0,7m 3 1kg RSU N Combustibile per veicoli Energia elettrica da combustione di TORCIA biogas 0,3MJ Biogas raccolto Energia elettrica 0,0074MJ Percolato 3 0.07m depurato 0,4l N Percolato 0,4dm 3 Emissioni in aria SISTEMA DI Metano (CH 4 ) 3 RECUPERO 21g DISCARICA 0.04m CO N 2 DI ENERGIA 178g 3 0.05m CO N Biogas perso in 119mg NO x atmosfera (CO 2, CH 4, altri) 107mg Idrogeno solforato (H 2 S) VOC Polveri Liquido concentrato 0.0001m 3 Emissioni in acqua COD 64mg Odori Percolato perso 0.0003m 3 BOD 0.0004m 3 5 TRATTAMENTO Percolato raccolto DEL PERCOLATO Fosforo Azoto nitrico Azoto nitroso Solfati (come SO 3 ) Solfiti (come SO2) Cloruri Fluoruri Azoto ammoniacale (come NH4) Energia elettrica Emissioni in aria Effluente Energia elettrica Gas in uscita 16 mg 4 mg 0,24 mg 8 mg 400mg 0,2mg 480 mg 2,4 mg 6 mg
Risultati dell analisi Trattamento termico CDR d inventario INPUT CDR 1 kg OUTPUT Materie di processo Emissioni in aria 1kg RSU Aria 10.6.6kg CO 2 1515g Acqua di processo Produzione 0.158kg di CDR H 2 O 679g PRODUZIONE DI CDR Perdite di processo Acqua per condizionamento ceneri INPUT Frazione Organica 0.0172kg OUTPUT TRATTAMENTO O 2 839g Rifiuto residuale 1 kg BIOLOGICO Energia elettrica Ossido di calcio 0.025kg N 2 8249g Silicato di sodio (30%) 0.0015kg NO x 3335mg Carbone attivo Materie di processo 0.0025kg Emissioni SO 2 in aria 333mg Energia elettrica Calce idrata Acqua SELEZIONE 0.0032kg 0.088kg CO 2 HCl 200g 167mg Diesel Urea Pellicola di polietilene 1.6*10 0.003kg -4 kg TOC Carbone attivo 4mg Energia Materiali ferrosi di processo Scarti CO CaO 167mg Urea Energia elettrica Ca(OH) 2 TRATTAMENTO TERMICO DEL CDR CONDIZIONAMENTO CENERI Frazione organica stabilizzata Cemento Filo di ferro 3*10 0.0135-4 kg Polveri 83mg Gas naturale Energia di processo 0.036MJ PCDD/F Rifiuti 0.0000017mg Energia elettrica Gasolio 0.01MJ CDR - Scarti Hg di processo 0.05kg 1mg Energia elettrica 0.083MJ COMBUSTIONE RECUPERO Cd 1mg DEPURAZIONE CDR DI ENERGIA Prodotti Metalli pesanti FUMI 3mg CDR 0.4kg Ceneri da filtri FOS Rifiuti 0.37kg Materiali Ceneri ferrosi volanti da filtri 0.05kg 0.09kg Ceneri di fondo 0.17kg Emissioni in aria Silicato di sodio Cemento Ceneri di fondo a discarica Acqua Prodotti Ceneri a discarica Energia elettrica 4.09MJ Calore -
1kg RSU Termovalorizzazione RSU Risultati dell analisi d inventario INPUT OUTPUT Rifiuto tal quale 1 kg Em issioni in aria CO 2 953g M aterie di processo H 2 O 301g Aria 5.6kg O 2 560g Carbone attivo Acqua di processo 0.58kg N 2 4765g Acqua per Urea 0.0172kg NO condizionamento ceneri x Energia elettrica CaO 1965mg Ossido di calcio 0.025kg SO 2 197 mg Ca(OH) 2 Silicato di sodio (30%) 0.0015kg HCl 98 mg Carbone attivo 0.0025kg Polveri 49 mg RECUPERO Preselezione Calce idrata DEPURAZIONE COMBUSTIONE 0.0032kg TOC 2 Emissioni mg in aria DI ENERGIA FUMI Cemento 0.0135kg CO 98 mg Urea 0.003kg PCDD/F 0.0000010 mg Energia di processo Hg Ceneri da filtri 0.66 mg Gas naturale 0.036MJ Cd 0.66 mg Bottom ash to landfill Energia elettrica - Metalli pesanti 2 mg Acqua CONDIZIONAMENTO CENERI Rifiuti Ceneri volanti da filtri Ceneri a discarica Ceneri di fondo 0.09kg 0.17kg Silicato di sodio Cemento Prodotti Energia elettrica 2,42MJ Calore -
Risultati dell analisi d inventario Fase di trasporto Consumo medio, km/t Discarica RSU dalle città a discarica 2.0 Produzione e combustione di CDR RSU dalle città agli impianti di produzione di CDR 1.9 scarti dagli impianti di produzione di CDR a discarica 1.3 balle di CDR dagli impianti di selezione ai termovalorizzatori 0.8 ceneri dai termovalorizzatori a discarica 1.2 Combustione del tal quale RSU dalle citta ai termovalorizzatori 3.1 ceneri dai termovalorizzatori alle discariche 1.2
Espansione del sistema 1kg di RSU 1kg di RSU 1kg di RSU Produzione e combustione di CDR Combustione del tal quale Carichi ambientali evitati per 0.3MJ di energia elettrica dalla combustione del biogas Carichi ambientali evitati per 1.67MJ di energia elettrica dalla combustione del CDR e per la produzione di 0.05kg di materiali ferrosi dalla selezione di CDR Carichi ambientali evitati per 2.42MJ di energia elettrica dalla combustione del rifiuto tal quale
LCA fase 3 Definizione degli Scopi - Classificazione - Caratterizzazione - Normalizzazione - Valutazione Analisi di Inventario Interpretazione Valutazione degli Impatti
Gestione dei rifiuti e LCIA Gli indicatori di impatto ambientale sono stati selezionati specificamente per l attività in esame: consumo di risorse naturali (consumi energetici netti, consumi di fonti non rinnovabili, consumi di acqua); inquinamento atmosferico (emissioni di gas ad effetto serra, acidificazione, emissioni di inquinanti); inquinamento dell acqua (scarico di inquinanti); generazione di rifiuti solidi (strettamente correlata all occupazione di volumi di discarica).
LCIA - Consumi di energia 1 0-1 MJ/kgRSU -2-3 -4-5 -6 Contributi dovuti al ciclo di vita di: Produzione ed utilizzo di energia Produzione di materie prime Recupero di energia Recupero di materiali Trasporto Totale -7 Discarica Produzione e combustione di CDR Combustione del tal quale
Mix Energetico Italiano Nucleare 10% Altro 2% Carbone 11% Idroelettrica 9% Gas 22% Olio 46%
0-1 -2 MJ/kgRS U -3-4 -5-6 Carbone Olio Gas Idroelettrica Nucleare Geotermica Totale fonti primarie -7 Discarica Produzione e combustione di CDR Combustione del tal quale 0-20 consumi di combustibili e g/kgrsu -40 feedstocks -60 Olio Gas/condensato Carbone -80 Discarica Produzione e combustione di CDR Combustione del tal quale
LCIA - Consumi di risorse La completa implementazione del proposto sistema di gestione degli RSU (assumendo uguale a 6300t/giorno i restwaste da trattare) porterebbe un risparmio di : 120,000t/anno (327t/giorno) di olio 43,500t/anno di metano 43,000t/anno di carbone Questi dati confermano e quantificano l opinione comune che ogni risparmio di energia comporta un apprezzabile vantaggio ambientale.
LCIA - Consumi di acqua kg/kgrsu 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,1 Contributi dovuti al ciclo di vita di: Produzione ed utilizzo di energia Produzione di materie prime Recupero di energia Recupero di materiali Trasporto Processo Totale -0,2-0,3 Discarica Produzione e combustione di CDR Combustione del tal quale
LCIA Generazione di gas ad effetto serra CO2 equivalente (kg/kgrsu) 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1-0,1-0,3 Contributi dovuti al ciclo di vita di: Produzione ed utilizzo di energia Recupero di energia Trasporto Totale Produzione di materie prime Recupero di materiali Processo -0,5 Discarica Produzione e combustione di CDR Combustione del tal quale
LCIA Potenziale di Acidificazione 3 2 SO2-equivalente (g/kg RSU) 1 0-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8 Contributi dovuti al ciclo di vita di: Produzione ed utilizzo di energia Produzione di materie prime Recupero di energia Recupero di materiali Trasporto Processo Totale Discarica Produzione e combustione di CDR Combustione del tal quale
LCIA Generazione di rifiuti solidi 1,2 1,0 0,8 RSU raccolti Ceneri da termovalorizzazione Rifiuti da processi collegati Totale kg/kgrsu 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2 Discarica Produzione e combustione di CDR Combustione del tal quale
LCIA: quadro riepilogativo Categoria di impatto Discarica Produzione e combustione di CDR Combustione del tal quale Consumo di energia, MJ/kg RSU -0.67-4.95-6.35 Consumo di olio, g/kg RSU -6.32-51.9-68.4 Consumo di acqua, g/kg RSU -16.2-69.1 124.7 CO 2 -equivalente, kg/kg RSU 0.49 0.095 0.046 Emissioni in aria di composti organici, g/kg RSU 2.96-1.70-2.24 Emissioni in aria di polveri, g/kg RSU -0.04 0.006 0.39 SO 2 -equivalente, g/kg RSU -0.44-3.66-4.6 Emissioni in acqua di solidi sospesi, g/kg RSU 0.03 1.23 6.79 Volume occupato in discarica, m 3 /t 1.43 0.49 0.27
Conclusioni La soluzione conferimento a discarica, oltre che impraticabile per legge e per mancanza di siti idonei, rappresenta lo scenario di poca tecnologia e desolante inquinamento già denunciato nel Piano di Smaltimento dei rifiuti della Regione Campania; La soluzione termovalorizzazione, in impianti di nuova generazione che garantiscono il rispetto di severe norme ambientali, appare fornire prestazioni rassicuranti;
Conclusioni La soluzione pianificata (e ancora non realizzata) in Campania (selezione centralizzata per la produzione di CDR e sua combustione con recupero di energia) garantisce una minore quantità di rifiuti inviati a termovalorizzazione ed una qualità più elevata del rifiuto da bruciare. Di contro i costi sono più elevati (anche perché la selezione non avviene nello stesso sito della termovalorizzazione) e i risparmi energetici più contenuti.
Fase successiva della ricerca esplorare come l analisi descritta può essere utilizzata per guidare l esercizio degli impianti di gestione dei rifiuti valutare il peso di carichi indiretti ed evitati, per verificare la dipendenza dei risultati dal background economico in cui il sistema di gestione di rifiuti è localizzato spiegare come gli impatti non descritti dalla LCA potrebbero influenzare il confronto tra i diversi sistemi di gestione dei rifiuti
Analisi di sensitività produzione e combustione di CDR scenario per 1kg di RSU Scenario Scenario modificato Efficienza di selezione di materiali a riciclo Vetro 0% 70% Alluminio 0% 85% Materiali ferrosi 76.5% 76.5% Indicatore ambientale Scenario Scenario modificato Variazione (%) Consumo di energia -4.95MJ -5.99MJ 21 Consumo di risorse Olio -51.9g -61.4g 18.3 Gas/condensato -18.8g -21.9g 16.5 Carbone -18.8g -20.0g 6.4 Emissioni in aria CO 2 -equivalente (100 anni) 0.095kg 0.05kg -47.4 SO 2 -equivalente -3.66g -4.22g 15.3 Consumo d acqua -69.1g -445.2g 544.3 Rifiuti solidi 0.501kg 0.436kg -13
Analisi di sensitività produzione e combustione di CDR scenario per 1kg di RSU Scenario Concentrazione di inquinanti nei fumi in uscita Scenario modificato Variazione (%) NO x 200mg/m 3 N 100mg/m 3 N -50 HCl 10mg/m 3 N 8mg/m 3 N -20 HF 1mg/m 3 N 0.8mg/m 3 N -20 PCDD/PCDF 0.1mg/m 3 N 0.04mg/m 3 N -60 COV 10mg/m 3 N 5mg/m 3 N -50 Cd, Tl, Hg 0.05mg/m 3 N 0.02mg/m 3 N -60 Indicatore ambientale Emissioni in aria Scenario Scenario modificato Variazione (%) CO 2 -equivalente (100 anni) 0.095kg 0.095kg 0 SO 2 -equivalente -3.66g -4.15g 13.4 NO x -0.4g -1.06g 165 HCl 0.058g 0.045g -22.4 HF 0.007g 0.005g -28.6
Fase successiva della ricerca RSU Rifiuti da raccolta differenziata (plastica, carta, alluminio, vetro,...) RACCOLTA Restwaste SELEZIONE Scarti combustibili PRODUZIONE di CDR Frazione Organica Stabilizzata DISCARICA RIPROCESSAZIONE Scarti combustibili TERMOVALORIZZATORI UTILIZZAZIONE della FOS Prodotti riciclati
Fase successiva della ricerca L obiettivo finale del progetto è implementare un modello di analisi di ciclo di vita in grado di confrontare e selezionare alternative tecnologiche e gestionali di un sistema di gestione integrato dei rifiuti, per diversi contesti geografici e socio-economici.