Parte II: impianto COMPACT

Il presente studio sviluppa un'applicazione concreta per la produzione di green fuel mediante termolisi a ciclo chiuso di rifiuti residui provenienti dalla raccolta differenziata. Focalizzandosi su un impianto modulare denominato COMPACT (COmbustibili da Materiali Poveri Applicando Chimica e Termolisi), il lavoro analizza la valorizzazione di tre categorie di rifiuti: plasmix, frazione secca residua e scarti legnosi. Il sistema prevede un doppio stadio di termolisi che separa fisicamente la fase di pirolisi da quella di cracking, ottimizzando rendimento energetico e minimizzando le emissioni nocive. I risultati evidenziano la fattibilità tecnica e ambientale della proposta, suggerendo un'alternativa sostenibile ai termovalorizzatori tradizionali.

SVILUPPO DI UN'IPOTESI APPLICATIVA CONCRETA

Per dare concretezza alle configurazioni prese in esame nella Parte I [1] e per esprimere valutazioni realistiche in merito, si è scelto di definire un caso corrispondente a situazioni effettive di un territorio di riferimento anche in connessione con i processi decisionali in atto per attualizzare alcune scelte strategiche in materia di gestione rifiuti.

Il presente rapporto si focalizza su tre tipologie di materiali da trattare: - plasmix cioè le plastiche miste negli scarti del riciclo (scartati in quanto materiale non adatto a un efficace riciclo meccanico); - frazione residua proveniente dalla raccolta differenziata di RSU e relativo riciclo per riutilizzo; questa tipologia comprende sia il flusso corrente dell'attuale gestione dei rifiuti, sia gli stock accumulati per l'insufficiente capacità di smaltimento di questi materiali residui e le cosiddette ecoballe; - cippato e scarti legnosi.

Il trattamento inizia con un processamento meccanico del materiale per ottenere una pezzatura omogenea ed eventualmente miscelarla con additivi necessari per tamponare i componenti acidi. Il trattamento termico può essere di sola termolisi primaria o sola crackizzazione (termolisi secondaria) o combinando i due processi (Figura 1).

In tutte le soluzioni conviene trattare quantità non rilevanti per evitare che le disomogeneità di composizione possano dar luogo a variazioni che il sistema di controllo dei parametri di lavoro non riesca a gestire attraverso la portata in ingresso e l'immissione dei gas di copertura. In questa proposta, la versione suggerita è avviare i gas e vapori ottenuti dalla termolisi primaria alla termolisi secondaria per produrre combustibile costituito da green fuel arricchito in H2 e liquido equiparabile a gasolio.

Alla fine del trattamento gran parte del materiale in ingresso diventa materia seconda. Le scorie che restano della prima termolisi, costituite da metalli, carbone, ceneri ed inerti, previa stacciatura per la selezione dei metalli, sono vagliate e selezionate per recuperare il char e gli inerti.

In Figura 2 è mostrato in maniera schematica un modulo dell'impianto COMPACT, Combustibili da Materiali Poveri Applicando Chimica e Termolisi.

Il carattere innovativo dell'impianto consiste:
- nel tenere distinte la fase di termolisi da quella di cracking che avvengono in contenitori separati: la termolisi è effettuata in un contenitore inertizzato, riscaldato mediante uno scambiatore a tubi radianti, alimentato dai gas provenienti dalla reazione di cracking (termolisi secondaria); il rifiuto da trattare è posto su un nastro trasportatore che preleva il rifiuto opportunamente condizionato e lo espone a un campo di temperature di circa 480°C che opera la selezione a caldo attraverso la termolisi dei materiali organici.
- nel convogliare gas e vapori in uscita dalla termolisi nel reattore di cracking per la termolisi secondaria; l'energia necessaria per innescare l'intero processo viene introdotta nello scambiatore mediante un riscaldatore alimentato con i liquidi condensati,
- Il sistema è concepito a "flussi separati "ovvero i prodotti di pirolisi sono sempre separati dai flussi caldi che sostengono il riscaldamento che avviene mediante un generatore di fumi.

Si noti che molti processi di trattamento, anche con parziale separazione delle due fasi, solitamente espongono il rifiuto da trattare al contatto diretto con lo stadio di alimentazione energetica (combustione di una porzione del rifiuto stesso o del rifiuto frammisto ad altro combustibile).

Questa scelta genera le condizioni, stante l'eterogeneità dei materiali in trattamento, per l'immissione di inquinanti pericolosi di difficile rimozione.

QUANTITÀ, CARATTERISTICHE E POTENZIALITÀ DEL MATERIALE DA TRATTARE

Si considera il caso di 1 milione di abitanti dove si producono, su base annua, 500 mila di tonnellate di rifiuto. Di queste vengono
effettivamente riciclate una parte.

Il resto è costituito da residui secchi e materiale di ritorno dai conferimenti a riciclo nei quali prevalgono le plastiche. Conseguentemente sono disponibili per la produzione di green fuel circa 220 mila tonnellate di materiale residuo (Tabella 1 nel pdf).

I valori scelti sono coerenti con quanto emerge dal recente rapporto ISPRA sulla situazione dei Rifiuti Urban2023 [2].

Il calcolo che porta al 70 % la percentuale di plastica è stimato tenendo conto che della plastica prodotta in Italia il 59 % è avviato a discarica o ad incenerimento e il 41 % è avviato a riciclo [3].

Considerato che solo la metà di questa ultima quota è effettivamente riciclata per riuso come plastica, si ha attualmente la necessità di msmaltire il 70 % della plastica originariamente presente nei rifiuti.

Il miglioramento della raccolta differenziata si auspica sposti le percentuali sul totale dei rifiuti fino a 45 % avviato a discarica o combustione e 55 % destinata al riuso. Se si applicano le stesse percentuali alla plastica il valore 70 % come sopra definito diventa 72,5 %.

Separando le parti inerti che sono associate ai materiali con contenuto energetico si ha un potere calorifico medio di 31MJ/ kg.

L'inerte è stimato il 23% ed è composto da vetro, inerti e metalli. I valori sono desunti dal rapporto di Adrados et al. [4] e da quello di Wong et al. [5].

Risultano pertanto potenzialmente utilizzabili 7740 milioni di MJ (corrispondenti a 2,15 milioni di MWh).

La composizione media usata nei calcoli e relativo potere calorifico di ciascuna frazione, considerando 1000 kg di materiale da trattare, corrisponde a: - 600 kg di rifiuti plastici da imballaggi, con potere calorifico pari a 42 MJ/kg; - 167 kg di materiali plastici vari, carta, cartone, ecc, con potere calorifico pari a 35 MJ/kg; - 180 kg di vetro e inerti; - 53 kg di materiali metallici.

PRODOTTI IN USCITA OTTENIBILI AL VARIARE DEI MATERIALI IN INGRESSO E DEI TRATTAMENTI TERMICI ESEGUITI

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