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La gestione dei rifiuti urbani tra riciclo, valorizzazione
energetica e smaltimento in discarica
Ermanno Barni – ENEA
XVIII settimana della cultura scientifica
c.r. Casaccia 6 marzo 2008
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Problema o risorsa: le tappe
•Equilibrio (naturale riassorbimento)•La rivoluzione industriale•Dopoguerra (legame diretto al PIL, crescita, superamento della capacità di naturale riassorbimento e conseguente inquinamento)•Oggi (problema ambientale planetario - necessità di modifica dei sistemi gestionali nel senso del recupero)•Domani (necessità di modifica dei modelli di produzione-consumo)
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rivoluzioneindustriale
società contadina
società industriale
contesto ruraleassenza di rifiuti
contesto urbanoscarsità di rifiuti
contesto urbano/ruraleprevalenza dell’umido preval. del secco e
prodotti industriali di sintesi
Crescita dei rifiuti industriali
Sversamento sul suolo Discarica Discaricacontrollata
Incenerimento (recupero
energetico)
Riciclaggio
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Gerarchia delle priorità
Riduzione di quantità e pericolosità
Riciclo e recupero materiali
Recupero di energia
Smaltimento in sicurezza
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PrevenzionePrevenzione•obiettivi e strumenti ancora da definire•risultati quantitativamente poco significativi
Gestione•strumenti maturi (sistemi integrati)•buoni e affermati risultati
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Nell’ambito della gestione invece nell’ultimo decennio si registrano significativi cambiamenti in atto nei paesi economicamente più avanzati.
Gestione rifiuti urbaniMedia UE Discarica 54% Recupero 27%Incen. 19%
Danimarca
Italia
Grecia/Irlanda
11 3950
90
65 8 27
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Un sistema di gestione dei rifiuti urbani può essere realizzato con logiche e modalità tecniche diverse.
Un sistema è evidentemente tanto migliore quanto più alta è la percentuale di materiali riciclati o recuperati e quanto più bassa è la frazione che viene smaltita in discarica.
Esistono dei limiti, essenzialmente economici ma anche ambientali, al recupero di materiali ed energia; analogamente, permane comunque la necessità di discariche per i residui delle operazioni di trattamento e recupero.
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RURaccolta differenziata
dell’umido
Compostaggio
DiscaricaSistema
produttivo
Raccolte differenziate
Trattamenti(selezione)
Raccolta del rifiuto indifferenziato
Eventualipretrattamenti
di selezione
Incenerimento conrecupero energetico
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Elementi caratterizzanti e limiti intriseci
Impatto ambientale estremamente positivo a livelloterritoriale ampio, riduzione degli impatti anche
a livello locale ma necessità di nuove localizzazioniimpiantistiche, tra cui i termovalorizzatori
Crescita dei costi diretti, della complessitàe della capacità di gestione del sistema pubblico
Presenza non marginale di discariche (30-50%in peso, anche se con volumi e impatti ridotti)
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COMPOSIZIONE RU E OPZIONI DI GESTIONE
Frazione Composizione(% p)
Riciclabile Compostabile Combustibile
Carta e cartone 24 Si Si SiOrganico 31 -- Si SiPlastiche pesanti 7,8 Si -- SiPlastiche leggere 5,2 Si -- SiVetro 7,0 Si -- --Metalli ferrosi 2,4 Si -- --Metalli non ferrosi 0,6 Si -- --Legno 4,6 Si Si SiTessili 1,6 Si -- SiVari combustibili 0,8 -- -- SiVari inerti 2,0 -- -- --Sottovaglio 13,0 -- -- Si(1)
TOTALE 100 53,2 59,6 81,5
1) 50%
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RURaccolta differenziata
dell’umido
Compostaggio
DiscaricaSistema
produttivo
Raccolte differenziate
Trattamenti(selezione)
Raccolta del rifiuto indifferenziato
Eventualipretrattamenti
di selezione
Incenerimento conrecupero energetico
35 65
3,5 32
35
3,5
Flussi relativi a sistema integratocon mix di cicli di gestione dell’indiff.to
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RURaccolta differenziata
dell’umido
Compostaggio
DiscaricaSistema
produttivo
Raccolte differenziate
Trattamenti(selezione)
Raccolta del rifiuto indifferenziato
Eventualipretrattamenti
di selezione
Incenerimento conrecupero energetico
60 40
6 19
25
6
Flussi relativi a sistema integratocon mix di cicli di gestione dell’indiff.to
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Il ciclo tecnologico di gestione della frazione indifferenziata del rifiuto urbano può essere realizzato in diversi modi, cui corrispondono elementi di impatto e sostenibilità differenti.
Anche se quantificabili, essi non sono facilmente confrontabili tra loro per dar luogo ad una “scala di valori” universalmente accettata e condivisa.
Non deve pertanto sorprendere la notevole differenziazione che si riscontra, tanto a livello nazionale che internazionale, nelle varie situazioni ed ambiti territoriali, anche avanzati.
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Cicli applicati in Italia per la valorizzazione energetica dell’indifferenziato residuale
combustione del rifiuto indifferenziato “tal quale”;
combustione della sua sola frazione secca;
produzione e combustione di CDR da selezione meccanica;
produzione e combustione di CDR da bioessiccazione.
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IncenerimentoIncenerimento
Discarica
Recupero energetico da RU: incenerimento del “tal quale”
Ceneri e scorie27
100
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SelezionemeccanicaSelezionemeccanica
Incenerimento(inceneritori o
impianti industriali)
Incenerimento(inceneritori o
impianti industriali)
BiostabilizzazioneBiostabilizzazione
CDR
Frazione organica Residui
Ceneri e scorie
Discarica
Recupero energetico da RU: : CDR da selezione meccanica
35
10
35
5
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Incenerimento(inceneritori o
impianti industriali)
Incenerimento(inceneritori o
impianti industriali)
Trattamentobiologico
Trattamentobiologico
SelezionemeccanicaSelezionemeccanica
CDR
Discarica
Ceneri e scorie
Residui
Recupero energetico da RU: : CDR da bioessiccamento
15
55
10
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Emissioni in atmosfera ed energia prodotta
Indifferenziato combusto (%)
Fumi per tonn. di
indiff. Nm3
Fumi per tonn.
combusta Nm3
Energia elett.
prodotta KWh
Combustione “tal quale” 100 4.700 4.700 560
Combustione fraz. secca 55 3.600 6.545 470
Combustione CDR 33 2.400 7.270 350
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Produzione di residui
Scorie/ceneri kg
Scarti da discarica kg
FOS kg
Combustione “tal quale” 200/70 0 0
Combustione fraz.ne secca 60/35 90 190
Combustione CDR 34/17 240 230
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Scorie, ceneri e scarti (kg)
Totale comprensivo di
FOS (kg)
Combustione “tal quale” 270 270
Combustione fraz.ne secca
185 375
Combustione CDR 291 521
Fabbisogno di discarica
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RURaccolta differenziata
dell’umido
Compostaggio
DiscaricaSistema
produttivo
Raccolte differenziate
Trattamenti(selezione)
Raccolta del rifiuto indifferenziato
Incenerimento conrecupero energetico
60 40
6 12
18
6
Flussi relativi a sistema integratocon waste to energy dell’indiff.to
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La valenza ambientaledel recupero di energia da rifiuti
Contributo alla riduzione delle emissionidi gas serra
L’nceneritore come “emettitore nullo”in termini di impatto globale
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Da molti anni tutte le realizzazioni impiantistiche (non solo ambientali) sono oggetto di contestazioni da parte delle popolazioni interessate e, anche se meno frequentemente, dalle amministrazioni locali.
Sugli impianti di incenerimento si focalizza in genere il massimo del dissenso.
Tali contestazioni sono oggi fondamentalmente strumentali, essendo superati, negli impianti moderni, i problemi ambientali tipici di questa fase del ciclo di gestione dei rifiuti.
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Stoccaggio/pretrattamenti
Combustione Recuperoenergetico
Trattamentofumi
Conferimentorifiuti
Presenzaimpianto
Viabilità
Emissioni
Scorie Inquin.termico
Ceneri
Emissionial camino
Fanghi
Scarichiidrici
Termovalorizzazione – fattori di impatto
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Stoccaggio/pretrattamenti
Combustione Recuperoenergetico
Trattamentofumi
Conferimentorifiuti
Presenzaimpianto
Viabilità
Emissioni
Scorie Inquin.termico
Ceneri
Emissionial camino
Fanghi
Scarichiidrici
Fattori di impatto aspecifici
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Stoccaggio/pretrattamenti
Combustione Recuperoenergetico
Trattamentofumi
Conferimentorifiuti
Presenzaimpianto
Viabilità
Emissioni
Scorie Inquin.termico
Ceneri
Emissionial camino
Fanghi
Scarichiidrici
Fattori di impatto minori o delocalizzati
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Situazione attuale (1) Situazione futura (2)
InquinanteInceneritore RU
CentraleTermoelettrica Inceneritore RU Centrale Termoelettrica
mg/Nm3 g/kWhe mg/Nm3 g/kWhe mg/Nm3 g/kWhe mg/Nm3 g/kWhe
Polveri 9,2 0,08 -- 0,2 10 0,09 50 0.13
SO2 78 0,69 -- 3,5 100 0,9 400 1,08
NOx 230 2,0 -- 1,6 200 1,8 200 0,54
CO 14 0,124 35 0,09 14-50 0,12-0,44 35-250 0,1-0,67
(1) I dati relativi all’incenerimento sono ricavati in base ai valori medi di emissione di un campione sufficientemente rappresentativo della realtàitaliana. I fattori delle centrali termoelettriche sono ripresi dal Rapporto Ambientale 1997 dell’ENEL, ad esclusione del CO.
(2) I fattori di emissioni sono stati stimati in base ai limiti normativi e pertanto vanno intesi come valori massimi. Per le centrali si è assunto il mix dicombustibili impiegato per la produzione di energia in centrali termoelettriche (ENEL, Rapporto ambientale 2000)
EMISSIONI DI UN IMPIANTO DI RECUPERO ENERGETICO E DI UNA CENTRALE TERMOELETTRICA
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Emissioni lorde:
Emissione di CO2 fossile (1) 294
Emissioni di N2O (2) 31
Trasporto (3) 25
A) Totale 350 Emissioni evitate:
Produzione energia elettrica (4) 394
Riciclo materiali ferrosi (5) 34
B) Totale 428 Emissioni nette= A - B -78
(1) Si è assunto un contenuto di carbonio nel rifiuto indifferenziato pari al 23%, di cui i 2/3 provenienti da fonti rinnovabili.
(2) Si è assunto un fattore di emissione pari a 0,1 kg di N2O/t di RU combusto. Il potere riscaldante globale (GWP) del N2O è pari a 310 volte quello della CO2, su un orizzonte temporale di 100 anni.
(3) Si è assunto un fattore di emissione pari a 20 kg CO2 / tRU per il trasporto dei rifiuti e dei residui di trattamento.
(4) Rendimento di conversione medio in energia elettrica assunto per il recupero energetico: 22 %. Le emissioni evitate da fonti fossili sono state valutate sulla base del fattore medio di emissione di una centrale termoelettrica, pari a circa 700 g di CO2/kWhe prodotto (ENEL, Rapporto ambientale 2000).
(5) Si è assunto un recupero di circa 15 kg di materiali ferrosi / tRU combusto.
EMISSIONI DI GAS SERRA DA COMBUSTIONE RU (KgCO2/tRU )
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Relazione tra bacino di utenza e ciclo tecnologico
Con l’attuale produzione pro-capite media ed RD al 35%
Bacino minimo:
•285.000 abitanti con il ciclo “combustione del tal quale”
•500.000 abitanti con il ciclo “combustione CDR”
Taglia minima di riferimento: 100.000 t/anno
…. tra i fattori che condizionano le scelte, oltre a quelli ambientali
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TMB50.000 t/a
Perdite diprocesso
10
materiali
2
FOS alriutilizzo 3 Scarti
10-20
discarica
“CDR” 15-25
Co incenerimentocon rifiuti speciali
Produzionecombustibili
derivati
FOS 10
Ipotesi di ciclo di gestione dell’indifferenziatoper flussi medio-bassi
Tecnologie innovativedi rec.ro
energetico
energiaBioreattore
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Parametri significativi per l’impatto globale
Parametri significativi per l’impatto locale
(emissioni)
(emissioni)
mg/Nm3
g/m3
g/t g/kWh
g/h
(immissioni)
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ImmissioniConcentrazione di inquinanti in aria a livello del suolo
Valori tipici per i moderni impianti
NOx media annua 0,1-5 g/m3
max base oraria 5-10 g/m3
PCDD/PCDF media annua 0,5x10-6ng/m3TE