tecniche produzione syngas

5/14/2018 Tecniche produzione syngas - slidepdf.com

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LE TECNOLOGI E PER LA PRODUZI ONE DEL SYNGAS

PARTE PRI MA

La metanizzazione dei rifiuti provenienti dalle attività urbane, agricole e industriali conviene quandoi rifiuti contengono una elevata percentuale d’acqua (almeno il 60%). Esiste un campo diinterregno, più o meno tra i valori 41-55% di MS (materia secca) in cui la tecnologia può esserescelta tenendo conto di tutta una serie di parametri. Se la materia secca é uguale o superiore al55% diventa conveniente essiccare il materiale usando il calore prodotto dall’impianto (in genere si

tratta del calore non nobile, cioé flussi d’aria a 50-60°C provenienti dai motori che non vengonoutilizzati per la produzione di vapore o per il teleriscaldamento) e utilizzare le tecnologie per laproduzione del Syngas. Il Syngas é un gas di sintesi prodotto attraverso due procedimenti base : lapirolisi e la gassificazione (spesso entrambi) seguiti da processi che hanno diverse funzioni, la piùimportante delle quali é la « pulizia » o purificazione del Syngas. Richiamiamo brevemente alcunenozioni di base sul Syngas prima di parlare delle tecnologie più importanti per la sua produzione.Il Syngas si ricava direttamente dalla degradazione ad alta temperatura di tutto ciò che contienecarbonio, idrogeno ed ossigeno, cioé la materia organica (parte organica dei RSU, acque deidepuratori, residui animali e vegetali, rifiuti di animali, industriali, rifiuti medici pericolosi dagliospedali, fanghi di depurazione delle acque di fogna, scarti di macellazione, residui vegetali, oliminerali, solventi, legno, carta, plastiche e simili). Il processo ad alta temperatura (850°C-1200°C eoltre) “rompe” le molecole lunghe trasformandole essenzialmente in Idrogeno e CO (che é un

combustibile), ed altre sostanze utili o da eliminare. L’alta temperatura elimina ogni forma di vitabatterica, non c’é combustione perché il processo avviene in atmosfera di azoto (senza ossigeno)nel caso dei procedimenti pirolitici e con una modestissima quantità di ossigeno nei processi digassificazione (l’ossigeno serve per ossidare alcune sostanze che si formano nella gassificazione).Alcuni impianti comprendono entrambi i processi. Nel processo complessivo ogni inquinante vieneeliminato, le emissioni sono bassissime, o estremamente ridotte rispetto ai processi ditermovalorizzazione. Riassumendo abbiamo: PI ROLI SI = degradazione termica del materiale inassenza di aria (ossigeno) con produzione di Syngas, eventualmente oli, carbone.GASSI FI CAZI ONE = scomposizione del materiale con riconversione delle molecole in Syngas inatmosfera ad ossigeno rarefatto con controllo accurato dello stesso. Anche in questo processo diproduce carbone.La composizione del Syngas varia da processo a processo, il processo viene scelto in funzione dei

materiali da gassificare. Più abbiamo a che fare con materiali monocomposti (es. Legno) piùl’ impianto é relativamente semplice e controllabile. Nel caso di materiali compositi (es. Rifiutiurbani) il processo é più complesso. Anche un non esperto comprenderà che quando sono in giocotemperature superiori agli 850°C e gas pericolosi come l’idrogeno, le tecnologie devono essere atutta prova. Una volta prodotto il gas e purificatolo, la sua utilizzazione é semplice come per ilbiogas. Come vedremo nella e-news 5 le tecnologie sono fondamentalmente tre: cogeneratori,turbine e fuel cells. Il problema sta tutto nella produzione del gas, pertanto esamineremo casiconcreti nel dettaglio sino alla produzione e purificazione del Syngas, lasciando alla e-news 5 ilcompito di spiegare le tecnologie che trasformano il Syngas ed il Biogas in energia termica edelettrica.Sul Syngas esiste una vastissima letteratura, anche troppa per una tecnologia che non ha moltisssime applicazioni validate. In molti casi si tratta di teorie o di dati riferiti a sperimentazioni,

prototipi, vecchi o vecchissimi impianti. Insomma la confusione é tanta. Questo scritto, e tutti i dati in esso contenuti, si riferiscono strettamente a impianti esistenti, validati da organismi internazionali, certificati secondo le norme europee o statunitensi o canadesi, tutte molto stringenti per i parametri am bientali.

http://www.minambiente.it/

http://www.comune.penne.pe.it/pac/partner/SII.ht

http://www.comune.penne.pe.it/pac/partner/SII.ht

http://www.sustenergy.org/tpl/page.cfm?pageName=home&pagID=&Lang=i



Cominciamo con le tecnlogie più semplici che però contengono i principi fondamentali di quelle piùcomplesse.SYNGAS DAL LEGNO. È una delle tecnologie più semplici perché il materiale si presta allo scopo. Illegno deve avere dimensioni massime e minime prestabilite con una granulometria sufficientementeestesa. In pratica i «pezzetti di legno» devono avere una superficie variabile da 25 sino a 60 mmqcon una lunghezza che va da 25 a 150 mm. I pezzi più grandi costituiscono più del 50% del totale.Ovviamente c’é una macchina trituratrice che fa questo lavoro, per cui é sufficiente infilarci il troncoed il resto va da se. Il legno così dimensionato va a finire in uno o più contenitori (grossi più o menocome dei comuni container) dove viene essiccato dall’aria calda che é prodotta dall’impianto stesso.

Come si vede dall’immagine é sufficente la presenza di un operatore all’interno del sollevatore ditronchi, tutto il resto avviene automaticamente. (gentile concessione da Biomass Engineering)Il legno essiccato viene avviato automaticamente al gassificatore dove viene trasformato in gasgrazie all’alta temperatura in atmosfera di azoto. I residui solidi della combustione (cenere ecarbone) vengono allontanati mediante un sistema di griglie.Il gas prodotto non può essere utilizzato tal quale sia per l’altissima temperatura, sia perchécontiene cenere in sospensione. Il gas viene quindi filtrato da un filtro in ceramica con pori inferioriai 5 micron e quindi inviato ad un sistema di raffreddamento e ad un altro sistema di filtri a carboniattivi. In questo modo le polveri sottili e altre sostanze dannose per l’atmosfera (e per i motori)vengono eliminate. Il calore ovviamente viene recuperato.



Nelle immagini si vedono un gassificatore (sx) ed un filtro (dx) di un modulo da 250 kWe (kilowattelettrici). Nella fotografia sottostante si può vedere come un intero modulo (gassificatore filtro) da250 kWe é pre-assemblato in stabilimento e può essere trasportato su un normale rimorchio.

Inutile dire che, data l’altissima tecnologia utilizzata e l’enorme numero dei componenti, tuttol’impianto viene realizzato in stabilimento e viene poi assemblato da tecnici altamente specializzatisul posto di funzionamento. Il «fai da te» in questi impianti costituisce un’altra leggenda



metropolitana come quella dell’impianto « chiavi in mano » che quasi si può comprare alsupermercato. In effetti dato l’altissimo numero di pubblicazioni che riguardano questi impianti sipotrebbe quasi arrivare a credere che debba trattarsi di qualcosa che é assimilabile (come facilitàtecnologica) ad un’automobile un po’ particolare e pertanto ci si aspetta di trovarla un po’ ovunque.Leggendo con attenzione queste pubblicazioni ci si accorge che dicono tutto e l’esatto contrario, peresempio sulle temperature di esercizio c’é veramente tutto, anche il ridicolo. Il fatto che di impiantifunzionanti da 3-4 anni ve ne siano pochissimi dovrebbe far riflettere. Internet fa si chepubblicazioni che risalgono a 20 anni fa vengano assemblate insieme a pubblicazioni recentissimecon quello che ne consegue. Questo scritto presenta casi reali, funzionanti, validati da certificazioni

internazionali, proprio per dare pochi elementi concreti che possono indirizzare i lettori (spessoamministratori pubblici) verso questao quella tecnologia, dopo di che ci si deve affidare a consulenti professionisti del ramo.Continuando la descrizione, necessariamente sommaria, dell’impianto a legno, il gas, finalmentepurificato e raffreddato viene utilizzato da una macchina che produce energia elettrica e calore. Quidescriviamo brevemente il caso di un comune cogeneratore, attualmente il più usato sia perl’assoluta affidabilità (cioé durata certificata negli anni) sia per l’economicità relativa rispetto adaltre tecnologie pure affidabili, per esempio le turbine, più costose, ma altrettanto affidabili, o lefuel cells, più costose delle turbine, meno testate, ma più redditizie ed impagabilmente più adatteall’ambiente.

Il gas va ad alimentare un cogeneratore (un motore tipo Maybach o Jenbacher per esempio) cheproduce energia elettrica con una efficienza del 30-35% e calore.

Questo il bilancio energetico e le emissioni di un impianto del genere.Diamo l’Input e l’Output di un impianto in funzione da 500 kW: (i valori si riferiscono ad un’ora di

funzionamento). I n p u t : 495 kg. di legna con umidità del15%. I n p u t : 848 kg di aria. O u tp u t : 32,4di cenere e carbone. O u tp u t : gas umido 1310,5 kg Deumidificazione: viene sottratto il condensatoumido pari a 47,2 kg. ed il rimanente gas secco, 1263 kg, viene inviato a motore.Il potere calorifico inferiore del gas é di 4,7 MJ/Nmc mentre quello superiore é di 5,2 MJ/Nmc (paririspettivamente a 1123 kcal o 1,3 kW e 1243 kcal o 1,44 kW – per raffronto diamo i poteri calorificidel metano in, rispettivamente, 8570 e 9530 kcal/Nmc, cioé da 36 a 40 MJ/Nmc).O u tp u t : calore recuperabile dalla deumidificazione 228 kWt per ora Output: calore recuperabile daigas esausti del motore 355 kWt. O u tp u t : calore recuperabile dal motore 369 kWt Calore totale =952 kWt per ora.O u tp u t : elettricità prodotta 537 kWe di cui 35 kW vengono utilizzati dall’impianto, per cui nettirisultano502 kWe per oraRapporto energia prodotta energia immessa, considerando il legnocompletamente secco = 26,4%(ma in realtà dipende moltissimo dal tipo di legno e dall’umidità

reale)In pratica si ricava 1 kw per ogni kg di legno, considerando che il legno ha poteri calorificivariabili da3000 a 3800 kcal/kg, cioé 3,5-4,4 kW/kg si vede come in effetti la ratio tra caloreprodotto utilizzabileed energia elettrica prodotta sia pari a 1,9, cioé il calore prodotto é quasi ildoppio dell’energia elettricaprodotta. Questo é un dato significativo per la scelta del sistema ditrasformazione del syngas inenergia.Un ultimo cenno alle emissioni del motore :CO= 0,0024 vol%CO2= 14,5 vol%N2 + Ar (azoto edargon) = 69,7 vol%H2O= 12,8 vol%O2= 3 vol%Per il resto abbiamo 9,1 kg/ora di ceneri volatili e 23,3 kg/h di carbone estratti dal gassificatore edalprimo filtro a caldo e 47,2 kg/h di condensato. In pratica non ci sono emeissioni, se nonquelledescritte, anche perché questo é un impianto elementare ed la fonte di energia é il legno.Evidentemente non c’é paragone con i normali impianti che funzionano a combustione. Daremoinvece quadri di confronto per gli impianti di gassificazione dei rifiuti perché le differenze tra questi

e gli inceneritori a recupero di energia (i così detti termovalorizzatori) ci sono e vannoevidenziate.Per finire ecco uno schema semplice per il legno:



La tecnologia per Il syngas trova nella gassificazione dei rifiuti la sua applicazione principale. Irifiutiurbani sono un problema, sopratutto in Italia. Altrove sono una fonte di ricchezza. Tutticonosciamo itrattamenti a cui sono sottoposti : discarica o inceneritore. Se realizzate correttamenteanche questedue tecnologie possono essere considerate come una fonte di energia (ne vedremo idati piùsignificativi). Spesso pero’ non lo sono, sicuramente non lo sono state.Evidenziamo il contesto in cui operiamo, visto che ci serviamo di dati validati, non interpolati.Il

rifiuto é composto da una parte organica alimentare (gli scarti di cucina), altre sostanzeorganichebiodegradabili, sostanze organiche non biodegradabili (o biodegradabili in secoli),sostanzeinorganiche. Il composto organico é quello composto da carbonio, idrogeno, ossigeno +altri elementinon sempre desiderabili (i metalli pesanti sono quasi sempre presenti e non separabilia monte).Diamo per assodato che ferro, alluminio, vetro, siano già stati separati a monte.Percompletezza d’informazione diamo la composizione chimica di alcune sostanze molto comuni :Lacarta é composta da cellulosa, cioé C6H10O5 , il PVC da H2C=CHCl, il glucosio da C6H12O6,latetraclorodibenzodiossina (TCDD) da C12H4Cl4O2, (tristemente noto erbicida). Queste sostanze,per ilsolo effetto della temperatura, si dissociano (si « rompono ») e diventano CO (monossido dicarbonio),H2, idrogeno, CO2 (anidride carbonica) , CH4 (metano) e purtroppo si formano ancheacidi HCl (acidocloridico) per esempio, H2S (acido solforoso o idrogeno solforato), NH3(ammoniaca) ed altri composti,tutti poco graditi, dall’ambiente e dai motori.

I termini del problema sono evidenti, dalla gassificazione (e anche dalla pirolisi) si formanosostanzeutili che si trasformano poi in energia, sostanze inutili non velenose, come l’anidridecarbonica,sostanze inutili e pericolose. Come evitiamo o riduciamo a livelli compatibili conl’ambiente questesostanze inutili (pericolose o meno) ?La tecnologia ci dà una mano per cui dai moderni gassificatori esce syngas praticamente puro(cioécomposto solo da elementi utili, idrogeno, metano e monossido di carbonio, prima di tutto) escorieinerti ed utilizzabili. Vediamo prima schematicamente come funziona un processo standard epoientriamo nei particolari di un impianto esistente paragonato a impianti di termovalorizzazione.



ESEMPI O N°1: Impianto di gassificazione dei rifiuti ultimi, cioé di quei rifiuti residui dalla raccoltadifferenziata, in pratica plastiche, carte contaminate da residui di cibo o bevande, legno di scarto,cartoni con colle di vario tipo, scarti dei rifiuti raccolti per il riciclaggio (in media sono il 15% diquelli differenziati) ecc.. Vengono presi in esame due impianti simili per capacità e tipologia di rifiutiin modo da estrarre dati omogenei da paragonare tra loro.

ESEMPI O N°2: impianto di gassificazione di rifiuti urbani non differenziati.

DATI DI BASE (dati certificati in un impianto europeo) Gassificatore Capacità del modulo digassificazione 12,1 tonn/h, cioé 289 t/giorno Ciclo giornaliero del reattore 24h/24/h Moduli del

reattore n°2 (ci sono sempre almeno due moduli per consentire il fermo di uno dei due per lenormali manutenzioni, sostituzioni, ecc.) Numero medio di ore di funzionamento 7500 h/annoCapacità totale di trattamento 181.500 tonn/anno (90.750 t/modulo anno).

DATI D I B ASE (dati certificati in un impianto europeo) Termovalorizzatore Capacità del modulo digassificazione 11,3 tonn/h, cioé 272 t/giorno Ciclo giornaliero del reattore 24h/24/h Moduli deltermovalorizzatore n°2 (ci sono sempre almeno due moduli per consentire il fermo di uno dei dueper le normali manutenzioni, sostituzioni, ecc.) Numero medio di ore di funzionamento 7446 h/annoCapacità totale di trattamento 168.776 tonn/anno (84.388 t/modulo anno) I due impianti si trovanonella stessa nazione europea.



Cara t t e r is t i ca de i res idu i da t r a t t a re

Funzionamento de l gass i f i ca to re : Compattazione dei rifiuti : i rifiuti vengono compattati, ridottiin pacchetti omogenei e trasportati meccanicamente in un tunnel per la degassificazioneDegassi f icazione: una volta che il tunnel é pieno il materiale, viene riscaldato per via indiretta (ilcalore proviene dal processo). In questo modo il materiale é disidratato ed in parte degassificato (igas prodotti sono aspirati)Gassi f icazione: sia i residui carboniosi che si sono formati durante la degassificazione, sia ilmateriale essiccato viene gassificato ad alta temperatura (si possono raggiungere i 2000°C) conl’aggiunta di ossigeno dosato in atmosfera di vapore d’acqua. Con un tempo di ritenzione di almeno2 secondi ed con temperature del gas superiori a 1200°C gli idrocarburi clorati, le diossine, i furanie gli altri composti organici sono integralmente decomposti, i componenti del syngas sono quindi :Idrogeno, Anidride carbonica, Monossido di carbonio, acqua.Separaz ione de i met a l l i e de l le sostanze m inera l i : I componenti inorganici metallici e minerali

sono fusi nel reattore a temperature di circa 2000°C. Il materiale fuso cola lungo la parete inferioredel reattore. Si formano due fasi stabili a 1600°C (sostanze minerali e metalli). Il materiale fuso éraffreddato istantaneamente, in questo modo i metalli si separano dai minerali. La qualità deiminerali vetrificati é analoga a quella dei prodotti nturali e quindi possono essere usati nellecostruzioni, i metalli sono pronti per l’industria metallurgica.Pur i f i caz ione de l gas d i s in tes i : Il gas viene portato in modo ultra rapido da 1200° a 90°C permezzo dell’acqua, in questo modo si impedisce il riformarsi degli idrocarburi clorati. Il syngas vienequindi purificato attraverso un processo a stadi differenti nei quali le sostanze inquinanti sonoassorbito o condensate. A questo punto il gas é pronto per l’utilizzo.Pur i f i caz ione de l l ’acqua d i p r ocesso: L’acqua proveniente dalla frazione umida dei rifiuti e dallereazioni del gassificatore é purificata ed utilizzata per il raffreddamento interno al processo. Il sale,il concentrato di zinco e lo zolfo recuperati possono essere venduti all’industria. Tutti i prodottiintermedi risultanti dalle fasi di purificazione sono ricondotti all’interno del processo ditrasformazione.Di seguito viene dato uno schema che raccoglie i dati principali in INPUT e OUTPUT dall’impianto. Èstata calcolata la produzione di elettricità dal Syngas considerando una turbina a gas con il 55% diefficienza elettrica. Pressappoco il 30%, cioé 96.776 MWt, é il calore annuo ottenibile dall’impianto.Non é possibile dare uno schema di confronto esatto con un termovalorizzatore perché le vociINPUT/OUTPUT sono evidentemente diverse. Si possono però paragonare diversi elementi chesaranno raf frontati in un quadro unico alla fine della trattazione. Vi é da notare che i dati sottoindicati riguardano un impianto datato (2001) come il termovalorizzatore. Mentre per itermovalorizzatori in questi ultimi anni i progressi sono stati limitati (a partire dalla generazione2001), per i gassif icatori c’é stata una accelarazione dovuta ad una serie di considerazionieconomiche e sociali per cui il progresso che prima avveniva in 10 anni ora avviene in un anno, perquesto motivo, nel secondo esempio, verranno presi gli stessi dati che verranno utilizzati percalcolare ciò che oggi si può ottenere con un moderno gassificato in funzione.



Rif i u t i l i qu id i : non v i sono r i f i u t i l i qu id iR i f i u t i gassosi : sono que l l i e lenca t i ne l l a tabe l l a so t tos tan t e .

QUALITA DELL’ARIA GASSIFICATORE dati 2001Parametro Unità di misura Val. misuratoCO (monossido di carbonio) mg/Nmc 5,00Particolato mg/Nmc <10Cadmio ug/Nmc 1,50Piombo ug/Nmc -Mercurio ug/Nmc 12,50Diossine/furani ng/Nmc 0,01HF ng/Nmc 8,00HCl mg/Nmc 0,15

SO2 mg/Nmc 1,50Ossidi di azoto ppmv 10,00Materia organica ppmv -



Ri f iu t i so l id i : Non ci sono rifiuti solidi, tutti i materiali provenienti dal processo sono valorizzabili.Vediamo ora quello che accade nel termovalorizzatore.Processo: si tratta di un processo tipo «mass burning» il che significa che i rifiuti sono addottialtermovalorizzatore senza pre-trattamento a monte.Alimentazione: i rifiuti scaricati dai camion in una fossa sono addotti da un sistema automaticoall’alimentatore del forno, il forno opera ad una pressione inferiore a quella esterna per evitareritornidi fiamma. Tutto il processo é automatico.I n cen e r i m e n to : Ciascuna unità di combustione include una griglia mobile inclinata di 18° dotate di

sbarre fisse e mobili in modo da garantire una combustione ottimale. Il sistema di griglie permettedi dividere il processo in quattro fasi : essiccazione, accensione, combustione, finitura. Dopo lacombustione i residui e le ceneri sono scaricati nel vano ceneri sotto la griglia. Le barre sonoraffreddate da acqua circolante, il calore viene recuperato per l’essiccamento e/o vendutoall’esterno per il teleriscaldamento.Post combus t ione : la camera di post combustione é situata al di sopra della camera dicombustione principale della griglia, in questo modo i fumi vi salgono naturalmente. L’ariasecondaria é comandata automaticamente ed una serie di ugelli tangenziali mette in rotazione ifumi nella camera di post combustione, in questo modo si ha una post-combustione ottimale deigas ed una ripartizione regolare dei flussi e delle temperature.Generaz ione de l vapore : il calore contenuto nei tubi produce vapore che arriva alle turbine a441°C e a 850 PSI. Il vapore in uscita é condensato, inviato a un degassificatore e poi torna alsistema.Pur i f i caz ione de i gas d i combust ione : per controllare gli ossidi di azoto ci si serve di unasoluzione di urea iniettata direttamente nella camera di combustione. L’urea reagisce con gli ossidiformando azoto (N2) e acqua. Per controllare degli acidi gassosi e degli ossidi di zolfo ci si serve diun lavaggio a secco mediante una soluzione di calce. Per il controllo dei metalli, delle diossine e deifurani si inietta carbone attivo nell’effluente gassoso a valle del lavaggio a secco. Infine il gas passaattraverso filtri al fine di trattenere le particelle residuali ed il carbone attivo. L’effluente cosìpurificato viene immesso nell’atmosfera.Pur i f i caz ione de l l ’acqua d i p rocesso: il sistema comprende filtri a carbone, undemineralizzatore, stoccaggio e neutralizzatore. I filtri permettono di trattenere i solidi insospensione e di eliminare il cloro contenuto nell’acqua (si tratta di rete municipale, perciò clorata).Una volta purificata l’acqua é addizzionata di un agente inibitore della corrosione e di un agentedispensante il ferro.

Nella fo to il forno di un m oderno termovalorizzatore

I NPUT/ OUTPUT Ri f iu t i gassos i : il gas contiene particelle di ossidi di zolfo (SO2 e SO3), ossidid’azoto (NOx), acidi (HCl e HF), monossido di carbonio, idrocarburi insaturi, metalli, diossine efurani. Vi possono essere delle perdite di vapore nei «bollitori» per il vapore causate da sbalzi dipressione. Rifiuti liquiidi: Non vi sono rifiuti liquidi, tutta l’acqua usata é riciclata continuamente nelprocesso. Rifiuti solidi: le ceneri, i residui solidi carboniosi e gli inerti risultanti dal processo sonoaddotti fuori dal sistema per mezzo di un nastro automatico, quindi devono essere portate a



discarica. Le ceneri volanti devono essere stabilizzate (per vitrificazione o altro) prima di essereportate a discarica. I rifiuti solidi di dimensioni più grandi sono prima riversati in uncontenitore/fossa e poi portati a discarica direttamente con dei camion. Le ceneri derivanti dallapulizia dei filtri sono addotte in appositi contenitori prima di essere evacuate come le altre ceneri. Imetalli recuperati nelle ceneri sono separati per vibrazione e quindi caricati direttamente suicamion.

Questo prospetto, confrontato con quello relativo al gassificatore ci dice che le emissioni sonoquantitativamente più importanti di 4,6 volte rif erite alle concentrazione per Nmc. Ovviamente sitralascia il discorso qualitativo (che é il più importante), ma si deve far notare come la quantità diemissione é 7 volte superiore nell’inceneritore rispetto al gassificatore. Sono rapporti impropri



perché riguardano sostanze diverse, li diamo unicamente per dare al lettore ordini di grandezza.Laddove invece i numeri sono padroni il paragone é eclatante. Si veda la tabella sottostante in cuisono messe a confronto le quantità di alcuni elementi particolarmente importanti : ossigenoconsumato nei processi e residui.

Tralasciamo per ora il raffronto tra le elettricità prodotte e l’ossigeno consumato nella conversionedel Syngas in elettricità, perché faremo questo con il secondo esempio. Guardiamo l’ossigenoconsumato nei processi di eliminazione di rifiuti: L’inceneritore consuma 2047 kg di ossigeno controi 117 kg del gassificatore, cioé 17 volte tanto per ogni tonnellata di rifiuti trattati. Il bilancio annuoé: 346000 tonnellate di ossigeno per 169000 tonnellate di rifiuti contro 21274 tonnellate per181500.Il composto derivato dalla combustione dell’ossigeno é l’anidride carbonica, altri composti siformano, ma come si vede dal quadro delle emissioni del termovalorizzatore, pur assumendo valoriimportanti per la salute umana, quantitativamente non sono paragonabili alla produzione di CO2.Possiamo affermare che quasi tutto l’ossigeno viene trasfomato in CO2 dalla combustione, poichéper bruciare una mole di Carbonio (12) occorre una mole di ossigeno (32) abbiamo che per 2040 kgdi ossigeno consumato produciamo circa 2800 kg. di CO2, ovvero una tonnellata di rifiuti « costa »all’ambiente 2,8 tonnellate di CO2 contro i 160 kg. di CO2 del trattamento con il gassificatore, uneffetto serra 17 volte superiore solo per quanto riguarda la CO2.

Un altro problema é dato dalle polveri sottili (cenere) che devono essere vetrificate perché nonpossono essere smaltite tal quali, si tratta di 47 kg per ogni tonnellata di rifiuti (7937 tonn/anno perl’impianto in esame). Non é un fattore trascurabile perché la vetrificazione vuol dire altro caloreottenuto consumando altra energia.Per ultimare le cosiderazioni occorre prendere in esame la produzione di elettricità a partire dalSyngas. Come accennato prenderemo in esame le moderne tecnologie disponibili facendo unesempio concreto. Non scenderemo nei particolari delle emissioni perché queste sono inferiori aquelle già presentate.

ESEMPI O N°2Impianto di gassificazione con produzione di energia elettrica mediante turbine a gas e a vapore.Per poter fare un paragone assumiamo un rifiuto con lo stesso potere calorifico (12,8 MJ/kg, cioé

3.554 kW/ tonn). L’impianto base viene alimentato con 5 t/ora, cioé con una quanità minima di37.500 tonnellate all’anno (si puo’ arrivare, con questo impianto base, a 40.000 t /a). Occorronodunque 5 moduli per trattare da 188.000 a 200.000 tonnellate. Il rendimento elettrico é di 4 MWper 5 tonnellate, cioé 0,8 MW/tonn.Il rendimento complessivo dell’impianto é del 90%, cioé 3,1 MWt. Tolto il calore che serve per iprocessi interni rimangono cIrca 2 MWt.In questi impianti mediamente occorrono 370 gr di ossigeno per ogni kg. di syngas, cioé per i17130 kg/h prodotti occorrono 6455 kg di O2. Riportando tutto ai rifiuti, occorrono 6455 kg per24200 g. di rifiuti, cioé 267 kg di ossigeno per tonnellata che vanno ad aggiungersi ai 117 kgutilizzati nei processi di ossidazione. Il totale é dunque 383 kg di O2 per tonnellata di rifiuti. Perquanto riguarda la produzione di CO2 dal motore (turbina o cogeneratore) occorre dire che i 267 kgdi ossigeno vanno a reagire sia con l’idrogeno che con il monossido di carbonio (il metano é in

genere abbastanza poco o non c’é). Se ipotizziamo il rapporto fra i due pari al 50% (il checostituisce una ipotesi penalizzante perché mediamente l’idrogeno é presente in percenualevolumetrica maggiore) abbiamo questa situazione. I entrambi i casi occorre mezza mole di ossigenocome comburente (CO+1 /2O2=CO2, H2+1/2O2=H2O) quindi, nella ipotesi predetta per il 50% si



formerà acqua e per l’altro 50% CO2. Prendiamo dunque in considerazione solo 133 kg di ossigenoche per combustione formano CO2. Come prima, poiché per bruciare una mole di Carbonio (12)occorre una mole di ossigeno (32) abbiamo che per 133 kg di ossigeno consumato produciamo circa184 kg. di CO2, ovvero una tonnellata di rifiuti « costa » all’ambiente 184 kg di CO2 che vanno adaggiungersi ai 160 precedenti per un totale di 344 kg per tonnellata contro le 2,8 tonnellate deltermovalorizzatore, un effetto serra 8 volte superiore. Poiché un albero del diametro di 30 cmproduce circa 0,06 kg di ossigeno al giorno, per fornire 1 kg di ossigeno occorrono 16 alberi, perfornire l’ossigeno consumato in un giorno (22 ore di funzionamento in media) cioè 1018 tonnoccorrono 16.965.602 alberi e per 204 tonnellate ci vogliono 3.398.462 alberi, in entrambi i casi

molto perché, considerando 400 alberi per ettaro, occorrerebbero 42.414 ettari nel caso deltermovalorizzatore e 8.496 ha per il gassificatore. La differenza tra i due sistemi significa unasuperficie di 339 kilometri quadrati ovvero la superficie di una piccola provincia italiana. Se parliamodi CO2 prodotta poiché un ettaro a verde assorbe circa 22 tonnellate di CO2 all’anno, per le 169000tonnellate di rifiuti (473.200 tonnellate di CO2) occorrono 21509 ettari cioé 215 kmq a bosco,oppure, nel caso del gassificatore, 2838 ettari o 28,4 kmq.La CO2 puo’ essere ulteriormente ridotta negli impianti di Syngas, se si usano le celle acombustibile al posto dei motori o delle turbine, e in questo caso la CO2 viene abbattuta, rispettoad un motore, anche del 70%.Per ultimi i costi. I due impianti esaminati nel dettaglio, costruiti nel 1999, avevano costi elevati,circa 100 M€per l’inceneritore e praticamente il doppio per il gassificatore (compresi i gruppi diproduzione dell’energia elettrica). I costi sono cambiati per i gassificatori (vale a dire, riferendosiall’energia elettrica, circa 10 M€/MW). Oggi il costo di un impianto di gassificazione con produzionedi energia elettrica si aggira intorno ai 4 M€per MWe, cioé, un impianto da 16 MWe (per 160000 t/adi rifiuti) costa circa 64 M€, cifra che si ammortizza in 3 – 4 anni.

Riassumiamo il tutto con la tabella soprastante.

È fuori da ogni dubbio che sia dal punto di vista economico e, di più, dal punto di vista ambientale i

gassificatori (da non confondere con i rigassificatori che sono altro) sono enormemente piùconvenienti dei termovalorizzatori. La cosa era chiara anche senza calcoli perché in un caso sibrucia il rifiuto mentre nell’altro lo si trasforma, si sono forniti i dati per quantificare i due fenomeni.

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