sistemi compatti di eliminazione dei rifiuti con processi ... · la gestione rifiuti: problema o...
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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.
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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
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(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
SISTEMI COMPATTI DI ELIMINAZIONE DEI RIFIUTI: GASSIFICAZIONE AL PLASMA 21
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
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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
Harpa World Services
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