1
Impianto di trattamento del CDR
con la tecnologia della Pirolisi
CDR = Combustibile Derivato da Rifiuti
Pirolisi = Processo chimico-fisico di
trasformazione molecolare provocato da
apporto di energia termica e meccanica
in ambiente privo di Ossigeno
2
Tecnologie per il trattamento del
CDR attualmente disponibili

Tecnologie a
Combustione Diretta:

Tecnologie a
Combustione Indiretta:

Inceneritori con differenti
tipologie di camere di
combustione e di
combustibile di appoggio
per assicurare la
combustione del CDR a
temperature superiori a
quelle di formazione della
Diossina e con filtri di
percolato più o meno
sofisticati

Reattori in cui avvengono
processi termochimici che
trasformano il CDR in altre
sostanze gassose, liquide o
solide. La combustione
avviene su queste nuove
sostanze. Le tecnologie si
basano sui principi della
gassificazione, della pirolisi
e della torcia al plasma
3
Concetto teorico
Le molecole complesse che compongono la
biomassa, compreso il CDR, se riscaldate
e agitate sono poste in condizioni di
instabilità.
Se sono presenti atomi di ossigeno, questi
strappano atomi da queste molecole,
emettendo energia: Processo di
Combustione
In assenza di ossigeno le grandi molecole si
rompono successivamente in molecole
più piccole, fino ad arrivare alle molecole
più elementari come quelle degli elementi
primari (C, H, O, N) o gas leggeri (CH4,
CO, CO2, H2O): Processo di Pirolisi
Anche nella pirolisi abbiamo emissione di
energia, di forma inferiore che nella
combustione, ma sufficiente a mantenere
il processo in funzionamento (energia di
autosostentamento). Il processo avviene
in un ambiente chiuso e impermeabile
all’esterno in cui entra solo la biomassa.
4
Applicazione tecnologica




L’impianto proposto da noi applica questo
concetto inserendo la biomassa all’interno di un
reattore a tenuta stagna e rimescolando il
materiale, attraverso coclee, in un ambiente subpressione a temperatura compresa entro 500º e
600º.
La rottura delle molecole è spinta per ottenere un
prodotto finale gassoso e uno solido.
La velocità delle coclee (quindi il tempo di
permanenza), la pressione e la temperatura sono
le variabili di processo controllate per ottenere il
risultato desiderato.
Una serie di sensori capaci di lavorare in un
ambiente simile trasmettono informazioni per
controllare il processo sia in modo automatico sia
manuale.
5
Risultato del processo pirolitico



Nel reattore si forma quindi un insieme di gas
definito tecnicamente gas di sintesi, composto da
una miscela di Metano, Idrogeno, Vapor d’acqua,
Anidride carbonica, Monossido di carbonio,
Idrocarburi gassosi, e un residuo di piccole parti
solide composto per oltre l’80% da Carbone e per il
resto da atomi di metalli e altre sostanze pesanti.
Le sostanze gassose vengono filtrate separando i
combustibili dagli inerti e inviate alla camera di
combustione per produrre vapore, da cui sarà
prodotta energia elettrica e termica.
Le sostanze solide, alla fine del processo, vengono
estratte dal reattore e istantaneamente poste a
contatto dell’ossigeno dell’aria. La polvere di
carbone incandescente si incendia oltre i 1.100º
sciogliendo le altre sostanze, ma prima che si possa
sviluppare le reazione di combustione la miscela
incandescente viene fatta cadere in una vasca di
raffreddamento, dove il composto si vetrifica
(fenomeno analogo alla lava vulcanica quando entra
in contatto con il mare). Questo composto è
praticamente una roccia tipo il basalto.
6
Cosa li accomuna?


In termini di trazione, di forza motrice cosa accomuna un gozzo a remi, una
barca a vela e un panfilo a motore? Assolutamente nulla, eppure tutti
galleggiano e tutti navigano!
Esattamente come è errato assimilare pirolisi, gassificazione e
termovalorizzazione; eppure tutte queste tecnologie smaltiscono rifiuti (o loro
derivati, come il CDR,) e producono energia!
7
Pirolisi e gassificazione (1)

Dapprima, per non confondersi:

La gassificazione è un processo simile, sebbene non uguale,
alla pirolisi, e viene utilizzato per estrarre energia dalla biomassa,
ovvero da fonte

energetica rinnovabile.
La rigassificazione è il processo con il quale il gas,
appartenente ai combustibili fossili e, pertanto, fonte
energetica non rinnovabile, viene riportato allo stato
gassoso (per trasportarlo viene portato allo stato liquido).
8
Pirolisi e gassificazione (2)

La differenza, fondamentale, fra pirolisi e gassificazione è
l’apporto di ossigeno (o vapor acqueo).

La pirolisi avviene in totale assenza di ossigeno.

La gassificazione prevede un apporto misurato e controllato di ossigeno.

Cosa significa?

Nella pirolisi gli atomi di C si combinano solo con i pochi atomi di H e di O
presenti nelle formule del materiale immesso nel reattore pirolitico. Significa
che la maggior parte del C presente non riesce a legarsi per formare gas
combustibile e viene, pertanto, catturato e inertizzato, con la conseguenza di
una bassa efficienza energetica a fronte di una altissima efficienza
ambientale.
9
Pirolisi e gassificazione (3)



Nella gassificazione, invece, si immette O. Significa che tutti gli atomi di C riescono a
legarsi per formare gas combustibile con la conseguenza di una minore efficienza
ambientale a fronte di una maggiore efficienza energetica.
L’aspetto fondamentale è il calcolo esatto dell’O da apportare, calcolo basato sulla
formula chimica del materiale immesso; al minimo variare, però, del materiale in ingresso
varia inevitabilmente la composizione del gas ottenuto, rendendo il processo di
gassificazione molto complesso da gestire.
È come un pittore che crea un colore: partendo da un bianco latte e aggiungendo un
rosso al 20% ottiene un bel rosa; ma se dovesse partire da un bianco panna e
aggiungesse il solito 20% di rosso non otterrebbe più quel rosa; se addirittura partisse da
un bianco grigio…
10
Comparazione tra processo di pirolisi
e incenerimento (1)








TECNOLOGIA DI PIROLISI
Minimo impatto ambientale ed elevata affidabilità di
esercizio.
L'operazione di depurazione della corrente gassosa è
estremamente semplice in quanto il flusso di gas di
pirolisi, prodotto in ambiente riducente e non ancora
soggetto a combustione, è caratterizzato da molecole
strutturalmente semplici ed è assolutamente privo di
quei composti composti organici clorurati che, per
esempio, possono fungere da precursori alla
formazione di diossine.
La distillazione in assenza di aria trasforma gli alogeni
e lo zolfo, principali responsabili del
macroinquinamento, in composti acidi idrogenati che
vengono facilmente abbattuti e allontanati dalla
corrente gassosa prima della sua combustione.
Il ciclo termodinamico della pirolisi evita, in ogni punto
dell'impianto, la presenza contemporanea di quelle
condizioni che portano alla formazione di diossine e
furani.
La possibilità di trattare la corrente gassosa prima della
sua combustione, in quantità relativamente limitata
poiché non ancora diluita dall'aria comburente, rende
notevolmente più semplice ed economica la rimozione
di composti indesiderati.
La pirolisi dei rifiuti produce un quantitativo di gas circa
10 volte inferiore a quello prodotto con le usuali
tecnologie di combustione diretta.
Il processo di pirolisi, per sua natura endotermico,
viene condotto in condizioni riducenti a temperature
relativamente basse, prossime ai 500° C. Questo
facilita il controllo della temperatura e di tutto il
processo, riduce drasticamente il quantitativo di
effluenti gassosi prodotti ed evita la formazione di
prodotti tossici indesiderati.







TECNOLOGIA DI INCENERIMENTO
Dubbia compatibilità ambientale, in particolare in
relazione alle emissioni di micro-inquinanti, e minore
affidabilità in relazione alle caratteristiche disomogenee
del rifiuto.
Le complicazioni, sia al livello di progettazione sia di
gestione dell'impianto, che sorgono per il fatto di
operare con un flusso di materiale disomogeneo in
condizioni termodinamiche difficilmente controllabili,
quali alte temperature, ambiente ossidante e presenza
di vapor d'acqua, rendono arduo controllare la
formazione di composti organici alogenati e fanno
sorgere dubbi circa l'affidabilità del sistema nei
confronti dei microinquinanti organico-clorurati.
In tali condizioni risulta difficile contrastare i fenomeni di
formazione di diossine e furani, composti che poi risulta
anche dispendioso rimuovere dai fumi a causa
dell'elevato volume dei gas prodotti dalla
combustione.
Il trattamento degli effluenti gassosi a valle della
combustione, e quindi su un flusso quantitativamente
importante, rende molto costoso il processo di
depurazione dei fumi.
Per ottenere una combustione il più possibile completa
dei rifiuti si opera, infatti, con un eccesso d'aria pari a
1,5 - 2,5 volte la quantità strettamente necessaria.
I processi d'incenerimento sono processi esotermici
ossidativi, caratterizzati da temperature superiori a
1.000° C. La regolazione della temperatura del
processo di combustione è di difficile gestione in quanto
influenzata principalmente dalla variazione della portata
dei rifiuti in alimentazione (elevata inerzia del
sistema).
11
Comparazione tra processo di pirolisi
e incenerimento (2)







TECNOLOGIA DI PIROLISI
Nessuna produzione di reflui liquidi che necessitano poi
di una propria sezione di depurazione e trattamento
acque, con gli ovvi benefici economici-ambientali del
caso.
La bassa temperatura a cui si svolge il processo di
pirolisi e la pratica assenza di elevate turbolenze
all'interno del reattore riducono notevolmente il
trascinamento di polveri e particolato nel gas di
pirolisi.
Poiché il processo di pirolisi ha, come prodotto
principale, un combustibile in forma gassosa costituito
dal gas di pirolisi, risulta poi agevole la gestione del
successivo processo di combustione con il relativo
ricupero energetico.
La tecnologia della pirolisi costituisce un sistema di
smaltimento pressoché universale, potendo essere
applicato a un’ampia gamma di biomasse, compresi i
rifiuti.
Come residuo solido, il processo di pirolisi produce
unicamente scorie vetrificate che risultano totalmente
inerti per quanto riguarda il rilascio di elementi tossici
nell'ambiente e che, pertanto, possono essere utilizzate
come sottofondo per strade; del CDR immesso nulla,
quindi, va in discarica.
Anche le polveri risultanti dal processo di depurazione
dei fumi di combustione invece del loro rilascio in
atmosfera vengono ricondotte dentro l'impianto e
vetrificate.






TECNOLOGIA DI INCENERIMENTO
Necessità di un'importante sezione per il
trattamento dei reflui liquidi, con tutte le
problematiche economiche ed ambientali
connesse.
A causa del movimento dei rifiuti sulla griglia e
delle notevoli portate d'aria necessarie alla
combustione, si ha una notevole presenza di
polveri e particolato nei fumi con i conseguenti
costi di rimozione prima dell'emissione in
atmosfera.
La combustione diretta di un prodotto
eterogeneo come il rifiuto, con formazione di
svariati prodotti caratterizzati da molecole
complesse e presenza di incombusti, rende
difficoltosa una perfetta gestione del processo
di combustione.
I forni di incenerimento a griglia possono
risultare sensibili alle variazioni di potere
calorifico del materiale; in particolare rifiuti
caratterizzati da un alto potere calorifico
(pneumatici usati) possono danneggiare le
griglie.
Gli impianti di incenerimento producono un
elevato quantitativo di scorie, fino al 30% del
rifiuto immesso, di cui risulta poi problematico
lo smaltimento (necessità di discariche).
12
Pro e contro del Processo di Pirolisi per il
trattamento del CDR e dei rifiuti in generale.



Contro
Ha un basso rendimento
energetico. Dalla stessa quantità
di rifiuti la combustione diretta
produce più energia elettrica e
rende disponibile più energia
termica per scopi esterni
È una tecnologia sofisticata e
nuova; ha molti impianti simili in
funzionamento nel mondo ma gli
sviluppi tecnologici qui introdotti
sono innovatori e l’impianto da noi
proposto non ha riscontri da altre
parti (tranne uno a Lecce che
entrerà in funzione a settembre e
uno improduttivo – utilizzato solo
per lo studio del sistema – che ha
funzionato a Collesalvetti, in
Toscana, per svariati anni)








Pro
Non produce scarti nocivi
Immagazzina CO2
Produce una frazione
infinitesimale di polveri e
nanopolveri
Non produce cenere
Non emette odori o rumori, se non
quelli di un normale piccolo
impianto industriale
Le dimensioni ottimali del singolo
reattore sono ridotte e l’impianto
può essere montato in qualunque
capannone industriale
Permette una generazione di
elettricità diffusa nel territorio,
senza concentrazione di elevati
impatti ambientali.
13
Immagazzinamento di CO2






La vetrificazione finale ha una doppia valenza:
Blocca inertizzandoli gli atomi degli elementi pesanti più inquinanti
Ingloba un grandissimo numero di atomi di carbonio che diventano
così incombustibili. Ciascuno di questi atomi, se non fosse rinchiuso
in questo blocco vetrificato, seguirebbe il normale ciclo del Carbonio
e finirebbe per formare una molecola di CO2.
In generale sono considerate positive le tecnologie che producono
energia senza aumentare i gas serra, come i biocombustibili e il
biogas, ma qui facciamo di meglio nel senso che impediamo la
formazione di gas serra che altrimenti si realizzerebbero con gli atomi
di C che noi blocchiamo.
Quando l’origine dei C non è fossile, in pratica estraiamo
dall’atmosfera CO2, con un bilancio ecologico totale francamente più
che positivo
Quando l’origine fosse fossile, riduciamo l’impatto impedendo a parte
degli atomi di C di formare nuova CO2.
14
Dimensioni

L’impianto pirolitico di cui
stiamo parlando ha una taglia
piccola, sì da permettere
alcune condizioni:

Piccole dimensioni: un
capannone da 1.500/2.000 m2
più una piattaforma per i
macchinari da 300 m2 con
altezza della canna fumaria
di ca 12 m

Disseminazione sul territorio,
con conseguenze sui trasporti
dei rifiuti e sulle politiche di
informazione, coinvolgimento
e responsabilizzazione dei
cittadini
15
Produzione
L’impianto
è a ciclo continuo e lavora per 7.500 ore annue
Smaltisce
3,25 t all’ora di CDR, pari a 24.375 t annue
Produce
3 MWh, pari a 22.500 MW annui
16
Gas pirolitico e biogas
elemento
biogas
gas pirolitico
Biossido di carbonio CO 2
Monossido di Carbonio CO
Metano CH 4
47,00
0,10
41,70
Idrogeno H 2
Altri idrocarburi
Totale parziale
Altri
Azoto
Ossigeno
Idrogeno solforato
Composti in tracce
0,10
0,30
95,00
Totale
47,50
22,80
12,20
9,90
9,10
95,70
4,30
elemento
biogas
Acido fluoridrico HF
Monossido di Carbonio CO
Acido cloridrico HCl
Polveri
Ossidi di azoto NOx
Composti organici
0,40
377,00
1,40
0,50
159,20
0,90
gas pirolitico valori ammessi
0,10
10,00
7,00
3,00
140,00
5,00
1÷4
50 ÷ 100
10 ÷ 60
13 ÷ 30
200 ÷ 400
10 ÷ 20
3,69
0,80
0,01
0,50
100
100
La
prima tabella mostra la composizione dei due gas dalla quale si evince come essi
siano uguali, sebbene con pesi percentuali diversi fra i vari componenti, al 95-96%
seconda tabella (in nm3 e per una portata annua di 15.000 nm3) mostra la
composizione dei fumi dei due gas dopo la loro combustione (analisi a complemento sul
totale della CO2) dalla quale si evince come il gas pirolitico sia totalmente al di sotto dei
valori ammessi contrariamente a quanto succede per la CO nei fumi del biogas
La