Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria

Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica

Corso di Impatto ambientale Modulo Pianificazione Energetica

prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2013/14

Energia dai

Rifiuti

Rifiuto: qualsiasi materiale od oggetto derivante da attività umane o da cicli naturali che viene abbandonato o destinato all’abbandono.

Rifiuti Solidi:

•Urbani: provenienti da insediamenti civili;

•Speciali: cantieri edili, lavorazioni industriali, ospedali;

•Tossico nocivi: contenenti sostanze pericolose per la salute e/o l’ambiente.

PROBLEMA O RISORSA?

RSU: La produzione pro-capite è in continuo aumento nei paesi industrializzati

•USA > 2 kg/giorno persona

•ITALIA > 1 kg/giorno persona

Con il benessere tende ad arricchirsi anche la composizione dei rifiuti, poiché diminuisce la frazione organica umida putrescibile ed aumenta la frazione non

biodegradabile.

Caratteristiche medie dei Rifiuti Solidi Urbani prodotti in Italia

Composizione merceologica media dei rifiuti solidi urbani e rinnovabilità

CONTENUTO ENERGETICO DEI RSU IN ITALIA:

Frazione Potere calorifico inferiore [MJ/Kg] Carta 15.2

Plastica 40.7 Scarti di cibo 6.6

Tessuti 13.5 Legno 16.7

Pannolini 7.2 Scarti di giardinaggio 6.1

Componenti elettronici 2.4 Altre (valore medio) 6

Pericolosi 6

Fonti: H. L. Erichsen, M. Z. Hauschild: Technical data for waste incineration - background for modelling of product-specific emissions in a life cycle assessment context, Department of Manufacturing Engineering, Technical University of Denmark, aprile 2000.

Sistemi di smaltimento

• Raccolta differenziata;

• Discarica;

• Compostaggio;

• Incenerimento / Termovalorizzazione.

Decreto Ronchi ( poi T.U. Ambientale D.lgs 152/2006)

Sono da privilegiare nell’ordine:

Le azioni volte a ridurre la quantità di RSU prodotti;

I recuperi di materia (Riciclaggi);

I recuperi di energia.

Raccolta differenziata

Separazione:

Materiali ferrosi;

Sosteanze organiche putrescibili;

Vetro;

Carta, Tessuti, Legno;

Plastica.

Risparmi di energia derivanti dai mancati consumi per la produzione dei materiali recuperati

Discarica controllata

È il metodo più diffuso per i bassi costi di impianto e di esercizio.

- Comporta la perdita indiscriminata della frazione

merceologica riciclabile. Classificazione:

1a Categoria: RSU ed assimilabili;

2a Categoria: A Inerti;

B Tossico Nocivi non altamente pericolosi;

C Altamente pericolosi.

Percolato - Scelta di terreni con buone caratteristiche di impermeabilità;

- Distanza da corsi d’acqua e falde;

- Impermeabilizzazione fondo e pareti;

- Sistemi di raccolta del percolato.

Il BIOGAS va recuperato

(cattivi odori ed effetto serra)

I processi possono durare anche 10 – 20 anni

Produzione 3,5 x 10 -4 m3/h per m3 di RSU

Potere Calorifico 15 MJ/m3

Impianti di compostaggio

Riguardano la frazione organica putrescibile;

Fermentazione aerobica indotta da micro organismi già presenti o inoculati nei rifiuti stessi;

Processi che avvengono in aria (BIO-OSSIDAZIONE)

o Umidità ≈ 50 %

o T > 55 °C

o Aerazione : 5 m3/h per tonnellata di materia organica

Fermentazione naturale Alcuni mesi

Fermentazione artificiale Qualche settimana

COMPOST → Terriccio fertile per l’agricoltura

Incenerimento e termovalorizzazione

Notevole riduzione in Volume; Possibilità di produrre energia termica e/o elettrica.

Rapida diffusione negli anni 60 e 70;

Luglio 1976 ICMESA SEVESO (MI): nube di Diossina → messa al bando delle tecnologie di incenerimento

Oggi l’Italia è il fanalino di coda nei paesi industrializzati per la percentuale di RSU inceneriti:

Giappone 75%

Danimarca, Svezia 60%

Germania, Francia 40%

G. Bretagna, USA 15%

Italia 7%

Incenerimento e termovalorizzazione

Tecnologie: Forno a griglia

Forno rotante

Combustione a letto fluido

Post Combustione: Garantisce la termodistruzione dei microinquinanti

T 950 – 1200 °C

v 10 m/s

O2 > 6%

Limiti stringenti di emissioni 0,004 mg/m3 per diossine e furani

Combustibile: CDR (RDF) (fiocchi, pastiglie, mattonelle)

RSU tal quale

RICERCA BIBLIOGRAFICA E CARTOGRAFICA RELATIVA ALL’A.T.O.

INDIVIDUAZIONE AREE POTENZIALMENTE IDONEE INDIVIDUAZIONE AREE DI ESCLUSIONE

LOCALIZZAZIONE IMPIANTO DI TERMOVALORIZZAZIONE RSU

APPLICAZIONE METODO “MATRICE DEGLI IMPATTI”

DEFINIZIONE DEI FATTORI AMBIENTALI - Presenza di abitazioni singole nell’intorno dell’impianto (da 100 a 500 m.) - Aspetto idrogeologico - Valutazione del livello di sismicità delle aree - Esondabilità delle aree - Permeabilità dei terreni presenti nel raggio di 4 Km dal camino - Situazione della qualità dell’aria - Valutazione delle ricadute delle emissioni dal camino del termovalorizzatore - Analisi delle ricadute a cui è soggetta la popolazione - Ricadute di microinquinanti cui è soggetta flora e fauna - Distanza rispetto al baricentro area produzione rifiuti - Viabilità di avvicinamento - Presenza di corsi d’acqua - Capacità di scarico delle acque - Presenza di attività produttive in grado di utilizzare calore/vapore/elettricità - Recupero di energia - Inquinamento olfattivo e acustico determinato dall’impianto - Distanza dal sito di smaltimento delle ceneri - Alterazione dell’ambiente dal punto di vista paesaggistico (impatto architettonico)

STUDI DI IMPATTO AMBIENTALE TERMOVALORIZZATORI RSU (NORMA UNI 10744/99) - Descrizione progetto - Descrizione principali parametri progettuali dell’impianto - Descrizione configurazione complessiva dell’impianto - Descrizione modalità di costruzione impianto e attività collegate a realizzazione ed esercizio - Analisi costi/benefici del progetto - Descrizione sistema di gestione per ambiente, sicurezza, salute - Valutazione delle alternative progettuali - Descrizione generale dell’area di inserimento - Definizione dell’ambito di influenza potenziale dell’opera - Descrizione situazione ambientale “ante operam” e “post operam”

PROCEDURE PER LA LOCALIZZAZIONE DI IMPIANTI DI TERMOVAL.RSU:

TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE:

FORNO A GRIGLIA: ATTUALMENTE CONSIDERATO IL TIPO DI FORNO PIU’ ADATTO ALLO SMALTIMENTO DI RSU (GRIGLIA MOBILE IN 6 VERSIONI DIFFERENTI), HA RAGGIUNTO ELEVATISSIMI LIVELLI DI EFFICIENZA (>99%) E AFFIDABILITA’, CON CAPACITA’ NOMINALI DI OLTRE 600 t/g. CONSENTONO UN ESERCIZIO DI 7000-8000 t/anno E PERIODI DI FUNZIONAMENTO ININTERROTTO. SONO IN GRADO DI BRUCIARE OLTRE RSU TAL QUALE, ANCHE SOVVALLI, RDF E PICCOLE QUANTITA’ DI FANGHI E RSO (mescolati opportunamente ai RSU). I MINORI ECCESSI D’ARIA RICHIESTI E LE MINORI DIPERSIONI TERMICHE CONSENTONO DI CONDURRE IL PROCESSO SENZA APPORTO DI COMBUSTIBILE AUSILIARIO.

FORNO A TAMBURO ROTANTE: UTILIZZATO PRINCIPALMENTE PER SMALTIMENTO DI RIFIUTI O RESIDUI DI ORIGINE INDUSTRIALE. PUO’ SMALTIRE MATERIALI DI DIVERSA CONSISTENZA, SOLIDI (compressi in fusti interi), FANGHI E CORRENTI LIQUIDE. PUO’ TRATTARE MATERIALI AD ELEVATO P.C.I., NON SMALTIBILI IN UN FORNO A GRIGLIA. ADATTO ALLA COMBUSTIONE DI RIFIUTI TOSSICI E NOCIVI.

NON SI PRESTA ALLA COMBUSTIONE DI RIFIUTI URBANI, DATO IL LORO BASSO P.C.I. CHE RENDE LA COMBUSTIONE NON AUTOSOSTENTANTE. RICHIEDE ELEVATI ECCESSI D’ARIA, PRODUCENDO UN QUANTITATIVO MAGGIORE DI FUMI DA TRATTARE, A PARITA’ DI RIFIUTO COMBUSTO. LIMITATO A PICCOLE POTENZIALITA’

COMBUSTIONE TOTALE:

RIFLETTE L’IDEA DI BRUCIARE SEMPLICEMENTE IL RIFIUTO, GRAZIE AL SUO ELEVATO CONTENUTO DI MATERIALI COMBUSTIBILI. SEDE NATURALE E’ IL FORNO, CAPACE DI PORTARE IL COMBUSTIBILE IN TEMPERATURA, FAVORENDONE L’ACCENSIONE, E DI CONVOGLIARE I FUMI PRODOTTI ATTRAVERSO IDONEE SEZIONI DI RECUPERO TERMICO, TRATTAMENTO DEPURATIVO E SCARICO IN ATMOSFERA.

TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE:

FORNO A LETTO FLUIDO: TECNOLOGICAMENTE VANTAGGIOSO PER LA CAPACITA’ DI OTTENENERE UNA BUONA COMBUSTIONE CON RESIDUI MINIMI, NON ANCORA DIFFUSO QUANTO LA GRIGLIA MOBILE. APPLICABILE ALLA COMBUSTIONE DI FANGHI, SFRIDI DELLA LAVORAZIONE DEL LEGNO, RDF E RIFIUTI CON SPETTRO GRANULOMETRICO NON ECCESSIVAMENTE DISPERSO

VANTAGGI:OMOGENEITA’ DELLA COMBUSTIONE, ASSENZA DI ZONE IN CUI IL RIFIUTO SI TROVA AD ELEVATE TEMPERATURE E DIFETTO DI OSSIGENO (POTENZIALE PERICOLO DI PIROLISI E FORMAZIONE DI COMPOSTI ORGANICI VOLATILI). NEUTRALIZZAZIONE NELLA CAMERA DI COMBUSTIONE DEI GAS ACIDI (TRAMITE SOSTANZE BASICHE IMMESSE), RIDOTTA CORROSIVITA’ DEI FUMI, MINIME SEZIONI DI TRATTAMENTO DEGLI EFFLUENTI. MINORE ECCESSO D’ARIA NECESSARIO. TEMPERATURE RAGGIUNGIBILI PIU’ ELEVATE, ELEVATI RENDIMENTI TERMICI DALLA COMBUSTIONE CON RECUPERO DI CALORE.

SVANTAGGI: NECESSITA’ DI PRETRATTARE IL COMBUSTIBILE PER RIDURLO A PEZZATURA OMOGENEA E RELATIVAMENTE FINE. DIFFUSIONE PENALIZZATA ANCHE DA PRESUNTA DIFFICOLTA’ DI ESERCIZIO

COMBUSTORE A LETTO FLUIDO BOLLENTE (CFB)

COMBUSTORE A LETTO FLUIDO RICIRCOLANTE (CFB)

COMBUSTIONE PARZIALE:

VI RIENTRANO DIVERSE CONFIGURAZIONI IMPIANTISTICHE, LA CUI CARATTERISTICA PECULIARE E’ DATA DAL MINORITARIO RUOLO DEL CONTATTO CON L’OSSIDANTE. SI REALIZZA UNA DECOMPOSIZIONE TERMICA DELLE COMPONENTI ORGANICHE IN MOLECOLE SEMPLICI E, COME ALI PIU’ VOLATILI, PARZIALMENTE OSSIDATE. IL PROCESSO E’ ENDOTERMICO E QUINDI RICHIEDE UN APPORTO DI CALORE DALL’ESTERNO O DALL’INTERNO PER COMBUSTIONE DI UNA PARTE DI SOLIDO.

TECNOLOGIA DI TERMODISTRUZIONE:

TECNOLOGIE ALTERNATIVE:

GASSIFICAZIONE: OSSIDAZIONE PARZIALE DI SOLIDI, LIQUIDI E AERIFORMI, CON OBIETTIVO FINALE PRODUZIONE DI COMBUSTIBILE GASSOSO (CO, H, idrocarburi leggeri, CH4)

APPLICATA PREVALENTEMENTE PER GASSIFICARE CARBONE E IDROCARBURI, ESTESA AI RSU CON PROCESSI A LETTO FLUIDO, LETTO FISSO E LETTO SOSPESO.

VANTAGGI: AVVIENE CON LIMITATA QUANTITA’ DI OSSIGENO O DI ALTRO AGENTE, REALIZZA UNA COMB.PARZIALE TALE DA FORNIRE ENERGIA NECESSARIA ALL’AVENZAMENTO DI REAZIONI ENDOTERMICHE

SVANTAGGI: LA VARIABILITA’ DEL P.C.I DEI RSU PORTA ALLA FORMAZIONE DI BLOCCHI SOLIDI (CAKES) CAPACI DI BLOCCARE IL PROCESSO

PIROLISI: DECOMPOSIZIONE TERMICA PER EFFETTO DELLA SOLA TEMPERATURA (450-1000°C). PROCESSO NON ANCORA CONSOLIDATO A LIVELLO TECNOLOGICO, APPLICABILE AL TRATTAMENTO DI RIFIUTI TIPO PNEUMATICI, BIOMASSE, CDR.

VANTAGGI: AVVIENE CON ASSENZA DI AGENTI OSSIDANTI

SVANTAGGI: ELEVATO DISPENDIO ENERGETICO PER LA FORNITURA DI ENERGIA TERMICA

TECNOLOGIE ALTERNATIVE:

TECNOLOGIA AL PLASMA: PLASMI GENERATI MEDIANTE SCARICHE ELETTRICHE AD ALTO VOLTAGGIO, RADIAZIONE CON MICROONDE O ONDE RADIO CHE PRODUCONO DEGRADAZIONE ELEMENTARE DI MOLECOLE COMPLESSE IN TEMPI BREVISSIMI (millisecondi).TEDCNOLOGIA ADATTA ALLA COMBUSTIONE DI RIFIUTI TOSSICI.

VANTAGGI: COMPLETA DISTRUZIONE DEI COMPONENTI PERICOLOSI DEI RIFIUTI, ALTISSIME TEMPERATURE GENERATE (>10.000°C), COMPATTEZZA IMPIANTISTICA

SVANTAGGI: SCARSA ESPERIENZA MATURATA NEL SETTORE DEI RSU

FORNI A FUSIONE ELETTRICA: RIFIUTI ALIMENTATI IN FORNO ELETTRICO PER LA FUSIONE DEL VETRO (1260°C)

VANTAGGI: COMBUSTIONE COMPLETA, SCORIE E CENERE IMMERSE IN MASSA VETROSA INERTE DOPO RAFFREDDAMENTO, ELEVATA STABILITA’ CHIMICA, MODESTA PRODUZIONE DI FUMI

SVANTAGGI: ELEVATO CONSUMO DI ENERGIA ELETTRICA (8000 KwH/tonn.)

Fig.1.1: Schema tipo per combustore RSU a griglia mobile

Tab.1.2: Schema tipo per combustore RSU con tecnologia a griglia fissa

Fig. 1 . 3:Schema tipico di combustore per rifiuti solidi urbani a forno rotante

Fig. 1 . 4 :Schema tipo per combustore di rifiuti solidi urbani a letto fluido

INQUINANTE TECNOLOGIA USATA PER L’ABBATTIMENTO

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

GAS ACIDI (HCl, HF, SO2)

SCRUBBER (COLONNA DI LAVAGGIO AD UMIDO) A DUE STADI:

AD ACQUA E A SODA

Immissione di sospensione acquosa di soda caustica, in funzione del pH della

colonna di lavaggio DEPOLVERATORI A

MULTICICLONE Separazione inquinanti

mediante centrifugazione

DEP.ELETTROSTATICI Effetto del campo

elettrostatico per ionizzare fumi

DEP.A TESSUTO (FILTRI A MANICHE)

Captazione fisica mediante tessuto

POLVERI (ceneri volanti e prodotti della neutralizzazione dei gas acidi)

DEP.AD UMIDO Immissione vapor d’acqua nei fumi

TECNOLOGIA S.C.R. (SELECTIVE CATALYTIC

REDUCTION)

Iniezione di ammoniaca (NH3) mista a

catalizzatori (ossidi di vanadio, tungsteno, platino

su base di titanio) direttamente in camera di

combustione a temperature inferiori al S.N.C.R.

OSSIDI DI AZOTO (NOx)

TECNOLOGIA S.N.C.R (RIDUZIONE TERMICA)

Iniezione di ammoniaca (NH3) o urea direttamente in camera di combustione con elevate temperature

METALLI PESANTI (Pb, Zn, Cd, altri)

SCRUBBER (COLONNA DI LAVAGGIO AD UMIDO) A

DUE STADI: AD ACQUA E A SODA

Immissione di sospensione acquosa di soda caustica, in funzione del pH della

colonna di lavaggio

TECNOLOGIA S.C.R. (SELECTIVE CATALYTIC

REDUCTION)

Iniezione di ammoniaca (NH3) mista a

catalizzatori (ossidi di vanadio, tungsteno, platino

su base di titanio) direttamente in camera di

combustione a temperature inferiori al S.N.C.R.

SISTEMI AD UMIDO

Assorbimento da parte di acqua o di soluzioni acquose debolmente

alcaline NaOH e Ca(OH)2

SISTEMI A SECCO

Assorbimento mediante sost.alcaline (calce

Ca(OH2)allo stato solido e formazione di sali

MICROINQUINANTI ORGANICI

(diossine PCDD, furani PCDF, idrocarburi policiclici aromatici

IPA)

SISTEMI A SEMISECCO Spray-drying di

sospensione acquosa di calce

TECNICHE DI ABBATTIMENTO DEGLI

INQUINANTI:

ESEMPI DI CONFIGURAZIONE IMPIANTISTICA DEPURATIVA PER SISTEMI DI ABBATTIMENTO INQUINANTI:

RISCHIO SANITARIO: IMPIANTI DI VECCHIA GENERAZIONE: la presenza di effetti sulla salute associati al trattamento dei rifiuti è stata dimostrata in particolare per impianti che venivano gestiti secondo limiti alle emissioni in vigore molti anni fa con tecnologie di abbattimento fumi e di gestione della termodistruzione assolutamente inadeguate. IMPIANTI DI NUOVA GENERAZIONE: nel corso degli ultimi 20 anni la legislazione ha posto dei limiti alle emissioni degli inceneritori inferiori di vari ordini di grandezza a quelli preesistenti. Tali normative hanno consentito di raggiungere livelli di emissioni che, nel campo degli inquinanti non cancerogeni, ne hanno praticamente azzerato gli effetti tossici. Si può affermare che attraverso l'utilizzo di opportune tecniche di abbattimento degli inquinanti negli effluenti prima della loro immissione nell'ambiente esterno, è possibile contenere l'impatto ambientale ben al di sotto dei limiti imposti dalla attuale normativa vigente, che pure consente, come vedremo, la gestione di tali impianti in condizioni di sicurezza pressoché assoluta quanto alla salute delle popolazioni interessate.

“STUDI DI “RISK ASSESSMENT” BASATI SU MODELLI CORRETTAMENTE COSTRUITI SULLA BASE DELLE NORMATIVE VIGENTI E CHE TENGANO CONTO DELLE NORMATIVE INTERNAZIONALI, DELLE VIE DI ESPOSIZIONE E DEI DIVERSI SCENARI DI CONTAMINAZIONE DELLA POPOLAZIONE HANNO EVIDENZIATO CHE IL RISCHIO LEGATO ALLE EMISSIONI NON CANCEROGENE SIA PRATICAMENTE AZZERATO, E PER QUELLE LEGATE ALLE EMISSIONI CANCEROGENE O NEL BAMBINO RISULTI DEL TUTTO TRASCURABILE, O COMUNQUE PARAGONABILE AD ALTRI RISCHI PRESENTI, E TRANQUILLAMENTE ACCETTATI, DELLA VITA QUOTIDIANA.”

Produzione dei rifiuti in Europa

Produzione pro capite di RU nei Paesi UE 2006-2010

Produzione totale di RU in Europa nel 2008

dati Eurostat 2011

Produzione pro capite di RU per attività e per settore in Europa nel 2008

Produzione di RU per attività e per settore in Europa nel 2008

Trattamento dei rifiuti in Europa

Rifiuti collocati in discarica in Europa (%)- 2008

Rifiuti inceneriti in Europa, incluso recupero energetico (%)-2008

Produzione totale e pro capite di Rifiuti Urbani in Italia

Con 647 kg per abitante, i comuni capoluogo di provincia del Centro continuano a essere quelli dove si raccolgono le quantità maggiori di rifiuti urbani; nei capoluoghi del Nord se ne raccolgono circa 71 kg pro capite in meno (576 kg per ab.) e nel Mezzogiorno si scende a 557 kg per abitante. Rispetto al 2010 si registrano diminuzioni del 3,6% e del 3,5% rispettivamente nel Centro e nel Nord e del 2,2% nei comuni capoluogo di provincia del Mezzogiorno.

Nel 2011 sono state raccolte 10.687.154 tonnellate di rifiuti urbani nel complesso dei comuni capoluoghi di provincia, il 2,9% in meno rispetto al 2010. Considerando i valori pro capite, nel 2011 la raccolta dei rifiuti urbani nei 116 capoluoghi è risultata pari a 590 kg per abitante, contro i circa 609 nel 2010 (-3,1%).

Fonte: Dati ISTAT 2012

La quota di raccolta differenziata sul totale dei rifiuti urbani è pari a 33,4%, in aumento di 1,8 punti percentuali rispetto all’anno precedente (2010)

La gestione integrata dei Rifiuti Urbani nei paesi dell’Unione Europea

Il quadro globale dei sistemi di gestione integrata dei rifiuti in Europa è piuttosto variegato.

La direttiva europea sulle discariche (1999/31/EC) prescrive una riduzione del conferimento di rifiuti biodegradabili in quest’ultime fino al 35% dei livelli del 1995 in 15 anni; tuttavia, la discarica rappresenta ancora l’opzione principale di numerosi Paesi

La gestione integrata dei Rifiuti Urbani in Italia

Il ricorso alla discarica controllata nelle diverse Regioni

Incenerimento e recupero energetico dai RU in Italia

Incenerimento e recupero energetico dai Rifiuti Urbani in Italia