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Pirolisi:

la nuova era nello smaltimento, trasformazione e reciclaggio del rifiuto. Smaltimento del rifiuto ad alto recupero energetico, senza inquinamento solido e gassoso


[ Helen Clark ] human development report 2011


La sostenibilità non è esclusivamente o anche solo principalmente una questione ambientale; riguarda fondamentalmente il modo in cui scegliamo di vivere la nostra vita, con la consapevolezza che tutto quello che realizziamo ha conseguenze per noi oggi e per quelli che seguiranno nei secoli a venire.

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[ indice ]


Indice IBR group......................................................................................................................................................................................... 7 Pirolisi: i punti di forza................................................................................................................................................................... 8 Processo di lavorazione rifiuto...................................................................................................................................................... 9 Think global, act local................................................................................................................................................................... 10 Tipologie di rifiuti e materie trattabili........................................................................................................................................ 11 Rifiuti solidi urbani....................................................................................................................................................................... 12 Fanghi da processi di depurazione.............................................................................................................................................. 12 Fanghi petroliferi.......................................................................................................................................................................... 13 Biomassa........................................................................................................................................................................................ 13 Plastica........................................................................................................................................................................................... 14 Pneumatici..................................................................................................................................................................................... 15 Studi di fattibilitĂ preliminari...................................................................................................................................................... 17 > Impianto da 1,2 MWe a rifiuto indifferenziato.............................................................................................................................................................. 18 > Impianto di sola generazione elettrica da 1,2 MWe alimentato a pneumatici............................................................................................................ 19 > Impianto da 1 MWe per sola generazione elettrica alimentato a biomassa cellulosica.............................................................................................. 20

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essere sempre all’avanguardia, alla ricerca di una visione innovativa del proprio ruolo e del proprio lavoro


IBR group IBR Group si pone al servizio di quelle aziende ed Enti che desiderano essere sempre all’avanguardia, alla ricerca di una visione innovativa del proprio ruolo e del proprio lavoro, anche a vantaggio della collettività. Il continuo e progressivo aumento della popolazione, dell’urbanizzazione del suolo, della produzione di rifiuti generati da attività antropiche, rappresentano assieme al problema energetico le maggiori criticità a cui è necessario dare urgentemente una risposta ambientalmente sostenibile. L’Unione Europea ha definito una strategia di riduzione delle emissioni climalteranti del 20% entro il 2020 (Direttiva 2009/28/ CE) attraverso tre diversi principali obiettivi:

1. la riduzione dell’entità dei consumi globali di fonti energetiche; 2. la riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra; 3. l’aumento della produzione di energia da fonti rinnovabili.

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[ Pirolisi: la nuova era nello smaltimento, trasformazione e reciclaggio del rifiuto ]

Pirolisi: i punti di forza La pirolisi è il processo fondamentale ed innovativo sul quale si articola l’impianto di conversione energetica e consiste nella termo-decomposizione di materiali organici in assenza di ossigeno (preferibilmente con un basso contenuto in acqua, 45/50%). Il sistema si distingue nettamente dai comuni processi di utilizzo energetico attualmente in uso, in particolare per l’elevata qualità dei prodotti di pirolisi, che si traduce in: 1. Elevata qualità di combustione (cogenerazione) 2. Recupero energetico attraverso tecnologie efficiente 3. Riutilizzo in altri processi produttivi (cemento, bitume, fertilizzante) La scelta di un processo endotermico, condotto a temperature relativamente basse (400/600°C), consente un facile e migliore controllo del processo di distillazione, evitando la formazione di prodotti indesiderati e di particolato. La limitata quantità di fumi da depurare rispetto alla tradizionale combustione riduce i costi d’investimento del sistema d’abbattimento e favorisce la stessa fase di depurazione, aumentandone le rese. Oltre ai benefici strategici per il mercato dell’energia, i risparmi di combustibile (attraverso l’utilizzo di risorse rinnovabili e la cogenerazione) si traducono in emissioni evitate di CO2 equivalente, in linea con gli obiettivi fissati dal Protocollo di Kyoto e dal Protocollo 20-20-20 dell’Unione Europea.

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RIDUZIONE EMISSIONE GAS EFFETTO SERRA

ASSENZA DI EMISSIONI ODORIGENE

RECUPERO ENERGETICO DEL RIFIUTO / MATERIA PRIMA SECONDARIA

NESSUN SFRUTTAMENTO DEL SUOLO PER COLTURE ENERGETICHE

ASSENZA DI REFLUI INQUINANTI


[ Pirolisi: la nuova era nello smaltimento, trasformazione e reciclaggio del rifiuto ]

Processo di lavorazione rifiuto Elettrico Trattamento Gas

Syngas

Cogenerazione Termico

REATTORE PIROLITICO

Essiccatore

Olio sintesi

Raffreddamento

Carbone attivo

Gassificatore

Carbon Black

Trituratore Bitumi Mattoni Ceneri Conferimento materiale

Asfalti Concimi

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[ Pirolisi: la nuova era nello smaltimento, trasformazione e reciclaggio del rifiuto ]

Think global, act local Crediamo fortemente che la risoluzione delle problematiche energetiche ed ambientali dell’intero globo debba tradursi prima di tutto in un agire localmente nel proprio territorio. A tal proposito si prevede che l’installazione del sistema proposto comporti una riduzione degli impatti ambientali legati alla raccolta, recupero e smaltimento delle diverse tipologie di rifiuti solidi urbani e rifiuti speciali. A titolo esemplificativo se ne riportano alcuni: 1. L’impianto di pirolisi è auto-sostenibile: il combustibile è richiesto solo per le operazioni di start-up; 2. L’impianto di pirolisi non produce acque reflue effluenti dal sistema di depurazione dei gas; 3. Riduzione dei residui da inviare allo smaltimento in discarica: le ceneri rimanenti non sono tossiche e possono essere utilizzate per differenti applicazioni; 4. I metalli recuperati non sono ossidati e possono essere riutilizzati; 5. Il processo, inserito all’interno di un progetto a filiera corta, permette di ridurre l’impatto ambientale indotto dai trasporti su strada; 6. Il trattamento in pirolisi avviene in assenza di ossigeno (no combustione), essendo un procedimento a ciclo chiuso non presenta ne emissioni in atmosfera ne emissioni di odori.

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[ Pirolisi: la nuova era nello smaltimento, trasformazione e reciclaggio del rifiuto ]

Tipologie di rifiuti e materie trattabili Le principali tipologie di rifiuti trattabili con processo di pirolisi sono: > Rifiuti solidi urbani (RSU) > Differenti tipologie di plastica > Pneumatici usati e gomma > Residui del ciclo di recupero di autoveicoli rottamati > Rifiuti organici: trucioli di legno, segatura, fanghi oleosi, fanghi di pasta di carta, lettiere avicole,etc. > Rifiuti ospedalieri > Rifiuti elettrici ed elettronici non recuperabili: computer, cablaggi, etc. Tutti questi tipi di rifiuti ad oggi sono difficilmente o non completamente riciclabili, ragion per cui si ricorre allo smaltimento tramite incenerimento o avviamento a discarica controllata, che si traduce in un elevato inquinamento ambientale ed insalubre produzione di nano-particelle e diossine.

Applicazione

Materia prima utilizzata

Prodotti pirolisi

Recupero energetico dai rifiuti e dalle materie prime secondarie

• RSU • Plastica • Rifiuti medicinali • Gomma e pneumatici • Biomasse / legno • Fanghi biologici

• Energia elettrica • Vapore • Carbon black • Olio • Metalli non ossidati

Carbonizzazione

• Trucioli di legno • Fanghi biologici

• Combustibile solido • Fertilizzante

Bonifica dei terreni

Terre e rocce da scavo contaminate

Terre e rocce da scavo bonificate

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[ Pirolisi: la nuova era nello smaltimento, trasformazione e reciclaggio del rifiuto ]

Rifiuti solidi urbani La valorizzazione e l’utilizzo energetico di residui della separazione dei RSU, costituiti prevalentemente da plastiche, è un tema di grande attualità e notevole interesse tecnico, scientifico, normativo ed economico. Un impianto di pirolisi per la lavorazione di RSU può trattare: > RSU Indifferenziato; > RSU Differenziato (alto potere calorifico); > Miscela di RSU con altri rifiuti. Le prestazioni del sistema dipendono dalle caratteristiche dei rifiuti: un impianto di pirolisi da 3,6 MWe di potenza ( in grado di produrre 75 MWhe giornalieri) è in grado di gestire 120 ton/giorno di rifiuti garantendo cosi una elevata produzione di energia elettrica e termica.

Fanghi da processi di depurazione Per quanto riguarda i fanghi prodotti dal trattamento delle acque reflue, i problemi legati alla gestione sono innumerevoli: > Occupazione di grandi aree per lo smaltimento in discarica. > Problemi di gestione dovuti ad odori ed alto contenuto d’ acqua. > La riduzione volumetrica dei fanghi con essiccamento o incenerimento richiedono un elevato consumo di carburante. > .L’uso di fanghi come fertilizzanti è limitato a causa delle forti contaminazioni che essi presentano da metalli pesanti, agenti patogeni, parassiti, semi di erbe infestanti. Il trattamento dei fanghi con la pirolisi permette la diminuzione del loro volume mediante un trattamento di disidratazione meccanica, eliminando cosi i problemi di contaminazione con bio-sostanze . Inoltre l’energia viene generata senza immissione di carburante dall’esterno del processo. Alcuni dati di funzionamento Trattamento di 350 t/giorno di fanghi di depurazione, con contenuto di umidità 65-70%; Dopo la filtrazione meccanica del fango, la restante parte di materia è costituita da fango disidratato (circa il 15% del fango di partenza). Questa struttura auto-sostenuta sarà in grado di generare indicativamente 23 GW di energia elettrica su base annua. 12


[ Pirolisi: la nuova era nello smaltimento, trasformazione e reciclaggio del rifiuto ]

Fanghi petroliferi Il trattamento di fanghi petroliferi rappresenta un costo significativo sia dal punto di vista ambientale che da quello economico. Decine di migliaia di tonnellate di fanghi di petrolio sono generati ogni anno sia dalla fase di produzione di petrolio, che da quelle successive di stoccaggio, raffinazione e trasporto. Il problema relativo al deposito di fanghi è anche causato dalla fuoriuscita di petrolio dalle petroliere e piattaforme petrolifere, che come conseguenza hanno la contaminazione della sabbia e delle acque. Le specifiche di progettazione determinano la configurazione del sistema di pirolisi da adottare, ossia la scelta di procedere con lo smaltimento dei fanghi di petrolio con la produzione di energia elettrica diretta o con la produzione di bio-olio. Lo schema di pirolisi per la produzione di bio-olio può richiedere una ulteriore raffinazione del petrolio.

Biomassa La biomassa di tipo legnoso (paglia, sfalci, potature) rappresenta la parte rinnovabile dei materiali potenzialmente trattabili con il processo di pirolisi. Dal processo di pirolisi si genera syngas che viene utilizzato direttamente da un motore endotermico (cogeneratore) per la produzione di energia elettrica. Il bio-char (carbone) recuperato dalla biomassa lavorata, non essendo contaminato, può essere ulteriormente trattato (gassificatore) per produrre ulteriore energia elettrica o utilizzato per migliorare la fertilità del suolo aumentando la produttività agricola. Alcuni esempi di produzione: > 1,25 ton/h di trucioli di legno (pci 14 MJ/kg), tasso di umidità del 25%, generano circa 1,3 MWhe; > 4 ton/h di pollina (pci 10 MJ/kg) generano 2,3 MWhe.

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[ Pirolisi: la nuova era nello smaltimento, trasformazione e reciclaggio del rifiuto ]

Plastica Il riciclaggio diretto di rifiuti di plastica non è sempre fattibile, a causa di molteplici problemi legati ad una errata gestione nelle fasi di raccolta e differenziazione nonché a possibili contaminazioni dovute al ciclo produttivo di provenienza. I contenitori per alimenti e bevande sono un tipico esempio di queste criticità gestionale dei rifiuti: la plastica unita ad altri materiali (alluminio / laminato polimerico) è difficilmente separabile tramite un impianto di riciclaggio tradizionale; ad oggi il trattamento pirolitico risulta essere un’alternativa molto efficace. Dalla lavorazione della plastica è possibile ottenere: > Energia elettrica; > Olio di sintesi (idrocarburo). La quantità di energia elettrica e di olio di sintesi producibili dipendono dalla composizione della miscela plastica. La fonte primaria di materiali contenenti plastica trattabile con pirolisi viene da automobili, autocarri, autobus e elettrodomestici comuni. Il trattamento con pirolisi del Car-fluff, rispetto a quello dei Rifiuti solidi urbani, è caratterizzato da una maggior efficienza nella produzione di energia. Alcuni dati di produzione: > secondo le statistiche da parte dell’industria automobilistica solo negli Stati Uniti vengono generati circa 450 milioni di tonnellate di Car-fluff all’anno; > 9 ton / h di car-fluff con Pci = 21MJ/kg e il 20% di umidità sono in grado di generare 10 MWhe.

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[ Pirolisi: la nuova era nello smaltimento, trasformazione e reciclaggio del rifiuto ]

Pneumatici Lo smaltimento dei pneumatici esausti rappresenta un problema di notevole entità su scala mondiale; dal 2006 è fatto divieto di effettuare smaltimento in discarica, a favore del recupero materialistico ed energetico attraverso l’applicazione di tecnologie moderne ed efficienti, tra cui la pirolisi. Il pneumatico, opportunamente pre-trattato con un getto di acqua ad alta pressione (adeguamento volumetrico e recupero dell’acciaio), viene immesso nel reattore di pirolisi generando così syngas. Dalle ceneri residuali, mediante la raffinazione del particolato carbonioso in esse contenuto, è possibile produrre carbon-black (può essereutilizzato come filtro per asfalti o materia prima per prodotti tecnici in gomma di qualità bassa/media). Un altro prodotto ottenuto dalla lavorazione dei pneumatici è il residuo condensato (olio combustibile), che può essere utilizzato come combustibile in un motore diesel per cogenerazione o essere recuperato per altre applicazioni in caldaie o bruciatori. Alcuni dati di produzione: > Pneumatici lavorabili............................................................................................................15.000 ton/anno > Fili di acciaio recuperabili.......................................................................................................3.000 ton/anno > Gomma lavorabile ...............................................................................................................12.000 ton/anno > Residuo carbonioso prodotto ...............................................................................................4.800 ton/anno > Olio combustibile prodotto ................................................................................................... 2.400 klt/anno > Syngas prodotto..................................................................................................................... 5.000 km3/anno

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[ Studi di fattibilitĂ preliminari ]


[ Studi di fattibilitĂ preliminari ]

Impianto di cogenerazione da 1,2 MWp alimentato a rifiuto urbano indifferenziato CARATTERISTICHE TECNICHE NOMINALI

UM

VALORE

Produzione oraria elettrica

kWhe

1.200

Produzione oraria termica

kWht

1.500

kg/kWhe

1,85

ton/h

2,22

ton/anno

16.650

%

10

ton/anno

1.665

%

7

ore/anno

7.500

Produzione annua energia elettrica lorda

MWhe/anno

9.000

Autoconsumo annuo energia elettrica

MWhe/anno

630

Produzione annua energia elettrica

MWhe/anno

8.370

Produzione annua energia termica

MWht/anno

11.250

Consumo di matrice per kWhe prodotto Consumo orario di matrice Consumo annuo indifferenziato Ceneri prodotte Totale ceneri da smaltire come rifiuto Autoconsumo energia elettrica Ore lavoro annuo

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[ Studi di fattibilità preliminari ]

Impianto di sola generazione elettrica da 1,2 MWp alimentato a pneumatici CARATTERISTICHE DEL SISTEMA

SOLO EE

UNITÀ DI MISURA

4.800

kWt

Potenza al motore endotermico

3.600

kWt

Efficienza del Modulo

>75%

Potenza pirolizzatore

Calore all’evaporazione

1.000

Efficienza elettrica motore endotermico

>35%

Potenza elettrica generata

1.200

kWt kWe

Potenza termica a valle del modulo

0

kWt

Autoconsumi elettrici

50

kWhe

Autoconsumi elettrici sistema di dissipazione

0

kWhe

Ore equivalenti a pieno carico /annuo

7.500

Ore/anno

Energia termica fornita / anno

11.250

MWh/anno

0

MWh/anno

Energia richiesta in ingresso / anno

36.000

MWh/anno

Consumo pneumatici/ anno

5.500

ton/anno

Energia elettrica prodotta motore endotermico/anno

9.000

MWh/anno

Energia elettrica consumata ausiliari 17% forfettario

375

MWh/anno

0%

MWh/anno

8.625

MWh/anno

PRODUZIONE ENERGETICA ANNUALE

Energia termica scaricata / anno

% energia termica valorizzata/anno Energia elettrica valorizzata /anno

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[ Studi di fattibilità preliminari ]

Impianto da 1 MWp per sola generazione elettrica alimentato a biomassa cellulosica CARATTERISTICHE DEL SISTEMA

SOLO EE

UNITA’ DI MISURA

3.500

kWt

Potenza al motore endotermico

2.750

kWt

Efficienza del Modulo

>75%

Potenza pirolizzatore

Calore all’ evaporazione

1.000

Efficienza elettrica motore endotermico

>35%

Potenza elettrica generata

kWt

1.000

kWe

Potenza termica a valle del modulo

0

kWt

Autoconsumi elettrici

50

kWhe

Autoconsumi elettrici sistema di dissipazione

0

kWhe

PRODUZIONE ENERGETICA ANNUALE Ore equivalenti a pieno carico /annuo

8.000

Ore/anno

Energia termica fornita / anno

8.000

MWh/anno

Energia termica scaricata / anno

0

MWh/anno

Energia richiesta in ingresso / anno

28.000

MWh/anno

Consumo biomassa / anno

11.200

ton/anno

Energia elettrica prodotta motore endotermico/anno

8000

MWh/anno

Energia elettrica consumata ausiliari 17% forfettario

1360

MWh/anno

0%

MWh/anno

6.640

MWh/anno

% energia termica valorizzata/anno Energia elettrica valorizzata /anno

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Progetto grafico: VISUALGRAF.IT

IBR GROUP srl - Via Usodimare, 24 - 41012 Carpi (mo) italy - info@ibrgroupsrl.com - www.ibrgroupsrl.com

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La nuova era nello smaltimento.

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