Servono investimenti in impianti di riciclo, recupero e smaltimento per 10 miliardi di euro.” Sono queste le principali evidenze che emergono dal dossier “Per una Strategia Nazionale dei rifiuti – La strategia nazionale mette le gambe”, che anticipa la pubblicazione del Rapporto promosso da FISE Asso ambiente (Associazione delle imprese di igiene urbana, riciclo, recupero e smaltimento di rifiuti urbani e speciali ed attività di bonifica).
Il dossier analizza le criticità che ancora frenano lo sviluppo industriale del settore della gestione rifiuti,  evidenziando come poco o nulla sia stato fatto negli ultimi 18 mesi per migliorare la situazione del paese. Le proposte avanzate dall’Associazione sono rimaste inascoltate: nulla è stato fatto sul fronte dell’elaborazione di una
strategia nazionale dei rifiuti, né per colmare la carenza impiantistica attraverso un piano di investimenti straordinari, né per migliorare il quadro di regole per il settore che resta troppo complesso e incerto (in forte ritardo anche sui decreti End of Waste).
Intanto, gli obiettivi fissati a livello europeo prevedono che entro il 2035 dovrà essere avviato a riciclo il 65% dei rifiuti; per farlo, al netto degli scarti dei processi di recupero, bisognerà portare la raccolta differenziata almeno all’80%, contro il 45% di oggi. Per la discarica il limite è del 10%, contro il 22% attuale, e la restante parte dovrà essere avviata a recupero energetico (oggi 18%).  Siamo lontani dal contenere l’aumento delle temperature ben al di sotto del limite dei 2°C fissato dalla COP21 di Parigi. Dovremmo scendere entro il 2030 dagli attuali 32 a 24 miliardi di tonnellate di CO2 che emettiamo ogni anno nell’atmosfera, ma al ritmo attuale rischiamo invece di salire a 34 miliardi. Secondo l’International Energy Agency (IEA), di questo passo la temperatura salirà di 2.7°C ed entro il 2040 avremo esaurito il limite massimo di emissioni che assicura il contenimento entro i due gradi.
Il processo di pirolisi e gassificazione a letto fluido ad alta temperatura, finalizzato alla produzione di idrogeno a partire da generici rifiuti solidi urbani (RSU), oltre che da una buona resa energetica, è caratterizzato da emissioni in atmosfera costituite solamente da vapore d’acqua, e quindi prive di sostanze inquinanti, PM10, NOx, CO e CO2. Ed in grado di contribuire in modo virtuoso al contenimento fissato dalla COP21. Il processo NT di conversione energetica dei Rifiuti Solidi Urbani, si articola essenzialmente in tre fasi, che hanno luogo in altrettante componenti distinte dell’impianto:
-gassificazione ad alta temperatura (800°-1500° C) ed in assenza di aria del materiale, che si trasforma in una miscela di acqua, idrogeno e monossido di carbonio, e conversione chimica di quest’ultimo in CO2;
-filtraggio e separazione del diossido di carbonio, realizzato mediante filtri molecolari, che agiscono selettivamente su molecole di dimensioni molto diverse fra loro come quelle dell’idrogeno e del CO2 ; una parte dell’idrogeno viene utilizzata per alimentare la fiamma ossidrica, necessaria a mantenere in temperatura il reattore, mentre l’altra viene avviata alla conversione in energia elettrica ;
-conversione energetica dell’idrogeno in celle a combustibile del tipo PAFC (phosphoric acid fuel cell): l’idrogeno e l’ossigeno dell’atmosfera si combinano per via elettrochimica a formare acqua producendo energia elettrica.
Il reattore gasogeno è costituito da una camera cilindrica in cui avviene la pirolisi ad alta temperatura del materiale alimentato tramite la tramoggia di carico. Nella camera di pirolisi si realizza la dissociazione ad alta temperatura delle molecole che costituiscono i rifiuti; il processo è ben diverso dalla combustione, perché avviene in ambiente riducente, cioè in assenza di molecole di ossigeno. La camera, di forma cilindrica, è alimentata dall’alto, proprio
per evitare l’ingresso di aria; all’avviamento dell’impianto l’aria presente nel reattore viene estratta mediante una pompa pneumatica. Il materiale introdotto nel gassificatore, a causa dell’alta temperatura, viene quasi completamente decomposto in molecole più leggere allo stato gassoso; più precisamente, il gas di pirolisi è costituito da CO, H2 e da una percentuale di vapore d’acqua, che dipende sia dall’umidità del materiale con cui si alimenta il reattore, sia dal suo contenuto in carbonio. Le molecole che non sono gassificabili (cioè le molecole inorganiche, che costituiscono la quasi totalità degli inquinanti) vengono fuse a causa dell’alta temperatura, e cadono per gravità
nella parte bassa del reattore; da qui, ancora per gravità, sono scaricate in una vasca contenente acqua, dove solidificano istantaneamente. A causa della rapida solidificazione, le scorie sono completamente vetrificate e completamente inerti dal punto di vista chimico- fisico. Il calore necessario per le reazioni di pirolisi (per loro natura endotermiche) è prodotto grazie ad una fiamma ossidrica stechiometrica, posizionata all’interno del reattore stesso; il prodotto di questa combustione è acqua, che va ad aggiungersi a quella già eventualmente contenuta nel RSU. L’ossigeno è prodotto mediante un’apposita torre di frazionamento dell’aria, che assorbe una parte dell’energia elettrica prodotta dalle celle a combustibile.
L’idrogeno è una frazione di quello prodotto dalla pirolisi, e viene prelevato a valle della separazione del CO2. Le portate di idrogeno e di ossigeno dipendono dal calore di pirolisi e dalla composizione media del materiale da gassificare. L’idrogeno assorbito dai bruciatori corrisponde a circa il 40% di quello totale. Ipotizzando un
rendimento medio delle celle a combustibile pari al 40%, l’idrogeno rimanente è in grado di garantire una produzione di energia elettrica di circa 1,15 kWh per ogni kg di RSU trattato. La quantità di CO2, che costituisce circa il 90% del gas prodotto, è pari a 1,36 kg/kg RSU. Si osservi a questo punto che per ogni kg di RSU, in totale vengono prodotti 1,5 kg di gas, corrispondenti a circa 1,5 m3; tale valore è particolarmente significativo se paragonato con la
quantità di effluenti gassosi prodotti da un inceneritore tradizionale (circa 7 Nm3/kg): pertanto, a pari capacità di smaltimento, l’impianto proposto risulta essere cinque volte più piccolo. Questo sorprendente risultato è sostanzialmente dovuto al fatto che la termodistruzione mediante pirolisi non richiede l’introduzione di aria comburente, a differenza della termodistruzione mediante combustione.
CONCLUSIONI
La tecnologia della gassificazione mediante pirolisi a letto fluido ad alta temperatura permette di effettuare il recupero energetico da RSU senza produrre sostanze dannose per l’ambiente, a differenza di quanto avviene con i tradizionali processi di termodistruzione. In particolare, il processo descritto è studiato per realizzare la separazione dell’idrogeno da tutte le altre sostanze, in modo da ottenere un combustibile pulito. Il bilancio energetico del processo, basato sulla composizione chimica media del RSU della città di Milano, consente di affermare che il processo è in grado di produrre energia in quantità superiore a quella necessaria per il proprio mantenimento. Inoltre, si rende disponibile una notevole quantità di diossido di carbonio, la cui vendita contribuisce in maniera non trascurabile a rendere il processo realizzabile anche dal punto di vista economico. Infine, è da sottolineare il fatto che le dimensioni dell’impianto proposto risultano, a pari capacità di smaltimento, sensibilmente inferiori a quelle di un tradizionale impianto di termodistruzione.
La Pirolisi HT a letto fluido, è oggetto di ricerca del Politecnico di Torino e del CNR-ITAE “ Nicola Giordano” di Messina, Napoli e Cosenza e può sortire risultati importanti sul territorio nazionale ed internazionale. Si propongono due allestimenti STD:
1) impianto per 10.000 abitanti, autonomo per piccoli Comuni, senza la necessità di far viaggiare i rifiuti fino al punto di conferimento dotato di un cogeneratore SOFC oppure FCMC da 20 kW alimentato con gas di pirolisi (compatibilità da verificare) per produzione di EE di potenza;
2) impianto per 200.000 abitanti, per un grande Comune oppure per un consorzio di piccoli comuni, dotato di un cogeneratore SOFC oppure FCMC da 250 kW alimentato con gas di pirolisi (compatibilità da verificare) per produzione di EE di potenza.
Filippo Arpaia e di Nino Giordano