“Le tecnologie di trattamento termico:
presente e futuro
Pasquale De Stefanis
ENEA – Sezione Sviluppo Tecnologie
Trattamento Rifiuti
Workshop
“Rifiuti da emergenza a risorsa. La
gestione integrata con tecnologie innovative
di trattamento”
C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
Le tecnologie di trattamento termico
Gestione dei rifiuti e sostenibilità
Sostenibilità
massima
Minimizzazione
Riuso
Riciclo &
Recupero materia
Recupero
Energetico
Sostenibilità
minima
Smaltimento
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
Le tecnologie di trattamento termico
Processi di trattamento termico
GAS DERIVATO
OLIO ("TAR")
RESIDUO ("Char")
PIROLISI
FUMI
GAS DERIVATO
CO,
H2, N2
("Syngas")
CO2, H2O, N2
COMBUSTIONE
GASSIFICAZIONE
ENERGIA
0
R =
1
ARIA EFFETTIVA ( O 2 ) ALIMENTATA
ARIA STECHIOMETRICA (O 2 ) NECESSARIA
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
R
Le tecnologie di trattamento termico
Gassificazione e Pirolisi = Incenerimento?
EMISSIONI
(F)
MAT. PRIME
RIFIUTI
TRATTAMENTO TERMICO
ENERGIA
(*)
REFLUI LIQUIDI
(L)
RESIDUI SOLIDI
(S)
RECUPERO ENERGIA ( E + T )
(& MATERIA)
(*) Inclusi pretrattamento rifiuto, conversione, combustione, trattamento (F + L + S), ecc.
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
O
O
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Ri
fiu
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A.
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fiu
ti
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r.
pe
r.
O
Preferenza (%)
Le tecnologie di trattamento termico
Preferenza per classi di interesse
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Incenerimento
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
Gassificazione
Le tecnologie di trattamento termico
Direttiva 2000/76/CE sull’incenerimento
(Articolo 3)
"Impianto di incenerimento":
“qualsiasi unità ed attrezzatura tecnica, fissa o mobile, destinata al
trattamento termico dei rifiuti con o senza recupero del calore di
combustione. In questa definizione sono inclusi l'incenerimento tramite
ossidazione dei rifiuti nonché altri procedimenti di trattamento termico
quali la pirolisi, la gassificazione o il procedimento del plasma, sempre
che le sostanze risultanti dal trattamento siano successivamente
incenerite”.
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
RIFIUTO
PIROLISI/
GASSIFICAZIONE
SYNGAS
GREZZO
FUMI
GENERATORE DI
VAPORE
COMBUSTIONE
TRATTAMENTO
FUMI
CAMINO
GASSIFICAZIONE DI TIPO "TERMICO"
30
VAPORE
PRODUZIONE
ENERGIA
ELETTRICA
CENERI/CHAR
RIFIUTO
RESIDUI
COMBUSTIONE IN 2 STADI
(INCENERIMENTO)
CENERI
GASSIFICAZIONE DI TIPO "ELETTRICO"
RIFIUTO
PIROLISI/
GASSIFICAZIONE
CENERI/CHAR
SYNGAS
GREZZO
TRATTAMENTO
GAS
RESIDUI
TAR
SYNGAS
PULITO
TURBINA /
MOTORE ENDOT.
PRODUZIONE
ENERGIA
ELETTRICA
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
CAMINO
Le tecnologie di trattamento termico
Quale è “vera” gassificazione?
Le tecnologie di trattamento termico
“Nuovo” e “Attuale” a confronto
Incenerimento
Pirolisi/gassificazione
Recupero energetico:
Buono
Potenzialmente superiore
Impatto ambientale:
Molto buono
Potenzialmente migliore
Costi di investimento ed
esercizio:
Mediamente elevati,
ma definiti
Non facilmente definibili,
ma similari a combustione
Recupero sottoprodotti e
residui:
In fase di sviluppo
Migliore per ceneri e scorie,
non provato per tar e char
Definiti e controllabili
Non dimostrati
Aspetti gestionali:
(1)
(1) Controllo del processo, affidabilità, richiesta di manutenzione)
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Le tecnologie di trattamento termico
Processi combinati di pirolisi/gassificazione
SYNGAS
RIFIUTO
PIROLISI
TAR
GASSIFICAZIONE
CHAR
RECUPERO / SMALTIMENTO
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
SYNGAS
Le tecnologie di trattamento termico
Recupero di energia da rifiuti e risvolti sull’ambiente
RIFIUTO
COMBUSTIBILI
FOSSILI
INd
PRODUZIONE
COMBUSTIBILI
DERIVATI
GSd
INr
GSr
DISCARICA
IMPIANTO
RECUPERO
ENERGETICO
RISCHI?
INc
GSc INt
CENTRALE
TERMOELETTRICA
ENERGIA ELETTRICA
PERCOLATO
Legenda:
IN = emissioni di inquinanti
GS = emissioni di gas serra
ENERGIA TERMICA
ENERGIA
A TERZI
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GSt
RISCALDAMENTO
CIVILE E
INDUSTRIALE
Le tecnologie di trattamento termico
I problemi aperti dei trattamenti termici
 Necessità di incrementare i livelli di recupero
energetico;
 Sviluppare e consolidare il recupero di residui e
sottoprodotti del trattamento;
 Ridurre la complessità ed i costi connessi con i
sistemi di depurazione dei fumi/gas;
 Investigare la possibilità di recuperare risorse a
maggiore “valore aggiunto”.
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
Le tecnologie di trattamento termico
I problemi aperti delle nuove tecnologie
 Necessità di pretrattamenti;
 Formazione di tar e char;
 Impossibilità di recuperare il calore sensibile
del syngas;
 Elevati consumi endogeni;
 Produzione di E.E. in C.C. non provata.
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
Le tecnologie di trattamento termico
L’evoluzione dell’incenerimento
 1a generazione: “Incinerator”
 2a generazione: “Energy from Waste” (EfW)
 3a generazione: “Waste to Energy” (WtE)
 4a generazione: “Waste Fired Power Plant”
(WFPP)
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Le tecnologie di trattamento termico
L’efficienza energetica netta
E = Eth x Eg (1-Pp)
Eth = Efficienza Termica del sistema
Eg = Efficienza Elettrica di conversione
Pp = Consumi endogeni, inclusi pre-trattamenti del
rifiuto, produzione O2, ecc. espressi come %
dell’energia elettrica lorda prodotta
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Le tecnologie di trattamento termico
Efficienze nette di produzione di E.E.
Trattamento
Produz.E.E.
Combust.
Ciclo a
vapore
Efficienza
dichiarata
Efficienza
realistica
19-27%
Gassificazione e Pirolisi
Ciclo a
vapore
Motore
a gas
IGCC
Cocombust
14-20%
13-24%
34%
33-35%
9-20%
13-24% 23-26%
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27-35%
Le tecnologie di trattamento termico
Gassificazione integrata con ciclo combinato (IGCC)
TURBINA A GAS
O2
RIFIUTO
PIRO /
GASSIFICAZ.
CRACKING
DEPURAZ.
SYNGAS
RESIDUI
CENERI/CHAR
ARIA
TAR
ARIA
TURBINA
A VAPORE
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Le tecnologie di trattamento termico
Centrale elettrica ad alimentazione “ibrida”
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Ciclo combinato
55
Efficienza elett. lorda (%)
Le tecnologie di trattamento termico
Integrazione fra turbine a gas e incenerimento rifiuti
55
50
50
45
45
40
40
35
35
30
Inceneritore
25
20
30
25
20
0
20
40
60
80
100
Apporto termico dei RU (%)
Rendimento da incenerimento RU:
EffRU = Ptot – CTgn x Effcc
CTRU
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FANGHI
IMPIANTO DI GASSIFICAZIONE
CDR
PRETRATTAMENTO
GASSIFICAZIONE
TRATTAMENTO
SYNGAS
RIFIUTI
SYNGAS
(CO +H2)
IDROGENO
OLI USATI
AMMONIACA
METANOLO
MIX
DME
PLASTICHE
POST-
RECUPERO DI MATERIA
PNEUMATICI
TRATTAMENTI
SPECIFICI
VAPORE
OSSIGENO
RECUPERO
RECUPERO
TRATTAMENTO
METALLI
SCORIE
EFFLUENTI
FUEL CELLS
CICLI COMBINATI
REAGENTI
TURBINE A GAS
CICLO A VAPORE
IMPIANTO
INDUSTRIALE
METALLI
INERTI
EFFLUENTI LIQUIDI
Recupero materia_energia_gassificazione.xls
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RECUPERO DI ENERGIA
Le tecnologie di trattamento termico
Applicazioni innovative
SYNGAS
COMBUSTIBILE
GASSOSO
IDROLISI /
FERMENTAZIONE
ETANOLO
NH3 , ALCOOL
RIFIUTI
CONVERSIONE
FERTILIZZANTI,
CHEMICALS
SEPARAZIONE
CHEMICALS
OLIO
PIROLISI
SYNGAS
Le tecnologie di trattamento termico
Applicazioni avanzate: il “Waste refinery”
COMBUSTIBILI
CRACKING
CATALITICO
RAFFINAZIONE
VAPORE+CO2
CHAR
CONVERSIONE
CENERI
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CHEMICALS
CARBONE
ATTIVO
Le tecnologie di trattamento termico
Recupero di scorie da incenerimento
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
Le tecnologie di trattamento termico
Recupero energetico e produzione di acqua potabile
FUMI
TRATTAMENTO
FUMI
FUMI
RIFIUTI
ENERGIA ELETTRICA
COMBUSTORE/
VAPORE
GENERATORE VAPORE
CONDENSATO
PRODUZIONE
ENERGIA ELETTRICA
VAPORE ESAUSTO
UNITA'
Autoconsumi
DISSALAZIONE
RO
ACQUA MARE
DISSALATORE
POST-TRATTAMENTO
MED
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SALAMOIA
ACQUA
POTABILE
Le tecnologie di trattamento termico
Caratteristiche dell’impianto dimostrativo
 Portata rifiuti:
670 kg/h (16 t/g)
 PCI rifiuti (frazione secca):
14,0 MJ/kg
 Produz. acqua potabile:
108 m3/h (2592 m3/g)
 Produz. specifica per abitante: 129 l/g/ab
 Produz. per unità di RU indiffer.(1) 97 m3/t
(1) Assumendo che i rifiuti in ingresso all’impianto costituiscano il 60% dei
RU disponibili
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
Le tecnologie di trattamento termico
Conclusioni
Esistono presupposti per attività di R & S nel campo dei
trattamenti termici dei rifiuti finalizzate a:
 Incrementare i livelli di recupero energetico;
 Validare l’applicazione di tecnologie innovative (pirolisi
e gassificazione) al trattamento dei rifiuti, non
ancora consolidata;
 Ridurre la complessità impiantistica ed i relativi
costi;
 Privilegiare il recupero di risorse “pregiate” (materie
prime, H2);
 Migliorare l’impatto complessivo sull’ambiente.
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004