IL SISTEMA DI TRATTAMENTO REFOLO PER LA PRODUZIONE DI CSS (COMBUSTIBILI SOLIDI SECONDARI)

Premessa

La tecnologia REFOLO è, un processo a basso impatto ambientale, un sistema innovativo, economico

e flessibile per il trattamento di rifiuti indifferenziati. REFOLO si basa sull’impiego di energia

meccanica per ottenere la micronizzazione del rifiuto, secondo uno schema brevettato da Reale

Mario e collaudato dal CNR. E’ ben noto che una conversione del rifiuto in combustibile è

vantaggiosa per l’economia e l’ambiente solo se si aumenta il potere calorifico del prodotto e si

eliminano i residui tossici. Al di là delle dichiarazioni di intenti e delle normative europee o nazionali

che “fissano” criteri di bontà del combustibile indicati dalla Norma UNI -CEN 15359.

Il MICRONIZZATORE REFOLO L’esperienza di oltre un decennio nella macinazione con mulini ad alta energia ci ha consentito

di realizzare un sistema di macinazione semplice e nello stesso tempo innovativo, basato sul

principio dell’attrizione e dell'urto. Il normale REFOLO è una macchina concettualmente

semplice: la macinazione avviene mediante sfere di acciaio accelerate e scagliate sul materiale.

Il movimento delle sfere è dato da una serie di palette di acciaio coassiali alla giara di macinazione,

le quali sono a loro volta mosse da un albero collegato esternamente ad un motore elettrico. Un

inverter permette di controllare lo spunto e il numero di giri delle palette e quindi di conoscere

esattamente la quantità di energia impressa dalle palette alle sfere e da queste al materiale. Il

sistema di attrizione deve il suo nome al movimento che il materiale fa all’interno del mulino. Nel

sistema REFOLO le particelle, insieme alle sfere, vengono ad assumere un movimento dal centro

verso la periferia della giara di macinazione, dove subiscono una decelerazione e l’urto delle sfere.

Tali urti raggiungono valori molto elevati, che sono stati normalmente valutati mediante calcolo. Il

più semplice modello che si può applicare al sistema è il seguente:

- una sfera di massa 4 g viene lanciata dalla paletta (analogo ad un lancio con mazza da golf),

mediante un impulso della durata stimata di 0.04 secondi ad una velocità X e colpisce la

superficie della giara, ad una distanza di 20 cm, con una forza d’urto F.

- La fisica ci dice che tali grandezze sono legate secondo la relazione:

F = m*V/t

dove m è la massa della sfera, V è la velocità impressa, t è la durata dell’impulso in secondi.

Possiamo ipotizzare una durata dell’impatto pari a 0.01 s. Dato che le palette della girante

interna ruotano ad una velocità di 700 RPM, cioè circa 12 giri/sec, ed essendo la giara di

diametro D= 0.4 m, le palette coprono ogni secondo la distanza di D* moltiplicata per il numero

di giri/s, pari a 1.26 m X 12 = 15.07 m/s. Dato che le sfere non potranno avere una velocità

maggiore delle palette che le accelerano, si può ipotizzare che la velocità iniziale delle sfere sia

più o meno la stessa, intorno ai 15 m/s. Quindi, la forza con la quale collidono è pari a 1.51 N.

Dato che l’area di impatto della sfera è di 0.1 mm2, pari a 0.001 cm2, la pressione di impatto

sarà di 1.51/0.001 = 1510 kg/cm2. Per verificare se tali pressioni sono realmente raggiunte,

abbiamo utilizzato, per la prima volta in assoluto, un sistema di analisi diretta delle pressioni,

tramite l’impiego di uno speciale film della Sensor Products, il quale viene “impresso”

dall’urto con colori che sono proporzionali all’intensità dell’urto. Per queste analisi sono stati

usati film a sensibilità adatta a pressioni alte e super alte (fino a 300 Mpa – 3000 kg/cm2). In

figura 1 è visibile il film appena sviluppato, mentre nelle successive sono visibili alcuni

particolari con annesse le scale che indicano le pressioni raggiunte di punta.

Figura 2: Schema di massima del mulino REFOLO

Figura 3: Immagine interna dei colpi dovuti ai corpi macinanti; si osservi l’aumento di densità di colpi verso la parte bassa della giara, le tracce lasciate dal passaggio delle palette e le tracce dei fori di uscita del materiale; le bande meno intense laterali sono dovute alla presenza di scotch per l’adesione del film. La freccia indica il senso di rotazione delle palette

Figura 4 : Analisi delle pressioni in una zona limitrofa alla parte alta della giara; la scala è espressa in Mpa

Figura 5: Analisi delle pressioni in corrispondenza delle finestre di uscita delle polveri; la scala in Mpa

Si noti che le pressioni misurate sono molto simili a quelle calcolate, con punte massime di

160 Mpa, molto vicine ai 151 Mpa calcolati (1510 kg/cm2). E’ anche interessante notare che la

forma degli impatti è omogenea, con una netta tendenza ad essere circolare, cioè l’azione di

impatto mostra un angolo di incidenza molto alto, prossimo ai 90°, mentre sono pochi gli

eventi che mostrano tracce allungate e da questa considerazione risulta evidente che

l’azione di attrito è estremamente ridotta. Si può ritenere con ragionevole certezza che la

velocità massima delle sfere, a mulino vuoto, raggiunga la velocità delle palette. Con il materiale

interposto, viceversa, la velocità diminuisce e tale diminuzione sarà funzione della quantità di

materiale interposto. Con una velocità di rotazione di 1000 RPM, la velocità di impatto delle

sfere sarà di 21 m/s, con una forza d’impatto di 2.1 N, che corrisponde ad una pressione di 210

Mpa (2100 kg/cm2).

PROCESSO REFOLO

Processo di micronizzazione per urto e attrito, cuore del sistema, si basa sull’utilizzo dello stress

da urto e attrito, provocato da un mulino a corpi eccentrici, chiamato “reattore

meccanochimico”. Nel reattore meccanochimico un movimento eccentrico ne accelera le

masse macinanti molto più di quanto accade nei mulini tradizionali, quale ad esempio i mulini a

sfere; questi mulini agiscono per urto, mentre un mulino per meccanochimica agisce per urto

e secondariamente per attrito: le masse macinanti sono scagliate ad elevata velocità sul

materiale che viene sottoposto ad un’azione di compressione e di taglio. La somma delle azioni

meccaniche imposte diffonde nel materiale una grandissima quantità di difetti strutturali, che,

sui materiali determina la progressiva e irrecuperabile distruzione della struttura a livello

molecolare, determinando la formazione di nanostrutture, con proprietà molto particolari. La

massa macinante assicura pressioni di taglio con intensità di svariate migliaia di atmosfere. La

conseguenza dell’urto e attrito sulle particelle di legno, carta, plastica e materiali organici,

secchi o bagnati che siano, determina la “delaminazione” del prodotto in particelle molto

piccole, secche e, nel caso dei polimeri o della cellulosa, la perdita quasi totale della struttura:

ciò permette di aumentare il rendimento di “crackizzazione”, cioè di rottura delle

macromolecole in molecole più semplici ed una più facile pirolisi. Nel processo REFOLO le

masse macinanti provocano diversi fenomeni concomitanti: l’acqua contenuta nelle particelle

viene espulsa per effetto “strizzamento”, sotto forma di vapore (effetto di dewatering); la

particelle secca, divenuta più fragile, si sbriciola in frammenti minuti (effetto di riduzione

dimensionale), mentre la pressione elevatissima sulle particelle riduce progressivamente la

carica batterica disposta sul prodotto (effetto di sterilizzazione). Se all’interno delle particelle

sono contenute materie inerti, si determina un’ulteriore separazione di queste, che vanno ad

occupare la porzione più sottile del prodotto di macinazione. Il prodotto di macinazione viene

portato in un secondo sistema di separazione dove viene tagliata la coda granulometrica più

sottile, che contiene ancora molti inerti e metalli Non ferrosi residuali,. Il materiale finale avrà

un potere calorifico notevole (13- 18) MJ/kg . La frazione inerte, eliminata durante le varie fasi,

è costituita da una minuscola porzione di materiale organico e una gran parte di inorganico.

Il processo di micronizzazione avviene attraverso l’impiego di un processo estremamente

semplice (figura 5). Il rifiuto in testa all’impianto viene dapprima aperto e subisce una

separazione magnetica dei materiali ferrosi, per essere sottoposto poi ad una separazione con

eddy current dei metalli non ferrosi. Il rifiuto viene immesso in un sistema di triturazione

durante il quale il rifiuto viene ridotto in dimensioni di cm 4-6 circa , per essere avviato in un

sistema di schiacciamento a rulli, con il quale il rifiuto perde gran parte di frammenti

cementizi, inerti e vetrosi che vengono separati per caduta su un vaglio vibrante. Il rifiuto

separato dalle parti inerti, viene successivamente micronizzato dal mulino REFOLO, che lavora a

velocità estremamente elevate e che permette un’azione macinante per urto e attrito sul

prodotto. Il risultato è la macinazione ultrafine del rifiuto, con dimensioni di granulo molto

piccole, da 500 di micron. Il prodotto viene nuovamente deferrizzato con un separatore a

campo intenso. In questo modo anche le frazioni che sono state rilasciate dagli stessi mulini

possono facilmente essere eliminate. Infine, a chiusura del ciclo, il rifiuto viene vagliato per

essere separato delle componenti più grossolane e delle componenti più pesanti, costituite

dalle tracce metalliche non ferrose, dai cluster di granuli umidi salini e dalle eventuali frazioni

inerti presenti. Il prodotto che ne deriva risulta estremamente povero in metalli, sali di alogeni

ed è arricchito da un elevato potere calorifico, nel rispetto dei limiti indicati nella norma UNI -

CEC 15359. Nella tabella si osservino le rese di trattamento di un rifiuto proveniente dalla

biostabilizzazione ( Prove eseguite presso l’area ricerca del CNR di Montelibretti RM), e

dall’impianto sperimentale del Comune di Roccaraso .

Tabella 1: Rifiuto da biostabilizzazione dopo il trattamento: bilancio di massa (dati di contenuto d’acqua, inerti, ferrosi e non ferrosi ricavati da analisi dirette sul materiale tal quale, durante la campagna di test nell’area ricerca del CNR di Montelibretti

Tal quale kg

Inerti (I vaglio) kg

Met. Ferrosi kg

Met. non ferrosi kg

Inerti II Vaglio

CSS kg

Acqua kg

1000 20 3 2 75 550 350

Tabella 2: Rifiuto indifferenziato dopo il trattamento: bilancio di massa (dati di contenuto d’acqua, inerti, ferrosi e non ferrosi ricavati da analisi dirette sul materiale tal quale, durante la campagna di test nell’area sperimentale del Comune di Roccaraso

Tal quale

kg

Inerti (I vaglio)

kg

Met. Ferrosi

kg

*Met. non ferrosi

kg

Inerti II taglio

CSS

kg

Acqua

kg

1000 20 15 85 329,8 540 *g.200 Plastiche Contenente PVC * Non installato

Per ottenere questi valori è necessario passare il rifiuto attraverso una serie di stadi di

raffinazione che sono per la maggior parte di tipo meccanico, cioè impiegano processi a freddo.

Il processo prevede

- un primo stadio di frantumazione grossolana

- una prima separazione dei metalli ferrosi (I selezione);

- un primo stadio di separazione dei metalli non ferrosi mediante induzione di correnti

parassite;

- un secondo stadio di frantumazione a 4 -5 cm.

- un sistema di macinazione a rulli per la separazione delle parti inerti;

- un sistema di vagliatura ( sottovaglio inerte);

- uno stadio di micronizzazione;

- un secondo stadio di separazione dei metalli non ferrosi mediante induzione di correnti

parassite;

- un terzo stadio di separazione a mezzo sistema di vagliatura;

Figura 5: schema a blocchi

Rifiuto tal quale Triturazione

grossolana

Triturazione a

cm 4-6

Separazione Ferrosi Metalli Ferrosi

Separazione Non

Ferrosi

Vagliatura

REFOLO

Separazione Non

Ferrosi

Vagliatura

Inerti

CSS

Metalli Non Ferrosi

Inerti

Metalli Non Ferrosi

Sistema di

Cilindraie

Figura 6: differenze in termini di materiali presenti nelle varie classi granulometriche del rifiuto pretrattato; a sinistra la frazione selezionata come CSS, a destra la frazione ricca di inerti messa a dimora

Il CSS prodotto dalla seconda vagliatura è visibile nella microfoto a sinistra della figura 6; è composto da fibre cellulosiche, frammenti di plastica (PET, PMMA, PS) senza polimeri alogenati. La frazione inerte contenente metalli e proveniente dalla seconda vagliatura è visibile nella stessa figura 2, sul lato destro. Si osservino i granuli lucenti di alluminio, provenienti dalle carte metallizzate e i granuli chiari di vetro e di silicati.

Nuovi scenari di gestione mediante la tecnologia REFOLO

Tramite tecnologie come REFOLO o altre similari a basso impatto ambientale, di piccolo taglio e

soprattutto non invasive e costose quali l’incenerimento, è possibile ipotizzare scenari di

gestione ben diversi da quelli attuali. Secondo la nostra visione, forse utopistica, è auspicabile

dotare le singole comunità (i piccoli Paesi, le piccole Città, i quartieri o le circoscrizioni) di

impianti di trattamento di piccolo taglio, a basso impatto ambientale, che trattino ciò che viene

giornalmente prodotto come rifiuto e che ridiano alla comunità un ricavo utile in termini di

materie prime o di risparmio energetico, piuttosto che costringere i paesi e le città ad aderire a

patti societari che impongono tariffe e metodi di smaltimento senza vie alternative.

Piccoli impianti per ciascuna comunità, anche sotto al livello stradale, smaltirebbero la

spazzatura o la sola frazione secca della spazzatura in modo “on demand”, senza avere

emissioni odorose, rumore o polveri in aria e riducendo il traffico di camion e veicoli adibiti al

trasporto dei rifiuti verso i “megacentri” di smaltimento.

Il combustibile da REFOLO non è esplosivo, non avrebbe emissioni in atmosfera di gas o

composti volatili ed è esente da cloro e metalli perché eliminati in fase di preparazione.

Il combustibile prodotto da tali microimpianti verrebbe così utilizzato (in quota parte 30%) in

impianti di valorizzazione energetica (Impianti a Biomasse Ibridi), centrali elettriche

policombustibili e centrali di gassificazione che possono produrre notevoli quantità di energia,

Lo schema accennato ha i seguenti vantaggi:

- sfrutta piattaforme e strutture di raccolta già esistenti, non modifica la filiera della raccolta,

ma permette di razionalizzare l’offerta di trattamento e di evitare pericolosi ingolfamenti di

rifiuti per problemi di chiusura o fermo impianto

- riduce il volume dei materiali del 70% in volume e del 50% in peso ,e ne permette una

gestione migliore dal punto di vista dell’impatto ambientale, eliminando le cariche batteriche

e gli odori

- l’impianto riduce a zero le emissioni in atmosfera, se si esclude il vapore acqueo.

Comune di Roccaraso Il Direttore Tecnico

Ing. Nicolino D’amico Mario Reale

Consumo energetico a tonnellata.

frantumazione grossolana Kw/ton. 20

Separazione dei metalli ferrosi (I selezione); Kw/ton. 8

Stadio di separazione dei metalli non ferrosi; Kw/ton. 8

Frantumazione a 4 -5 cm. Kw/ton. 22

Macinazione a rulli per la separazione delle parti inerti; Kw/ton. 10

Sistema di Vagliatura; Kw/ton. 10

Micronizzatore Refolo Kw/ton. 20

Stadio di separazione dei metalli non ferrosi Kw/ton. 8

Sistema di Vagliatura; Kw/ton. 10

Sistema di Aspirazione Kw/ton 18

Kw/ToT. 131