VALORIZZAZIONE ENERGETICA DEI RIFIUTI: NUOVE SOLUZIONI GIANCARLO BALDI, MILENA BERNARDI Dip.. Scienza dei materiali e Ingegneria Chimica POLITECNICO di TORINO Incontro AEIT 22 maggio 2008 RIFIUTI Problema politico in quanto interessa la società (servizio sociale) Problema gestionale in funzione dell optimum per il cittadino (qual è il bene del cittadino?) Problema tecnico in quanto esistono più soluzioni 1
QUANTITA di rifiuti urbani: 1,5 kg/giorno per persona Da dove arrivano i rifiuti solidi urbani? Rifiuti domestici Rifiuti mercatali Rifiuti da esercizi pubblici Taglio erba e potature Altri rifiuti assimilabili agli urbani Demolizioni COSTITUZIONE % Organico 36,5 Carta-cartone 25,1 Vetro 6,3 Plastica 10,4 Legno 4,8 Tessili,pelli,cuoio 3,6 Inerti 8,4 Metalli ferrosi 3,7 Alluminio 0,8 2
Modalita di valorizzazione 1) Raccolta differenziata intelligente 2) Valorizzazione energetica 3) Utilizzazione delle scorie Proprietà rifiuti per la valorizzazione energetica Potere calorifico rifiuto tal quale: circa 9000-9500 kj/kg Energia elettrica ottenibile: circa 30-40 W/persona (rendimento 20%) 3
Metodo tradizionale Combustione Produzione di vapore Energia elettrica tramite ciclo Rankine (eventualmente cogenerazione) Combustione Apparecchiature a griglia mobile Metodi alternativi -Combustione a letto fluido -Combustione a letto trascinato -Produzione di gas combustibili tramite pirolisi e gassificazione (uso energetico del gas) 4
Combustione a letto fluido FUMI ARIA SECONDARIA RIFIUTI SCORIE E LETTO ESAUSTO ARIA PRIMARIA + VAPORE Vantaggi Uniformità di temperatura nel letto Possibilità di un miglior controllo degli inquinanti in fase di combustione controllo NO X Ridotto numero di parti meccaniche in movimento e quindi minori possibilità di rotture o guasti Possibilità di operare con bassi eccessi d aria minore volume di fumi minori dimensioni Elevata efficienza di combustione Basso contenuto organico nelle scorie impianti di bonifica di 5
Svantaggi Problemi di gestione e di conduzione: evitare pericoli di defluidizzazione del letto, per effetto della presenza di ceneri basso fondenti Costo preparazione combustibile Necessità di inerte Potenza spesa per fluidizzare il letto Combustione a letto trascinato COMBUSTIBILE ARIA PRIMARIA E SECONDARIA ARIA TERZIARIA (OPZIONALE) 6
Vantaggi Gli stessi del letto fluido Non necessita inerte Buone prestazioni con la plastica I gas possono essere puliti bene prima dell ingresso in caldaia controllo del fouling dei tubi Svantaggi Più complesso da controllare Meno elastico del letto fluido per quanto riguarda il tipo di combustibile Necessità di studi approfonditi della fluidodinamica e della cinetica di combustione 7
Metodi innovativi per la valorizzazione energetica PIROLISI GASSIFICAZIONE Vivamente consigliati dalla Unione Europea Pirolisi che cos è? È un processo che si svolge in assenza di ossigeno ed a temperature superiori ai 400 C, durante il quale non ha luogo alcuna forma di ossidazione ma solo degradazione termica del materiale organico 8
Reazione di decomposizione delle sostanze organiche C x H y O z CO 2, CO, H 2 O, H 2, CH 4, etc PRODOTTI PRINCIPALI PROCESSO gas combustibili liquidi organici residuo solido Gassificazione che cos è? E un processo che permette di convertire materiale carbonioso in prodotti gassosi non completamente ossidati, da utilizzare come fonte di energia o come sostanze di base per l industria l chimica 9
Condizioni operative gassificazione Il processo di degradazione termica avviene: a temperature generalmente superiori agli 800 C in presenza di una percentuale sotto stechiometrica di un agente ossidante (aria, ossigeno puro, vapore) Reazioni Base Gassificazione Residuo carbonioso + Ossigeno Calore + CO (gas d aria) d Residuo carbonioso + Acqua CO + Idrogeno (gas d acqua) d 10
Aspetti chimici e fisici combustibile essiccamento e pirolisi Temperatura Gas leggeri Residuo Liquido carbonioso organico (CHAR) (TAR) + agente gassificante gassificazione CO H 2 CH 4 H 2 O Valorizzazione energetica dei gas da pirolisi e gassificazione Potere calorifico gas da pirolisi: 10000-12000 kj/kg Potere calorifico gas da gassificazione: 3000-7000 kj/kg Trasformazione in energia elettrica tramite motore a combustione interna Uso di turbina a gas/ciclo combinato Produzione H 2 tramite la reazione di shift CO + H 2 O H 2 + CO 2 11
Vantaggi Minore problema di polveri fini Minore problema di diossine Rendimenti più elevati in energia elettrica: superiori al 40% se si utilizza bene il processo Minori quantità di fumi da trattare PROBLEMI Il TAR Trattamento delle acque di processo Poca esperienza 12
CHE FARE Distruggere il pregiudizio sul processo di incenerimento Considerare il rifiuto come risorsa energetica Intendere l incenerimento l più come processo di produzione di energia e meno come mezzo di eliminazione dei rifiuti Intervento della mano pubblica per ricerca e industrializzazione 13