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La dissociazione molecolare 1

LA DISSOCIAZIONE MOLECOLAREUna soluzione possibile?

Dott. Pietro CavinaIng. Arianna Bertolla


IL PROCESSO DI DISSOCIAZIONE MOLECOLARE

Il suo obiettivo è quello di “disassemblare” le molecole di origine organica complesse per “riassemblarle” in composti più semplici, realizzando un gas sintetico, il “SYNGAS”.

A differenza degli altri metodi di incenerimento, il processo di dissociazione molecolare non smuove il rifiuto, ma può essere assimilato ad una sigaretta che si consuma lentamente dall’inizio alla fine.


IL PROCESSO DI DISSOCIAZIONE MOLECOLARE

Rifiuti per cella 3,5 tonn

Peso dell’intero sistema 35 tonn

Cella primaria

Dimensioni 3,6m x 3m x 2,5m di altezza

Volume 20 mc

Motore del ventilatore 1 hp con inverter

Bruciatori a gasolio 36 l/h 1/3 hp

Cella secondaria

Dimensioni 1,5m x 3m di lunghezza

Motore del ventilatore 1 hp con inverter

Bruciatori a gasolio 60l/h ¾ hp

Spessore refrattario 100 mm

Spessore dell’isolante 50-76 mm

Lunghezza dell’intero sistema

6 m

Sistema di controllo PLC (Programmable LogicController)


Schema di una cella di dissociazione


LA REAZIONE CHIMICALA REAZIONE CHIMICA

C = C

CH3

H

H

CH2

CH3

DISSOCIAZIONE

400 °C + O2

CO

H2CH4

CO2

+CENERI INERTI (<3%)

SYNGAS

(95%)

La dissociazione consiste in una combinazione di:

Pirolisi

termolisi

Gassificazione

Breve fase di dissociazione secondaria (T=1100 °C per pochi secondi per dissociare i residui carboniosi del gas di sintesi)


DIFFERENZA CON INCENERITORI

DISSOCIAZIONE MOLECOLAREAmbiente chiuso;Carenza di ossigeno (viene utilizzato solo quello strettamente necessario per mantenere il processo in funzione)Temperatura compresa tra i 300 e i 550 °C (per evitare la formazione di fusione dei metalli, di diossine e polveri).Presenza di soli due stadi: uno primario a bassa temperatura ed in carenza di ossigeno ed un secondo ad alta temperatura per pochi secondi per ultimare la combustione;tempi di reazione di circa 24 ore.Formazione esigua di ceneri inerti (ca. 3%)

INCENERIMENTOAmbiente chiusoAggiunta di aria in eccesso per mantenere la temperatura all’interno del forno;Utilizzo di bruciatori ausiliari per mantenere la temperatura, in caso di elevata umidità del rifiuto;Presenza di vari stadi: il primo per eliminare l’umidità del rifiuto, il secondo per trasformare le sostanze volatili in forma gassosa (temperature intorno ai 1000-1100 °C), con formazione di fumi ed inquinanti;Produzione di ceneri volatili nei fumi e pesanti (circa 30%).


MATERIALE CARICATO

Biomasse;Rifiuti organici;RSU da raccolta indifferenziata;Rifiuti industriali;Rifiuti speciali;Copertoni;Rifiuti ospedalieri;Scarti di macellazione.

Il materiale caricato non necessita di pretrattamenti di vagliatura e omogeneizzazione; può essere caricato sottoforma di big-bags, pallets oppure sfuso.


COMPOSIZIONE MERCEOLOGICA MEDIA DEL RIFIUTO

29,80%

17,00%19,40%

24,70%

0,40% 6,00%

1,85%

1,13%

CARTAVETROMETALLIPLASTICASOTTOVAGLIOORGANICOINERTIALTRO


SISTEMA DI CARICAMENTO

Le celle dell’impianto sono di dimensione variabile, da 1 a 90 mced il sistema di caricamento è flessibile:

con pala meccanica

direttamente dal mezzo

Tempo di caricamento: da 30 a 60 minuti


CELLE DI DISSOCIAZIONE

Ogni cella è in grado di accettare circa 15 tonn di rifiuto


LA PRODUZIONE DI SYNGAS

SYNGAS GREZZO DA DISSOCIAZIONE

Trascinamento particellare

0,2%

Vapori metallici assenti

Cloro e gas acidi Variabili in funzione del rifiuto caricato

TAR ed asfalti 1-2 mg/Nmc

Composti dello zolfo assenti

ossigeno assente

idrogeno >4%

NOx assenti

Portata e caratteristiche qualitative

costanti

FUMI GREZZI DA COMBUSTIONE

Trascinamento particellare

2-5 g/Nmc

Vapori metallici 10-100 mg/Nmc

Cloro e gas acidi 500-1500 mg/Nmc

TAR ed asfalti /

Composti dello zolfo 300-400 mg/Nmc

ossigeno 10-11,5%

idrogeno Sottoforma di HCl

NOx 200 mg/Nmc

Portata e caratteristiche qualitative

15.000-22.000 Nmc/h


PURIFICAZIONE DEL SYNGAS

Ciclone (per ridurre il contenuto in polveri);

Sistema di raffreddamento;

Filtrazione su letto di soda e carbone attivo;

Scrubber a doppio stadio (per ridurre la concentrazione di HCl e TAR)

PCI del syngas purificato variabile da 5000 a 17000 kcal /Nmc

In sostituzione al gas naturale può essere utilizzato:

In caldaia

In motori a combustione interna;

In turbine a gas;

In celle a combustibile, alimentate da idrogeno mediante Reforming.

(sottoforma di vapore ad alta pressione) per produrre calore o acqua calda

Dopo purificazione da residui carboniosi, HCl, MPT, umidità.


Produzione di energia

Energia elettrica e termica


SYNGAS PURIFICATO

CARATTERISTICHE H2 14-18%

CO 23-27%

CH4 1-3%

CO2 7-10%

N2 42-55%

MPT <2.5 mg/Nmc

SOx <29 mg/Nmc

TAR <5 mg/Nmc

SiO2 Assente

Composti azotati <55 mg/Nmc

Il SYNGAS purificato risulta meno inquinante del metano, in quanto contiene meno NOx e polveri

Con 60 tonn/die di rifiuto vengono prodotti circa 1,5-2 MWe o 8-9 tonn/h di vapore


EMISSIONI IN ATMOSFERAEMISSIONI IN ATMOSFERA

Durante la trasformazione del rifiuto all’interno delle celle non si hanno emissioni in quanto il processo avviene in ambiente totalmente sigillato.

La fase gassosa in uscita dall’impianto è rappresentata dal Syngas, che viene successivamente utilizzato al fine di produrre energia.

Gli scarti provenienti dalla depurazione del Syngas sono in fase solida o liquida e vengono riciclati all’interno delle celle di dissociazione.

Le ceneri prodotte come scarto contengono sali minerali, metalli e vetro, che possono eventualmente essere recuperati.

Essendo l’ambiente di trasformazione povero in ossigeno e ricco di idrogeno, non si ha produzione di diossine; queste ultime, infatti sono composte da molecole organiche con anelli aromatici e cloro; la carenza di ossigeno fa in modo che il cloro si unisca preferenzialmente all’idrogeno presente; anche nella camera secondaria le poche diossine formatesi, si distruggono a causa dell’alta temperatura presente.


EMISSIONI IN ATMOSFERAEMISSIONI IN ATMOSFERA

E’ sfavorita la produzione di NOx in quanto l’ambiente di reazione èpovero di ossigeno.

Il processo è molto lento, proprio per ottenere il 100% di trasformazione del rifiuto;

il materiale all’interno delle celle non è movimentato, perciò non vi sono turbolenze che possano sollevare le polveri.

Le basse temperature all’interno delle celle non favoriscono la produzione di vapori metallici.


EMISSIONI prima del TRATTAMENTOEMISSIONI prima del TRATTAMENTO

Inquinante Limite (L. 133/05)(mg/mc)

Dissociazione molecolare

Termovalorizzazione

Polveri 10 <1 mg/Nmc 2-5 mg/Nmc

500-1500 mg/Nmc

200 mg/Nmc

10-20 mg/Nmc

50-100 mg/Nmc

0,2-1 mg/Nmc

3-5 ng/Nmc

HCl 10 <5 mg/Nmc

NOx 200 <100 mg/Nmc

TOC 10 <1 mg/Nmc

CO 50 <10 mg/Nmc

Hg 0,05 <0,02 mg/Nmc

PCDD/PCDF 0,1 ng/mc <0,05 ng/Nmc


PERFORMANCE DEL PROCESSO

PARAGONE EMISSIONI PER SMALTIMENTO RSU

INQUINANTE LIMITI UNIONE EUROPEA

LIMITI USA LIMITI CANADA MEDIA RAGGIUNTADISSOCIAZ. MOLEC.

MEDIA ITALIATERMOVALORIZZ.

POLVERI

MONOSSIDO DI CARBONIO

DIOSSIDO DI ZOLFO

ACIDO CLORIDRICO

OSSIDI DI AZOTO

DIOSSINE E FURANI

CADMIO E COMPOSTI

PIOMBO E COMPOSTI

MERCURIO E COMPOSTI

ALTRI METALLI PESANTI

10 mg/Nmc 24 mg/Nmc 17 mg/Nmc <1 mg/Nmc 1 mg/Nmc

50 mg/Nmc 50 ppm nessuno <1 mg/mc 1 mg/Nmc

50 mg/Nmc 30 ppm 56 mg/Nmc assente 1,2 mg/Nmc

10 mg/Nmc 25 ppm 27 mg/Nmc 0-30 mg/Nmc 1 mg/Nmc

200 mg/Nmc 150 ppm 110 ppm 45 mg/Nmc 140-150 mg/Nmc

0.1 ng/mc 13 ng/mc 0.08 ng/mc <0.01 ng/mc 0,05 ng/Nmc

0.05mg/mc 0.02 mg/mc nessuno <0.001 mg/mc <0,006 mg/Nmc

0.5 mg/mc 0.2 mg/mc 0.142 mg/mc <0.001 mg/mc 0,05 mg/Nmc

0.05 mg/mc 0.08 mg/mc 0.02 mg/mc <0.001 mg/mc 0,005 mg/Nmc

0.5 mg/mc -- nessuno <0.002 mg/mc 0,05 mg/Nmc


VANTAGGI DEL DISSOCIATORE

La modularità dell’impianto (possono essere trattate da 1 a 100 tonn/die) consente di avere conti economici con rilevanti ricavi;Possono essere gestiti rifiuti e biomasse;Riduzione dei costi legati al trasporto dal luogo di raccolta a quello di smaltimento, oltre che riduzione del traffico ad esso legato;Dimensionamento dell’impianto in funzione delle esigenze reali, ma per lo più per piccole realtà;Possono essere utilizzate l’energia elettrica e termica prodotteI costi di manutenzione del dissociatore molecolare sono bassi, perché vi sono poche componenti in movimento (come macchine rotanti, nastri e valvole). Gli unici materiali di ricambio sono: termocoppie, bruciatori, le porte di accesso allecamere, i refrattari e l’olio per i filtri idraulici.


DIMENSIONAMENTO DELL’IMPIANTO

4 celle da 90 mc circa 60 tonn/giorno di rifiuto,

30 tonn/giorno altri rifiuti

30 tonn/giorno RSU

circa 2 MW di energia elettrica


REFERENZEAttualmente sono più di 100 gli impianti di dissociazione costruiti

nel mondo, fra cui:

Husavik (Islanda);Alaska;Columbia;Indonesia;Australia;Cina;Taiwan ;Croazia;Sud Africa.


CONCLUSIONIIn Senato il partito dei Verdi, guidato da Fabio Roggiolani, ha proposto l’introduzione del processo di dissociazione molecolare anche in Italia.Ciò ha dato luogo a molteplici pareri, favorevoli e contrari all’adozione di tale nuova tecnologia.

Secondo Pasquale De Stefanis, dell’ENEA, il processo non è così innovativo, in quanto:si ha produzione di fumi che, anche se meno carichi di polveri e metalli,

richiedono comunque una depurazione o smaltimento in discarica;Il SYNGAS, prima di essere utilizzato per produrre energia, deve essere separato da poveri ed altri inquinanti;Il processo funziona solo per impianti di piccola taglia, come quello islandese di Husavik;

Stefano Ciafani, responsabile scientifico di Legambiente esprime più o meno le stesse considerazioni:L’impianto gassifica alcune decine di tonnellate di rifiuti al giorno, una frazione minima rispetto ai quantitativi prodotti nelle città italiane;È necessario puntare prima di tutto sulla riduzione netta di produzione dei rifiuti;è indispensabile potenziare ulteriormente la raccolta differenziata domiciliare;La nuova tecnologia di dissociazione molecolare va, tuttavia, sperimentata, al fine di capire se in futuro potrà avere un mercato.


SPERIMENTAZIONI IN ITALIA

L'Itea Spa di Bologna a Gioia del Colle (Bari) sta sviluppando un tipo di dissociazione molecolare applicata ai rifiuti speciali, ma che al contrario dell'impianto islandese utilizza l'irraggiamento dei rifiuti a una temperatura elevata ed uniforme in un reattore saturo di ossigeno.

La società che lo sta sperimentando fa parte del gruppo Sofinter, ed è un progetto avviato con l'Enea nel 2002. Le condizioni all'interno del reattore sviluppano una combustione omogenea, "senza fiamma", che ostacola la formazione delle polveri sottili, mentre le scorie (metalli e ceneri pesanti) vengono trasformate in perle vetrificate a matrice silicea.

Il piccolo impianto, grande quanto un'area di rigore, è ancora in fase sperimentale, ma ha già ottenuto un risultato molto importante: le analisi sulle emissioni condotte dall'Università Federico II e del Cnr di Napoli hanno riscontrato una quantità minima di particolato.

Un'altra variante della gassificazione, detta a letto fluido, vede invece coinvolti il Conai(Consorzio Nazionale Imballaggi) e l'Amra Scarl e prevede l'avvio di un'unità-pilota a Caserta per un progetto triennale. L'impianto lavorerà la parte secca dei rifiuti, come le plastiche e gli scarti della raccolta differenziata, cioè quelle che non possono essere avviate a riciclo, per produrre gas di sintesi da utilizzare come combustibile nelle centrali elettriche o negli impianti di teleriscaldamento.

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