Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Ingegneria
Corsi di laurea specialistica in Ingegneria
Meccanica e per l’Ambiente e il Territorio
Corso di Impatto ambientale
Modulo b) Aspetti energetici
prof. ing. Francesco Asdrubali
a.a. 2007/08
Energia
dai
Rifiuti
Rifiuto:
qualsiasi materiale od oggetto derivante da
attività umane o da cicli naturali che viene
abbandonato o destinato all’abbandono.
Rifiuti Solidi:
•Urbani:
provenienti da insediamenti civili;
•Speciali:
cantieri edili, lavorazioni industriali, ospedali;
•Tossico nocivi:
contenenti sostanze pericolose per la salute e/o l’ambiente.
PROBLEMA O RISORSA?
RSU:
La produzione pro-capite è in continuo aumento nei paesi industrializzati
•USA
> 2 kg/giorno persona
•ITALIA > 1 kg/giorno persona
Con il benessere tende ad arricchirsi anche la composizione dei rifiuti, poiché
diminuisce la frazione organica umida putrescibile ed aumenta la frazione non
biodegradabile.
Caratteristiche medie dei Rifiuti Solidi Urbani
prodotti in Italia
Composizione merceologica media dei rifiuti
solidi urbani e rinnovabilità
CONTENUTO ENERGETICO DEI RSU IN ITALIA:
Frazione
Potere calorifico inferiore [MJ/Kg]
Carta
15.2
Plastica
40.7
Scarti di cibo
6.6
Tessuti
13.5
Legno
16.7
Pannolini
7.2
Scarti di giardinaggio
6.1
Componenti elettronici
2.4
Altre (valore medio)
6
Pericolosi
6
Fonti: H. L. Erichsen, M. Z. Hauschild:
Technical data for waste incineration - background for
modelling of product-specific emissions in a life cycle
assessment context, Department of Manufacturing
Engineering, Technical University of Denmark,
aprile 2000.
Sistemi di smaltimento
• Raccolta differenziata;
• Discarica;
• Compostaggio;
• Incenerimento / Termovalorizzazione.
Decreto Ronchi
Sono da privilegiare nell’ordine:
 Le azioni volte a ridurre la quantità di RSU prodotti;
 I recuperi di materia (Riciclaggi);
 I recuperi di energia.
Raccolta differenziata
Separazione:
 Materiali ferrosi;
 Sosteanze organiche putrescibili;
 Vetro;
 Carta, Tessuti, Legno;
 Plastica.
Risparmi di energia derivanti dai mancati consumi
per la produzione dei materiali recuperati
Discarica controllata
È il metodo più diffuso per i bassi costi di impianto e di
esercizio.
Il BIOGAS va
- recuperato
Comporta la perdita indiscriminata della frazione
(cattivi
odori ed riciclabile.
effetto serra)
merceologica
Classificazione:
1a Categoria:
RSU ed assimilabili;
I processi
2a Categoria:
A
Produzione
Percolato
Potere
possono
durare anche 10 – 20 anni
Inerti;
B
Tossico Nocivi non altamente pericolosi;
C
Altamente pericolosi.
3,5 x 10 -4 m3/h
per m3 di RSU
- Scelta di terreni con buone caratteristiche di impermeabilità;
3
Calorifico
15
MJ/m
- Distanza da corsi d’acqua e falde;
- Impermeabilizzazione fondo e pareti;
- Sistemi di raccolta del percolato.
Impianti di compostaggio
 Riguardano la frazione organica putrescibile;
 Fermentazione aerobica indotta da micro organismi già presenti o inoculati nei
rifiuti stessi;
 Processi che avvengono in aria (BIO-OSSIDAZIONE)
o Umidità
≈
50 %
oT
>
55 °C
o Aerazione :
5 m3/h per tonnellata di materia organica
 Fermentazione naturale
Alcuni mesi
 Fermentazione artificiale
Qualche settimana
COMPOST
→
Terriccio fertile per l’agricoltura
Incenerimento e termovalorizzazione


Notevole riduzione in Volume;
Possibilità di produrre energia termica e/o elettrica.
 Rapida diffusione negli anni 60 e 70;
Luglio 1976 ICMESA SEVESO (MI): nube di Diossina → messa al bando delle
tecnologie di incenerimento
Oggi l’Italia è il fanalino di coda nei paesi industrializzati per la percentuale di RSU
inceneriti:
 Giappone
75%
Danimarca, Svezia 60%
Germania, Francia 40%
G. Bretagna, USA
15%
Italia
7%
Incenerimento e termovalorizzazione
Tecnologie:
Forno a griglia
Forno rotante
Combustione a letto fluido
Post Combustione:
Garantisce la termodistruzione dei microinquinanti
T
950 – 1200 °C
v
10 m/s
O2
> 6%
Limiti stringenti di emissioni
0,004 mg/m3 per diossine e furani
RSU tal quale
Combustibile:
CDR (RDF) (fiocchi, pastiglie, mattonelle)
Fig.1.1: Schema tipo per combustore
RSU a griglia mobile
Fig.1.3:Schema tipico di combustore
per rifiuti solidi urbani a forno rotante
Tab.1.2: Schema tipo per combustore
RSU con tecnologia a griglia fissa
Fig.1.4:Schema tipo per combustore
di rifiuti solidi urbani a letto fluido
INQUINANTE
TECNICHE DI
ABBATTIMENTO DEGLI
INQUINANTI:
GAS ACIDI
(HCl, HF, SO2)
POLVERI
(ceneri volanti e prodotti della
neutralizzazione dei gas acidi)
TECNOLOGIA USATA
PER L’ABBATTIMENTO
SCRUBBER
(COLONNA DI LAVAGGIO
AD UMIDO) A DUE STADI:
AD ACQUA E A SODA
DEPOLVERATORI A
MULTICICLONE
DEP.ELETTROSTATICI
DEP.A TESSUTO
(FILTRI A MANICHE)
DEP.AD UMIDO
OSSIDI DI AZOTO
(NOx)
TECNOLOGIA S.C.R.
(SELECTIVE CATALYTIC
REDUCTION)
TECNOLOGIA S.N.C.R
(RIDUZIONE TERMICA)
METALLI PESANTI
(Pb, Zn, Cd, altri)
SCRUBBER (COLONNA DI
LAVAGGIO AD UMIDO) A
DUE STADI: AD ACQUA E A
SODA
TECNOLOGIA S.C.R.
(SELECTIVE CATALYTIC
REDUCTION)
MICROINQUINANTI
ORGANICI
(diossine PCDD, furani PCDF,
idrocarburi policiclici aromatici
IPA)
SISTEMI AD UMIDO
SISTEMI A SECCO
SISTEMI A SEMISECCO
PRINCIPIO DI
FUNZIONAMENTO
Immissione di sospensione
acquosa di soda caustica,
in funzione del pH della
colonna di lavaggio
Separazione inquinanti
mediante centrifugazione
Effetto del campo
elettrostatico per ionizzare
fumi
Captazione fisica
mediante tessuto
Immissione
vapor d’acqua nei fumi
Iniezione di ammoniaca
(NH3) mista a
catalizzatori (ossidi di
vanadio, tungsteno, platino
su base di titanio)
direttamente in camera di
combustione a temperature
inferiori al S.N.C.R.
Iniezione di ammoniaca
(NH3) o urea direttamente
in camera di combustione
con elevate temperature
Immissione di sospensione
acquosa di soda caustica,
in funzione del pH della
colonna di lavaggio
Iniezione di ammoniaca
(NH3) mista a
catalizzatori (ossidi di
vanadio, tungsteno, platino
su base di titanio)
direttamente in camera di
combustione a temperature
inferiori al S.N.C.R.
Assorbimento da parte di
acqua o di soluzioni
acquose debolmente
alcaline NaOH e Ca(OH)2
Assorbimento mediante
sost.alcaline (calce
Ca(OH2)allo stato solido e
formazione di sali
Spray-drying di
sospensione
acquosa di calce
RAFFRONTO TRA VALORI LIMITE PREVISTI:
INQUINANTE (mg/Nmc)
Polveri totali
Hcl
HF
NOx
SOx
COT (Composti Org.totali)
CO
IPA
PCDD + PCDF (ng/Nmc)
Totale altri metalli
Cadmio+Tallio+Mercurio
D.M.12/7/90
n.51
30-100*
50-100*
2
500
300
20
100
0,1
4000
5
0,2
INQUINANTE
(mg/Nmc)
Polveri totali
Hcl
HF
NOx
SOx
CO
IPA
PCDD + PCDF (ng/Nmc)
Totale altri metalli
Cadmio+Tallio+Mercurio
D.M.503/97
10-30
20-40
1-4
200-400
100-200
50-100
0,01
0,1***
0,5
0,05**
* limite medio giornaliero e di punta orario
** limite che si riferisce a Cd e Tl come somma e Hg separatamente
*** espresso in termini di Tossicità Equivalente. Il valore si ottiene come sommatoria delle concentrazioni di massa delle diossine e
dibenzofurani misurate nell’effluente gassoso, ciascuno previamente moltiplicato per il corrispondente fattore di Tossicità
Equivalente (FTE)
D.M.12/7/1990 “Linee guida per il contenimento delle emissioni inquinanti degli impianti industriali
e la fissazione dei valori minimi di emissione” aggiorna in parte le prescrizioni date dal D.P.R.
203/88
Contemporaneamente, le disposizioni relative al biossido di zolfo, al biossido di azoto, alle
particelle sospese e al PM1O, al piombo, al monossido di carbonio e al benzene riportate dal
D.P.R.203/88 vengono abrogate ed aggiornate al D.M. 2 aprile 2002, n. 60 con un approccio
metodologico completamente differente (qualità dell’aria rilevata al recettore)
RAFFRONTO TRA VALORI LIMITE PREVISTI:
Limiti progressivamente
più restrittivi
RISULTATI DI MONITORAGGI SIGNIFICATIVI:
A.E.M.Cremona: “analisi effettuate dal Politecnico di Milano** mostrano che per ciò che
riguarda il contributo dell’impianto alla presenza dei principali microinquinanti, si registrano
incrementi inferiori all1% per CO, NOX ,PTS e di qualche punto percentuale per SO2. La
stima del contributo di metalli pesanti alle concentrazioni già presenti nell’area risulta
dell’ordine di qualche punto percentuale e quindi tale da non alterare significativamente il
livello esistente. Il livello di Diossine, anche nei valori massimi riscontrati, risulta
largamente al di sotto dei livelli riscontrabili in aree rurali”
Ug/m3
P.zza Libertà (1995)
P.zza Cavour (1995)
Ug/m3
P.zza Libertà (1995)
P.zza Cavour (1995)
Ug/m3
Valori misurati
11.5
9.4
Valori misurati
110
75
Valori misurati
P.zza Libertà (1995)
P.zza Cavour (1995)
Ug/m3
P.zza Libertà (1995)
P.zza Cavour (1995)
50
Valori misurati
1760
714
SO2
Contributo stimato dell’impianto
0.013
0.035
NOX
Contributo stimato dell’impianto
0,017
0,047
PTS
Contributo stimato dell’impianto
0,0008
0,0023
CO
Contributo stimato dell’impianto
0,0085
0,023
Termovalorizzatore Modena: “le analisi effettuate nell’intorno dell’impianto con
tecniche di tipo biologico hanno evidenziato che la purezza atmosferica della zona ove è
inserito l’impianto è di pari livello ad altre zone periferiche della città, mentre nel centro
cittadino, interessato dal traffico veicolare e da impianti di riscaldamento, si è riscontrata
una peggiore qualità dell’aria. Parallelamente, nelle zone più lontane dalle fonti di
emissione, si sono osservati consorzi lichenici e quindi indici di purezza più elevati”
EMISSIONI RISCONTRATE PER IL TERMOUTILIZZATORE A.S.M. BRESCIA:
RISCHIO SANITARIO:
IMPIANTI DI VECCHIA GENERAZIONE: la presenza di effetti sulla salute associati al
trattamento dei rifiuti è stata dimostrata in particolare per impianti che venivano gestiti secondo
limiti alle emissioni in vigore molti anni fa con tecnologie di abbattimento fumi e di gestione della
termodistruzione assolutamente inadeguate.
IMPIANTI DI NUOVA GENERAZIONE: nel corso degli ultimi 20 anni la legislazione ha posto dei
limiti alle emissioni degli inceneritori inferiori di vari ordini di grandezza a quelli preesistenti. Tali
normative hanno consentito di raggiungere livelli di emissioni che, nel campo degli inquinanti
non cancerogeni, ne hanno praticamente azzerato gli effetti tossici.
Si può affermare che attraverso l'utilizzo di opportune tecniche di abbattimento degli inquinanti
negli effluenti prima della loro immissione nell'ambiente esterno, è possibile contenere l'impatto
ambientale ben al di sotto dei limiti imposti dalla attuale normativa vigente, che pure consente,
come vedremo, la gestione di tali impianti in condizioni di sicurezza pressoché assoluta quanto
alla salute delle popolazioni interessate.
“STUDI DI “RISK ASSESSMENT” BASATI SU MODELLI CORRETTAMENTE COSTRUITI
SULLA BASE DELLE NORMATIVE VIGENTI
E CHE TENGANO CONTO DELLE
NORMATIVE INTERNAZIONALI, DELLE VIE DI ESPOSIZIONE E DEI DIVERSI SCENARI
DI CONTAMINAZIONE DELLA POPOLAZIONE HANNO EVIDENZIATO CHE IL RISCHIO
LEGATO ALLE EMISSIONI NON CANCEROGENE SIA PRATICAMENTE AZZERATO, E
PER QUELLE LEGATE ALLE EMISSIONI CANCEROGENE O NEL BAMBINO RISULTI
DEL TUTTO TRASCURABILE, O COMUNQUE PARAGONABILE AD ALTRI RISCHI
PRESENTI, E TRANQUILLAMENTE ACCETTATI, DELLA VITA QUOTIDIANA.”
P aes
1995
Nord
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Germ
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Grec
ia
Ungh
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Islan
da
Irland
a
Mess
ic
kg/ab anno
Produzione pro capite di RU nei Paesi
dell’OCSE.
800
2000 o ultimo anno disponibile
700
600
500
400
300
200
100
0
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Svizz
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%
Nuov
a
Contributo percentuale dello smaltimento di
RU in discarica in alcuni Paesi dell’OCSE
(1997 – 2000)
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
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Belg
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Germ
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gna
Mes
Rep
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Luss
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urgo
Polo
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Contributo percentuale della raccolta
differenziata di RU in alcuni Paesi OCSE
(dati 1997-2000)
45,0%
40,0%
35,0%
30,0%
25,0%
20,0%
15,0%
10,0%
5,0%
0,0%
Quantità di rifiuti solidi urbani
termovalorizzati nel 1999 nei Paesi membri
dell’ISWA
14.000.000
600
12.000.000
500
10.000.000
8.000.000
t
300
6.000.000
200
4.000.000
100
2.000.000
quantità trattate totali 1999
quantità trattate pro capite 1999
Ungheria
Regno Unito
Belgio
Spagna
Portogallo
Norvegia
Austria
Italia
Germania
Svizzera
Francia
Svezia
Danimarca
0
Paesi Bassi
0
kg/capita
400
Capacità media degli impianti
d’incenerimento in Europa (2000)
488
Paesi Bassi
390
Portogallo
257
Germania
246
Gran Bretagna
Austria
178
media europea
177
166
Spagna
136
Svezia
132
Francia
126
Belgio
114
Danimarca
110
Svizzera
Italia
Norvegia
91
83
capacità media [1000 t/anno]
Ripartizione dell’energia prodotta da
termovalorizzazione di RU
Modalità di recupero energetico negli impianti
europei di termovalorizzazione (2000)
100%
75%
50%
25%
ope
a
to
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Uni
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Sviz
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Reg
me
Calore
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Cogenerazione
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Dan
Bel
g
Aus
tria
0%
Produzione totale e pro capite di Rifiuti Urbani in Italia
La produzione totale di Rifiuti Urbani è stata pari a 29,4 milioni di tonnellate nel
2001*, superando il tetto dei 510 kg pro capite prodotti in un anno.
La produzione è in costante crescita
31.000.000
530
produzione totale di RU
produzione pro capite di RU
523
516
30.000.000
510
501
492
490
totale [t/anno]
28.000.000
462
27.000.000
449
470
466
Tasso annuo medio di
incremento della
produzione = 2,1 %
451
26.000.000
25.000.000
450
pro capite [kg/ab anno]
29.000.000
430
410
24.000.000
23.000.000
390
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002*
anno
Fonti: *APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2002, Roma, ottobre 2002
APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2003, Roma, novembre 2003
* Dati provvisori per 6 regioni
Ripartizione per aree geografiche e regioni della produzione di RU
La realtà è estremamente diversificata:
700
600
Al Nord, pur essendo prodotte le
maggiori quantità, il dato pro capite è di
poco superiore a quello medio nazionale
kg/ab anno
500
400
300
200
100
0
NORD
CENTRO
SUD
ITALIA
1999
500
547
452
492
2000
514
557
454
501
2001
524
596
464
516
2002
532
602
468
523
La produzione pro capite è massima in
Toscana ed Emilia Romagna, dove mostra
valori prossimi ai massimi dell’Unione
Europea(Olanda, Spagna > 600 kg/ab. anno)
Al Sud i dati sono comunque inferiori a quelli
della media nazionale e vicini al limite
inferiore dell’UE (Portogallo, Finlandia < 500
kg/ab. anno): Reg.Puglia 371÷400 kg/ab.anno
Fonti: APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2002, Roma, ottobre 2002
APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2003, Roma, novembre 2003
La gestione integrata dei Rifiuti Urbani nei paesi dell’Unione Europea
Il quadro globale dei sistemi di
gestione integrata dei rifiuti in
Europa è piuttosto variegato.
100%
90%
80%
70%
La direttiva europea sulle
discariche (1999/31/EC) prescrive
una riduzione del conferimento di
rifiuti biodegradabili in
quest’ultime fino al 35% dei livelli
del 1995 in 15 anni; tuttavia, la
discarica rappresenta ancora
l’opzione principale di numerosi
Paesi
60%
50%
40%
30%
20%
10%
Discarica
Termovalorizzazione
gn
a
Br
et
a
iz
z
er
a
a
n
Sv
ez
i
G
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Compostaggio
ITALIA
Discarica
Termovalorizzazione
Compostaggio
Riciclaggio
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A
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0%
Riciclaggio
So urce:
RRF
SPAGNA
GRAN
FRANCIA
DANIMARCA
73%
6%
17%
4%
BRETAGNA
83%
7.7%
1.3%
8%
50%
39%
6%
5%
10.8%
58%
1.5%
29.7%
80%
7%
10%
3%
Fonti: Elaborazioni ENEA su dati EUROSTAT e APAT
ASSURRE, Incineration in Europe, prepared by Juniper, ottobre 2000
La gestione integrata dei Rifiuti Urbani in Italia
2000
10,3%
8,5%
2001
4,1%
4,7%
12,7%
5,8%
8,7%
5,7%
72,4%
1999
2001
APAT, ONR: Rapporto Rifiuti
2003, Roma, novembre 2003
discarica
incenerimento
con e senza
recupero di
energia
impianti di
selezione e
bioessicazione
compostaggio
da frazioni
selezionate
5,7
4,7
7,4
5,8
8,1
8,7
0
Fonti: APAT, ONR: Rapporto Rifiuti
2002, Roma, ottobre 2002
8,5
7,2
10
4,1
20
2,9
30
12,7
40
10,3
50
%
2000
Si registra un calo dello smaltimento in
discarica ed un aumento significativo
delle quantità di rifiuti avviati al
recupero di materia (nel complesso, il
24,2%); molto più contenuto è
l’incremento della percentuale di
incenerimento (+1,6 punti percentuali).
67,1
60
67,1%
72,4
70
74,4
discarica
incenerimento con e senza recupero di energia
impianti di selezione e bioessicazione
compostaggio da frazioni selezionate80
altro
altre forme di
recupero
Il ricorso alla discarica controllata nelle diverse Regioni
3.000.000
30,00
Ru smaltiti nel 2001
variazione percentuale 1999-2001
2.500.000
20,00
10,00
1.500.000
1.000.000
0,00
-10,00
-20,00
-30,00
500.000
Sa
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Ca
a
mp
an
ia
0
Fonti: APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2003, novembre 2003
-40,00
-50,00
%
t/anno
2.000.000
Incenerimento e recupero energetico dai RU a livello internazionale
18000
OECD 1996-2000
16000
ISWA 1999
ASSURE-JUNIPER 2000
14000
1000 t/anno
12000
10000
8000
6000
4000
2000
Ita
lia
No
rve
g ia
Pa
es
iB
as
si
Po
lo n
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Po
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ga
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llo
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p.
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Fin
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Fra
nc
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Ge
rm
an
ia
Au
str
ia
0
Fonti: ISWA Working Group on Thermal Treatment; OECD; ASSURREJUNIPER
La quantità complessiva di rifiuti
inceneriti in 14 Stati membri
dell’ISWA (International Solid
Waste Association) è all’incirca
di 41 milioni di tonnellate: ben 13
milioni competono solo alla
Germania
4.000.000
29.500.000
3.500.000
29.000.000
3.000.000
28.500.000
2.500.000
28.000.000
2.000.000
27.500.000
1.500.000
27.000.000
1.000.000
26.500.000
500.000
26.000.000
0
25.500.000
1996
1997
RU inceneriti
RU prodotti
Fonti: APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2002, Roma, ottobre 2002
1998
1999
2000
2001
Rifiuti totali inceneriti
linea di tendenza produzione
RU prodotti [t/anno]
rifiuti inceneriti [t/anno]
Incenerimento e recupero energetico dai Rifiuti Urbani in Italia
Incenerimento e recupero energetico dai Rifiuti Urbani in Italia
CONTRIBUTO
PERCENTUALE
REGIONALE
DELL’INCENERIMENTO ALLO SMALTIMENTO DEI
RIFIUTI
URBANI
PRODOTTI
A
LIVELLO
REGIONALE E CONFRONTO CON LA MEDIA
NAZIONALE
25,0%
22,3% 21,6%
1999
2000
21,3%
20,6%
20,0%
14,3%
15,0%
10,0%
8,1% 8,0%
7,5%
6,4%
4,7%
5,0%
2,8%
Sicilia
Marche
Piemonte
Toscana
Umbria
ITALIA
Veneto
Trentino
Lombardia
39,5
40,0
Sardegna
0,0%
45,0
Emilia
0,6%
47,1
Friuli
50,0
35,0
30,0
23,6
% 25,0
21,8
20,0
15,0
7,4
3,2 2,4
7,2 6,3
6,1 5,9
5,3 5,7 5,1
Sardegna
Sicilia
Marche
Umbria
Toscana
Emilia Romagna
1,4 1,1 0,9 0,7 0,7 0,6
Friuli V. G.
3,7
Veneto
0,0
Piemonte
5,0
Trentino A. A.
4,1
Lombardia
10,0
PERCENTUALE
REGIONALE
DI
INCENERIMENTO DI RIFIUTI URBANI
RISPETTO AL TOTALE NAZIONALE
(2000-2001)
Fonti: APAT, ONR: Rapporto
Rifiuti 2002,Roma, ottobre 2002