Sistemi compatti di eliminazione dei rifiuti attraverso il

processo di gassificazione con la Torcia al Plasma

1SISTEMI COMPATTI DI ELIMINAZIONE DEI RIFIUTI: GASSIFICAZIONE AL PLASMA

La gestione rifiuti: problema o risorsa?

La gestione dei rifiuti è spesso identificata come un "problema".

Harpa, con la proposta della gassificazione dei rifiuti assistita da torcia al plasma si

pone come obiettivo di trasformare il problema in una opportunità.

Il rifiuto, come in molte azioni, diviene una "risorsa".

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Cenni generali

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Esistono diverse tecnologie di trattamento, ormai da tempo adottate sia in Italia che

negli altri Paesi tecnologicamente avanzati, a seconda del tipo del rifiuto:

compostaggio e digestione anaerobica per la frazione biodegradabile (umido); riciclo

per plastiche, carta, metalli e vetro; recupero energetico del residuale indifferenziato

mediante incenerimento (combustione) o gassificazione.

Secondo i criteri guida dell’Unione Europea il recupero energetico va applicato solo a

rifiuti per i quali non è possibile o sostenibile il riciclo. Quest’ultimo, sempre secondo

le linee guida dell’Unione, è da preferire al recupero energetico perché consente un

risparmio di risorse materiali, delle quali l’Europa è povera.

L’utilizzo della Torcia al Plasma per la gassificazione dei rifiuti

Qualora si ricorra al recupero energetico è importante selezionare un processo

sostenibile e a basso impatto. Un processo alternativo all’incenerimento che consente

di trattare rifiuti non riciclabili in modo sostenibile è la gassificazione al plasma anche

nota come “dissociazione molecolare” a causa della scissione delle molecole grazie alle

elevate temperature.

Sviluppata già negli anni cinquanta del secolo scorso, come soluzione del problema di

stoccaggio rifiuti sui sottomarini nucleari, la tecnologia della dissociazione molecolare

dei rifiuti tramite utilizzo del plasma è finalizzata alla conversione del rifiuto in

componenti inerti ed energia.

La trasformazione avviene grazie ad un processo di gassificazione che non immette

inquinanti in ambiente e promuove la vetrificazione dei residui solidi inerti.

4SISTEMI COMPATTI DI ELIMINAZIONE DEI RIFIUTI: GASSIFICAZIONE AL PLASMA

La tecnologia proposta: gassificazione al plasma

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Vi sono quattro stadi della materia: Solido, Liquido, Gassoso e Plasma. Se

prendiamo in considerazione l'acqua alle diverse temperature possiamo individuare

differenti stati fisici: al di sotto di 0°C: solido (ghiaccio), sopra 0°C: liquido (acqua),

sopra 100°C: gas (vapore), sopra 7.000°C: plasma (gas ionizzato). Il fulmine è un

esempio di plasma.

Il plasma generato dalle torce, dispositivi tecnologici applicati in vari campi, é

costituito da gas ionizzato ad altissima temperatura ed ha la caratteristica di liberare

una grande quantità di energia da trasferire al rifiuto che, di conseguenza, viene

convertito in atomi e molecole semplici.

Sottoponendo i rifiuti organici ed inorganici all'azione della torcia, date le elevate

temperature e l'elevato trasferimento di energia, le molecole dei rifiuti si dissociano

mentre il residuo inorganico viene fuso generando uno slag (1) vetroso inerte.

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(1) Slag Scorie di lavorazione. Lo slag della gassifcazione è totalmente inerte e atossico.

Il processo di base è la gassificazione del rifiuto organico (cibo, plastiche, oli, carta,tessili, …) che diventa un gas di composizione variabile ma fondamentalmentecostituito da idrogeno, monossido di carbonio e idrocarburi (metano, etilene, …).

Con l’ausilio della torcia al plasma è possibile mantenere le condizioni digassificazione costanti ai valori ottimali tramite una regolazione della temperaturaindipendente dalla tipologia del rifiuto e senza processi di combustione.

La tecnologia proposta:gassificazione al plasma

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Torcia al plasma

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Gassificazione Cx Hy Oz (rifiuto) + O2 (aria) CO + H2 (gas combustibile di sintesi)

Vantaggi della tecnologia al plasma

L’impianto è in grado di trattare qualsiasi tipo di rifiuto sia esso solido, liquido ogassoso, anche se pericoloso o tossico senza alcuna controindicazione.

Il processo genera una grande quantità di syngas(2) a grande capacità energeticamentre il residuo inorganico, genera una percentuale, minima rispetto al rifiutotrattato, di slag, una specie di lava totalmente inerte e non tossica a bassissimaviscosità, nella cui matrice vetrosa sono inglobati e totalmente inertizzati i metallipesanti residuali di processo.

Il materiale di sintesi così ottenuto è utilizzabile come materiale di costruzione (es.massicciate stradali, conglomerato cementizio, materiale di riempimento ecc).

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Prodotto vetrificato ottenuto dal residuosolido dei rifiuti trattati al plasma (SLAG)

(2) Syngas Gas combustibile derivante dalla scissione molecolare

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Vantaggi della tecnologia al plasma rispetto ai termovalorizzatori / inceneritori tradizionali - Le emissioni

Tecnologia al plasma

È un trattamento definitivo e non genera fumi eceneri

Il processoelimina la produzionedi diossine

Ridotto volume degli effluenti gassosi prodotti dall’impiantorispettoai termovalorizzatori / inceneritori

Garantisce emissioni grandemente al di sotto dei livelliprevisti dalle leggi

Produce syngas utilizzabile per la produzione di energiaampiamente sufficientead alimentare il processo

Termovalorizzatori e inceneritori tradizionali

Generasottoprodottiquali fumi e cenerida ritrattare

Producediossinee furani

Maggiore volume degli effluenti gassosi prodottidall’impianto rispettoalla tecnologiaal plasma

Per garantire emissioni al di sotto dei livelli previsti dalleleggi è necessario integrare l’impianto principale concomplessi impianti complementari (lavaggio fumi,inertizzazione ceneri, trattamento delle acque diraffreddamento)

Il bilancio energetico è peggiore rispetto alla tecnologia alplasma in funzione del minor sfruttamento energetico deirifiuti

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Vantaggi della tecnologia al plasma rispetto ai termovalorizzatori / inceneritori tradizionali - Le scorie

Tecnologia al plasma

Produce sottoprodotti totalmente inerti e riutilizzabili,diminuendo sensibilmente la quantità di materiale daconferire in discarica. Può essere impegato per sottofondistradali o altro impiegoedile, quali i conglomerati cementizi.

Non vi è combustione, non si producono ceneri, non siimmettono in aria enell’ambiente sostanze pericoloseo tossiche

Termovalorizzatori e inceneritori tradizionali

Produce scorie solide pari a circa il 20% del peso dei rifiutiintrodotti, ceneri classificate come rifiuti speciali nonpericolosi da ritrattare con l’utilizzo di reagenti e polveri fini(circa il 4% del peso del rifiuto in ingresso) intercettate daisistemi di filtrazione che sono classificate come rifiutispeciali altamente tossici e pericolosi. Ceneri e polverivengono smaltite in discarichededicate ai rifiuti speciali

La presenza di combustione produce ceneri e sononecessari trattamenti aggiuntivi per non immetterein aria e nell’ambiente sostanze pericolose otossiche

Vantaggi della tecnologia al plasma rispetto ai termovalorizzatori / inceneritori tradizionali. La gestione

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Tecnologia al plasma

È un processo particolarmente adatto ai rifiuti acomposizione variabile perché scarsamente sensibilealle variazioni di funzionamento causate dal variare dellacomposizione del rifiuto

Ha tempi brevissimi di avviamento e spegnimento

La manutenzione è veloce ed economica

Ha un costo superiore al termovalorizzatore superiore del10/15% ma garantisce un minor impatto ambientale e unvantaggio sociale di enorme portata

La gassificazione produce syngas stoccabile e trasportabile.È utilizzabile nel tempo e nei diversi luoghi prescelti

Energia netta alla rete: 816Kw/h per tonnellata di RSU

Termovalorizzatori e inceneritori tradizionali

È un processo particolarmente inadatto ai rifiuti acomposizione variabile perché altamente sensibile allevariazioni di funzionamento causate dal variare dellacomposizione del rifiuto

Ha tempi lunghi di avviamento e spegnimento

La manutenzione è lunga e costosa

Ha un costo inferiore alla tecnologia al plasma del10/15% ma ha un peggior impatto ambientale e unosvantaggio sociale di enorme portata

L’inceniremento produce energia termica non stoccabile etrasportabile. Deve essere utilizzata contemporaneamentealla produzione nel posto dove viene generata

Energia netta alla rete: 544Kw/h per tonnellata di RSU

Vantaggi della tecnologia al plasma

Le caratteristiche peculiari di questi impianti sono da ricercarsi nel rispetto per

l'ambiente, nella flessibilità, nell’accettare insieme o separatamente diversi tipi di

rifiuti, sia liquidi che solidi, sia oli esausti che rifiuto pericolosi o speciali.

Tali impianti eliminano il problema dei rifiuti alla radice: la gassificazione al plasma

non ha alcun tipo di impatto negativo per la salute dell’uomo e per l’ambiente.

Ulteriore caratteristica positiva di questi impianti è di essere modulabili: questo li

porta, a differenza degli inceneritori tradizionali, a lavorare con pari efficienza dal

30% al 100% della loro potenza nominale, assicurando in tal modo al gestore la

possibilità di smaltire senza difficoltà eventuali variazioni di flusso del rifiuto.

Un importante strumento di marketing è il poter dichiarare (e realizzare!)

l’eliminazione del problema del conferimento di rifiuti alle diverse proposte di

trattamento che il mercato offre utilizzando una tecnologia

100% green e sostenibile.

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Schema a blocchi del processo

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Triturazione Rimozione dei metalli

(opzionale)

Gassificazioneal plasma

Pulizia syngas

Serie di stadi in cui il rifiuto è pre-trattato, convertito in syngas e poi combusto

Combustione syngas

Produzione di energia

Vetrificazioneinorganici

Riutilizzo slag

sottofondi stradaliConglomerati

cementizi

Caratteristiche della tecnologia proposta per piccole e medie comunità

Applicabile ad aziende, ospedali, comunità, navi con popolazione tra 2.000 e 10.000 unità

Occupazione di spazio (fino a 500 kg/h): lunghezza 8m; larghezza 4m; altezza 6m

Capacità di trattamento: da 50 a 5.000 kg/h

Emissioni ampiamente inferiori ai limiti MARPOL(3) per l’applicazione marittima eentro i limiti del D.Lgs 152/06 smi per le applicazioni terrestri

Operatori: max 2/3

Tempi di start-up/shut down: <10min

Manutenzione semplice e ridotta

13SISTEMI COMPATTI DI ELIMINAZIONE DEI RIFIUTI: GASSIFICAZIONE AL PLASMA

(3) Convenzione internazionale per la prevenzione dell'inquinamento causato da navi derivante dai rifiuti marittimi, idrocarburi e gas di scarico.

Caratteristiche della tecnologia di smaltimento propostaFootprint SMALL

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Ingombro in pianta Vista prospettica non tecnica

L'impiego di una o più torce al plasma nel processo di trattamento dei rifiuti, è vincente

soprattutto nello smaltimento di rifiuti speciali, classificati dalla normativa vigente come

pericolosi. Tra questi non fanno eccezione i rifiuti sanitari od ospedalieri(4), che negli inceneritori e

in particolare negli impianti tradizionali DEVONO essere trattati separatamente in linee di

smaltimento dedicate, dotate di particolari e costosi accorgimenti per il lavaggio dei fumi e

l'inertizzazione delle ceneri di risulta. Questo è dovuto anche all'alta carica microbica di tali rifiuti.

Come è ormai noto, il processo di smaltimento mediante dissociazione molecolare del rifiuto,

dissociazione ottenuta appunto con l'impiego di torce al plasma, non si avvale di alcun processo

di combustione, pertanto NON PRODUCE DIOSSINE O FURANI nè FUMI ED EFFLUENTI

INQUINANTI, (il processo genera combustibile gassoso riutilizzabile), nè CENERI. L'unico residuo

solido del processo è uno slag vetroso completamente inerte. Pertanto il problema della

pericolosità, per la salute pubblica, insita nel trattamento e relativo inquinamento dei rifiuti

sanitari, viene risolto alla radice.

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CASE HISTORY

Il settore sanitario ospedaliero: Vantaggi della tecnologia al plasma

(4) Codice rifiuto CER 180000 e da 180100 a 180110 e da 180200 a 180208, secondo la normativa

CASE HISTORY

Il settore sanitario ospedaliero:Vantaggi della tecnologia al plasma per i rifiuti infettivi

Un’ipotesi interessante è quella di utilizzare il sistema di gassificazione dei rifiuti ridotto per gestire

i rifiuti infettivi

Un impianto interno ed autonomo per lo smaltimento dei rifiuti con tecnologia al plasma permette

una gestione semplice e snella dei rifiuti infettivi all’interno dell’ospedale, con notevoli risparmi sui

costi di logistica e di smaltimento. Utilizzando un piccolo impianto vengono generati, oltre ai

risparmi legati allo smaltimento dei rifiuti, risparmi dovuti alla produzione di energia termica ed

elettrica da utilizzare all’interno dell’ospedale generando un ulteriore risparmio.

L’energia termica può essere sfruttata negli autoclavi generando vapore per sterilizzare tessuti e

materiali oppure per il riscaldamento; l’eventuale energia elettrica residua non utilizzata per

l’autosostentamento dell’impianto di gassificazione può alimentare piccole sorgenti di luce o

ricaricare batterie tampone.

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CASE HISTORY

Il settore sanitario ospedaliero: La produzione dei rifiuti ospedalieri nel mondo

Regioni del mondoRifiuti prodotti per letto d’ospedale al giorno

(Kg/g)

Nord America 7-10

America Latina 3

Ovest Europa 3-6

Est Europa 1,4-2

Medio Oriente 1,3-3

Oriente (paesi industrializzati) 2,5-4

Oriente (paesi in via di sviluppo) 1,8-2,2

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Il peso medio dei rifiuti ospedalieri (totali) è di 7 kg / per letto al giorno. I rifiuti infettivi sono generalmente il 20% del totale.

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CASE HISTORY

Il settore ospedaliero:Costi di realizzazione e di esercizio dell’impianto

Capacità operativa media dell'impianto: 0,150 ton/h

Costo di realizzazione dell'impianto chiavi in mano: 2,5 milioni di euro

Costi esercizio unitario (materiale di consumo, manutenzione ordinaria e straordinaria, smaltimento slag e prodotti di neutralizzazione – escluso ammortamento ventennale):

110 €/ton

Costo di esercizio annuale massimo(5)

: 135.000 €/anno

(5) Lo slag e i prodotti di neutralizzazione (es. solfato di ammonio), anziché smaltiti, possono essere venduti non solo

diminuendo, come indicato, il costo di esercizio ma generando un ulteriore ricavo che qui non si quantifica.

CASE HISTORY

Il settore ospedaliero:Risparmio sui costi di smaltimento e recupero dell’investimento

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Un ospedale da 1.000 posti letto produce circa 200kg/h di rifiuti misti. Tenendo

separati i circa 50Kg di rifiuto «radioattivo» e valutando lo smaltimento dei restanti

150Kg in un mix «infettivo» e «assimilabile all’urbano», si può stimare un costo

medio di smaltimento di 270-280€/t per un costo annuale di circa 360.000€/anno.

L’impianto di proprietà consente di avere un costo annuo di esercizio (inclusivo della

gestione, delle manutenzioni e della quota di ammortamento ventennale) pari a circa

260.000€/anno con un risparmio di circa 100.000€/anno e un recupero

dell’investimento iniziale in 7 anni.

Inoltre l’impianto autoproduce l’energia elettrica necessaria al suo funzionamento e

all’alimentazione di piccole fonti di illuminazione.

Sistemi compatti di eliminazione dei rifiuti con processi digassificazione al plasma in Asia

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LOCATION TIPOLOGIA DI RIFIUTO CAPACITÀ (6) DATA DI ATTIVAZIONE

Mihama-Mikata, JP RSU/FANGHI 28 2002

Utashinai, JP RSU/RESIDUI TRITURATI 300 2002

Kinuura, JP CENERI DA RSU 50 1995

Kakogawa, JP CENERI DA RSU 30 2003

Shimonoseki, JP CENERI DA RSU 41 2002

Imizu, JP CENERI DA RSU 12 2002

Maizuru, JP CENERI DA RSU 6 2003

Iizuka, JP RIFIUTI INDUSTRIALI 10 2004

Osaka, JP PCBs (POLICLOROBIFENILI) 4 2006

Taipei, TW RIFIUTI MEDICALI&BATTERIE 4 2005

(6) Tonnellate al giorno (TPD)

LOCATION TIPOLOGIA DI RIFIUTO CAPACITÀ (7) DATA DI ATTIVAZIONE

Bordeaux, FR CENERI DA RSU 10 1998

Morcenx, FR AMIANTO 22 2001

Bergen, NO FANGHI DI CONCERIA 15 2001

Landskrona, SW CENERI 200 1983

Jonquiere, Canada SCORIE DI ALLUMINIO 50 1991

Ottawa, Canada RSU 85 2007 (demonstration)

Anniston, AL CATALIZZATORI USATI 24 1985

Honolulu, HI RIFIUTI MEDICALI 1 2003

Hawthorne, NV MUNIZIONI 10 2006

Alpoca, WV CARTUCCE 10 2003

U.S. Navy RIFIUTI NAVALI 7 2004U.S. Army RIFIUTI CHIMICI 10 2004Tees Valley UK RSU di Londra 350 2016

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Sistemi compatti di eliminazione dei rifiuti con processi digassificazione al plasma in Europa e Nord America

(7) Tonnellate al giorno (TPD)

Tees Valley in Inghilterra è uno dei più grandi impianti contecnologia al plasma per lo smaltimento di RSU al mondo

SISTEMI COMPATTI DI ELIMINAZIONE DEI RIFIUTI: GASSIFICAZIONE AL PLASMA 22

Le 2 strutture di Tees Valley, nel nord-est

dell'Inghilterra sono un progetto tra i più innovativi

per l’energia rinnovabile in tutto il mondo.

Gli impianti di trattamento dei rifiuti con il sistema di

gassificazione al plasma:

generano circa 49.9MW di energia elettrica per

impianto, sufficiente a fornire elettricità per

l'equivalente di oltre 100.000 abitazioni;

trattano oltre 350.000 tonnellate per

impianto all'anno di rifiuti non riciclabili,

altrimenti destinati alle discariche;

riducono, quindi, notevolmente la

massa di rifiuti destinati alle discariche.

Sistemi compatti di eliminazione dei rifiuti con processi di gassificazione al plasma

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