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TECNOLOGIE ALTERNATIVE PER IL TRATTAMENTO DEI RIFIUTI URBANI: IL PROGETTO THOR Paolo Plescia, Rosaria Sottile, Maria Tocino, Giuseppe Paoloni, Andrea Bianco, Luigi De Notaris CNR ASSING LISA1 Premessa

Il Progetto THOR uniniziativa nata nel 1999 come progetto di ricerca finanziata dal MIUR

nellambito della Legge 297/99. Lidea progettuale di THOR nasce dallesperienza che chi scrive ha

realizzato in ventanni di lavoro nellindustria mineraria, dove vengono applicate tecniche

economiche ma efficaci di separazione e arricchimento delle materie prime. Lidea di base,

utilizzare tecniche mineralurgiche per trattare grandi masse di rifiuti urbani, non nuova: gi questo

tipo di approccio veniva proposto negli USA e in alcuni paesi Europei negli anni 60 e 70, ma non

ha mai soppiantato le tecnologie dellincenerimento anche per labbassamento temporaneo dei costi

delle materie prime e laumento della richiesta di smaltimento. Solo negli ultimi dieci anni, a

seguito dellincremento dei costi delle materie prime e dellaumento della sensibilit sociale sul

problema dei rifiuti e con lavvento della raccolta differenziata si sono ristabilite le condizioni per

discutere di soluzioni alternative alla messa a dimora e allincenerimento, e in particolare le

soluzioni che prevedono il riutilizzo delle frazioni secche e il contemporaneo recupero delle frazioni

metalliche e inerti. THOR nasce quindi alla fine del XX secolo, in un nuovo scenario, collocandosi

tra le tecnologie a basso impatto ambientale e ad elevato livello tecnologico. Questo lavoro ne

traccia la storia e lo sviluppo.

Lo sviluppo del progetto Total HOusewaste Recycling THOR

THOR un insieme di tecnologie di trattamento, separazione ed arricchimento che assomiglia

molto ad unimpianto minerario. La logica di questo processo di separare quante pi materie

prime possibili prima di trattare il vero sovvallo, cio la frazione che non si riesce a trattare in modo

alternativo. La parte pi importante ed innovativa di THOR il mulino di micronizzazione,

realizzato da studi sugli effetti dellazione meccanica sui materiali, cio sulla meccanochimica.

1 Laboratorio con lIndustria per la Sicurezza Ambientale CNR ISMN ASSING SpA - Area della Ricerca Roma 1 Montelibretti (RM)

L I S A LABORATORIO con l INDUSTRIA per la SICUREZZA AMBIENTALE

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La meccanochimica una affascinante branca delle scienze chimiche che studia lattivazione di

reazioni chimiche utilizzando energia meccanica. Se vogliamo, ancora una parte poco nota della

chimica, appartiene alla schiera dei metodi poveri di preparazione perch non si usano sofisticate

tecniche al plasma e non fa uso di alte temperature ma normali ed economiche macchine di

macinazione per ottenere nanomateriali. I russi hanno usato la meccanochimica per decenni per

produrre leghe e materiali speciali per lindustria aerospaziale con risultati pi che ragguardevoli. Il

nostro gruppo di ricerca inizi a lavorare sullazione di attrito sui minerali e sulle rocce nel 1997 e

ci si accorse subito che la macinazione effettuata con macchine ad attrito ad elevata energia portava

inevitabilmente alla amorfizzazione, cio alla demolizione progressiva delle strutture cristalline.

Per taluni minerali, come nel caso dei carbonati, tale azione portava alla calcinazione del

minerale, cio alla perdita praticamente totale della CO2. Questa osservazione stata la base del

lavoro successivo sugli effetti dei sismi sulle rocce, che ha portato chi scrive alla dimostrazione

della possibile emissione di gas serra dalle aree sismicamente attive (1, 2, 3, 4). Per realizzare

condizioni di lavoro sempre pi vicine alla realt naturale furono progettate le prime macchine di

macinazione ad attrito di dimensioni industriali. Parallelamente, inizi lo studio degli effetti

meccanochimici sui rifiuti ed in particolare, dopo il primo brevetto sulla distruzione

meccanochimica dellamianto, furono studiati gli effetti della MC su idrocarburi, suoli contaminati,

PVC e materiali lignei con creosoto (traversine ferroviarie) (5, 6, 7). Nel 1999 venne proposta una

domanda di finanziamento MIUR ex 297/99 denominata THOR. Il progetto prevedeva

essezialmente due obiettivi: la realizzazione di un processo a freddo per la trasformazione dei

Rifiuti Solidi Urbani e la costruzione di un mulino ad attrito di dimensioni adatte ad un uso

industriale. Questo era il vero problema che limitava luso della meccanochimica nellindustria:

infatti, al 2001, non esistevano macchine capaci di realizzare processi MC se non a livello di

laboratorio. Furono svolti molti test con macchine prodotte in Australia e in Russia, ma i risultati

che si ottennero nei test non erano adeguati alle aspettative. Per questo motivo fu necessario

progettare un nuovo sistema, che utilizzasse il principio dellattrito indotto da rotazione eccentrica

ma che superasse le difficolt intrinseche nei sistemi a nutazione o a eccentrici. Il primo progetto

del mulino, il THOR 1, fu rilasciato nel 2003, a dicembre dello stesso anno un primo impianto

pilota fu montato nellarea di ricerca di Montelibretti (RM) dalla ASSING SpA. Tale sistema era un

interessante esempio di ingegneria applicata alla preparazione di pubblicazioni scientifiche, ma era

scarsamente utilizzabile: la macchina, per stare a terra, era ancorata con una base autolivellante da

60 tonnellate di peso ed era montata su ammortizzatori pneumatici gestiti via computer. Le prove

furono condotte fino al 2004, quando si abbandon la prima farraginosa soluzione per ridisegnare

completamente il mulino. Nacque cos il THOR II, nella versione pilota alla quale segu la versione

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industriale del 2007 (figura 1). Il mulino THOR II un mulino a planetario che lavora solo per

attrito e non per urto. La sua costruzione stata curata in modo particolare per ottimizzare i

problemi di caricamento e di vibrazione. La macchina stata realizzata con acciai speciali corazzati

con lamine ceramiche, per evitare la contaminazione da ferro del prodotto. THOR II dotata nella

sua versione da produzione di quattro giare di macinazione caricate e scaricate pneumaticamente,

che ruotano a velocit comprese tra 20 e 50 Hz e che permettono di raggiungere attriti di entit

superiori a 8000 atmosfere. La macchina attuale (THOR II) installata attualmente presso

limpianto sperimentale di Torrenova, sito nelle vicinanze di Capo DOrlando (Messina).

Attualmente lunica macchina esistente al mondo che pu svolgere unazione meccanochimica a

livello industriale, con tempi di lavoro ridotti ed elevata produttivit.

Figura 1: Il nuovo mulino progettato e realizzato dalla ASSING SpA inserito nellimpianto pilota e schema della movimentazione delle masse macinanti nel mulino a planetario

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Il circuito industriale Il complesso di macchine che viene chiamato per brevit THOR costituito da vari apparati, che

sono realizzati con lo scopo di ridurre il pi possibile la frazione non recuperabile e invece di

concentrare le materie prime (metalli, inerti, combustibili). Per arrivare a questa performance si

utilizzano diverse tecniche (figura 2):

- frantumazione e vagliatura

- separazioni magnetiche dei metalli ferrosi

- separazioni dei metalli non ferrosi mediante correnti parassite

- separazione degli inerti attraverso una divisione balistica

- eventuale separazione e arricchimento di una frazione compounds fatta da gomme, PVC e

altre plastiche pesanti

Lultimo trattamento, effettuato sul sovvallo di questi trattamenti preliminari di separazione e

arricchimento, realizzato mediante una micronizzazione, effettuata tramite un mulino di nuova

generazione, realizzato sul modello concettuale del mulino a planetario, tale da realizzare una

macinazione per attrito e non per urto e nel quale si ottengono sforzi di attrito superiori alle 8 kbar. I

materiali organici, cellulosa, legno, carta, cartone, polimeri di vario genere, vengono cos

delaminati in forme sempre pi sottili, fino ad arrivare a polveri estremamente ridotte nelle

dimensioni. Queste polveri hanno una caratteristica chimico-fisica estremamente interessante:

- elevata superficie specifica, maggiore di 40 mq/g contro 0.1 2 mq/g del tal quale

- elevato potere calorifico, maggiore di 20 MJ/kg contro i 12-15 MJ/kg del tal quale

- inerti, vetro e metalli assenti (tolti prima della micronizzazione)

La polvere per viene ulteriormente raffinata prima di diventare il vero e proprio combustibile. Ci

viene realizzato mediante ciclonatura. Per ottenere una differenzazione efficace il prodotto della

micronizzazione viene inumidito dallo stesso vapore che deriva dal processo e, nel caso, da una

quantit nota di vapore che viene spinto nel ciclone. Tale vapore tende a far coalescere le particelle

igroscopiche, quali i sali di metalli e alogenati, mentre ininfluente nei confronti delle particelle

polimeriche. Ci troveremo quindi di fronte a due tipi di particelle, pi grossolane e pesanti e pi

leggere e piccole, che vengono facilmente selezionate dalla ciclonatura.

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Figura 2: Schema dellimpianto THOR II; aprisacco, nastro 1. separatore ferrosi

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