Appunti Valorizzazione delle risorse primarie e secondarie M

Valorizzazione delle risorse primarie e secondarie

(Appunti presi a lezione di corso 2022-2023)

Informazioni generali

• Prof. Alessandra Bonoli

Indice capitoli

• 1 - Principi di base 2
• 2 - L'acqua 4
• 3 - Normative sui rifiuti 11
• 4 - Le macchine per il riciclo 13
• 5 - Inerti naturali da costruzione 18
• 6 - Gli inerti riciclati 24
• 7 - I rifiuti urbani 30
• 8 - Filiere di rifiuto da raccolta differenziata 34
• 9 - Rifiuti elettrici ed elettronici 43
• 10 - Veicoli e pneumatici fuori uso 46
• 11 - Inceneritori/termovalorizzatori e discariche 49
• 12 - Ecodesign e LCA 54
• 13 - Tecnologie appropriate per i PVS 58
• 14 - Tecnologie verdi urbane 62

Principi di base

Sostenibilità

Lo sviluppo sostenibile è uno sviluppo che soddisfa le esigenze del presente senza compromettere la possibilità delle future generazioni di soddisfare le proprie. La sostenibilità è incompatibile con il degrado ambientale e delle risorse naturali, ma anche con la povertà e il declino economico, la violazione dei diritti, della dignità e della libertà umane; dunque, la sostenibilità deve essere non solo ambientale, ma anche economica, sociale e istituzionale. Lo sviluppo è sostenibile se si garantisce un accesso continuo e duraturo alle risorse naturali e si evitano danni permanenti all’ambiente.

• La velocità del prelievo deve essere pari alla velocità di rigenerazione (uso una risorsa senza consumarla). Quindi è necessario l’uso di materie prime ed energie che siano rinnovabili.
• La velocità di produzione dei rifiuti deve essere uguale alle capacità naturali di assorbimento da parte degli ecosistemi in cui i rifiuti vengono immessi (in passato, a causa della minore popolazione e dei minori volumi di produzione agricola e industriale, l’impatto dei rifiuti sull’ambiente era inferiore e mari e fiumi erano in grado da soli di assorbire e ripristinare l’equilibrio, ora ciò non è più possibile). Quindi bisogna ridurre al minimo la produzione di rifiuti e massimizzare il riciclo.

Economia circolare

L’attuale sistema economico dipende essenzialmente da risorse non rinnovabili ed è votato a una crescita economica - intesa come accrescimento costante del Prodotto Interno Lordo (PIL) - infinita, e può essere schematizzato tramite un sistema aperto: Economia Lineare

Risorse Attività Antropica Materie Prime Emissioni

Non è quindi perpetuabile, poiché genera dissipazione di energia, crescente dispersione di materia e non vi è alcuna possibilità di separare la crescita economica dal suo crescente impatto ecologico.

Il crescente problema di aumento di rifiuti e emissioni e scarsità di risorse e materie prime può essere risolto solo attraverso un sistema economico non più volto alla crescita infinita, ma schematizzabile tramite un sistema chiuso:

Risorse Rifiuti Attività Antropica Materie Prime Emissioni R = riciclo R Economia Circolare

Nell’economia circolare, il rifiuto diventa nuova risorsa primaria e secondaria e si tende a zero emissioni e zero consumo di risorse naturali, rendendo possibile lo sviluppo sostenibile.

Sharing economy

Teorizzata da Jeremy Rifkin, il quale la ritiene la Terza Rivoluzione Industriale, che ci introdurrebbe all’“era postcarbonio” (l’attuale sistema è basato principalmente sul consumo di carbone e petrolio). Si basa su cinque punti:

• Uso delle energie rinnovabili
• Conversione degli edifici in piccole centrali elettriche
• Stoccaggio di energia verde con idrogeno
• Creazione di una rete energetica di nodi interconnessi
• Utilizzo di veicoli elettrici

Si indica con Transizione il passaggio dall’era del carbonio all’era postcarbonio.

L'acqua

Il ciclo delle acque nelle attività umane

L’acqua è la principale risorsa naturale, indispensabile per la vita e gli ecosistemi, è una sostanza capace di creare benessere (prosperità) o malessere (alluvioni), modifica il territorio livellando i monti e depositando sedimenti, i ghiacciai scavano e modellano. È inoltre l’alimento più importante (70% del nostro corpo).

Quindi, sono forti in questo caso i temi della valorizzazione e dello sviluppo sostenibile: è necessario un uso consapevole della risorsa per poterla usare al meglio, cioè ottimizzarne l’uso e limitarne gli scarti. L’uso dell’acqua non può seguire un approccio quantitativo, come nel caso del petrolio (lo uso finché è disponibile), ma qualitativo, cioè è necessario un uso multiplo della risorsa: a seconda dell’uso, sarà necessaria un’acqua di qualità alta (l’acqua di qualità più alta è quella potabile) o meno alta; si pretenderà il massimo della qualità per gli usi nobili (impiego agro-industriale e alimentare), una qualità minore per altri impieghi. L’uso multiplo può includere, inoltre, l’uso in cascata della risorsa: la stessa acqua viene dapprima impiegata per usi nobili e poi riutilizzata per impieghi che richiedono via via meno qualità.

L’acqua è detta “oro blu” a testimoniare la sua preziosità, ricopre il 71% della superficie terrestre, ma solo il 2,5% della risorsa è acqua dolce; questo 2,5% è diviso in acqua dolce sotterranea, ghiaccio e neve, laghi dolci e fiumi.

Il ciclo idrologico naturale consente all’acqua di rinnovarsi autonomamente, costituendo un ciclo chiuso; tuttavia, l’acqua viene intercettata per usi antropici, che ne deteriorano la qualità e possono non rispettare i tempi di rigenerazione del ciclo naturale, e ciò porta in alcune zone ad avere forte carenza di acqua potabile: infatti, sebbene la disponibilità nei vari continenti sia alta, ci sono molte criticità locali, acuite dall’attività antropica. Va poi tenuto conto che il ciclo idrico è un ciclo chiuso su scala globale, ma non locale.

La crescita della domanda di acqua potabile anno dopo anno va in contrasto con l’aumento delle perdite dovute all’inquinamento. Questo contrasto può essere risolto con l’uso differenziato e il riciclo e riuso: destiniamo l’acqua nobile solo alle utenze che ne hanno stretta necessità (ad esempio, in casa solo il 15-18% dell’acqua utilizzata ha necessità di essere potabile), e riutilizziamo in cascata questa stessa acqua (in aggiunta ad acqua di qualità più scarsa) per attività che non richiedono la massima qualità; quindi da un lato, dove possibile impieghiamo acqua meno nobile riducendo la domanda di acqua nobile, dall’altro, tramite riciclo e riuso riduciamo le perdite per inquinamento. Questo criterio si traduce in un uso sostenibile della risorsa, cosa che purtroppo attualmente non accade in Europa, ad esempio, dove, avendo una relativa abbondanza di acqua dolce, non si è sensibilizzati a sufficienza su questo tema: in termini meramente quantitativi, la media europea di fabbisogno idrico è circa 170 l/gg a persona (considerando tutte le attività antropiche), mentre è stato stimato che, senza variare la qualità della vita, un uso sostenibile della risorsa consentirebbe di scendere a 40-50 l/gg.

Classificazione idrogeologica

• Acque atmosferiche (o meteoriche): consistono in piogge e nevi, sono scarsamente potabili e povere di sali, ma una notevole fonte di approvvigionamento.
• Acque litosferiche: consistono in superficiali (più esposte a contaminazione e esenti da processi di auto-depurazione), a loro volta divise in dolci e salate, e sotterranee; queste ultime sono le acque migliori, data la loro infiltrazione in terreni permeabili (falde e sorgenti), che consente processi auto-depurativi (filtrazione meccanica e tramite microrganismi) e dona caratteristiche diverse secondo i tipi di rocce.

Mentre l’acqua che scorre in superficie diminuisce via via la sua qualità inquinandosi, l’acqua sotterranea non viene inquinata, ma piuttosto migliora nel suo percorso per processi di purificazione nel terreno e arricchendosi di sali tramite scambi ionici. Va poi considerato che l’acqua che scorre in superficie ha una velocità di scorrimento maggiore: ciò la rende meno disponibile all’utilizzatore (la stessa acqua è disponibile per meno tempo) rispetto a quella sotterranea, che quindi risulta anche quantitativamente maggiore.

Ricapitolando, l’acqua sotterranea è di gran lunga la risorsa di acqua dolce più abbondante, qualitativa e facilmente disponibile, seguita dai laghi, serbatoi artificiali e fiumi: l'acqua sotterranea rappresenta più del 90% del totale dell'acqua dolce facilmente utilizzabile e circa un miliardo e mezzo di persone ne dipendono per gli usi idropotabili.

Impronta idrica (Water Footprint)

La Water Footprint si affianca ad altre impronte come la Carbon Footprint (emissioni di CO₂) per misurare l’effetto dell’azione antropica sull’ambiente; è definita come il volume totale di acqua dolce utilizzata per produrre i beni e i servizi consumati da un individuo, comunità o impresa; ci consente quindi di stimare i consumi idrici diretti e quelli indiretti (dovuti alla produzione di beni; si parla di “acqua virtuale”, da associare a un determinato prodotto). La teoria della W.F. divide l’impatto dell’attività antropica sulla risorsa idrica in 3 tipologie:

• Green W.F.: impatto sull’acqua piovana (irrigazione, ...).
• Blue W.F.: impatto sull’acqua superficiale e sotterranea (quella principalmente utilizzata).
• Grey W.F.: corrispondente all’acqua che è necessario inquinare per produrre un bene.

L’impronta idrica maggiore è data dai paesi sviluppati e da quelli in cui c’è scarsità d’acqua (il consumo d’acqua ha un peso tanto maggiore quanto minore è la disponibilità); i paesi con la W.F. maggiore sono Cina, India e USA.

Incremento delle risorse idriche naturali

La prima fonte di qualunque risorsa è il risparmio, inteso anche come riciclo e riuso. Tuttavia, in caso di carenza idrica, si possono adottare le seguenti tecniche.

Gli invasi artificiali di superficie sono bacini artificiali che raccolgono acqua piovana (o “meteorica”), oppure casse di espansione fluviali; queste ultime hanno una doppia funzione: contengono le piene, raccogliendo l’acqua in eccesso e quindi evitando esondazioni, e rendono disponibile quest’acqua per future necessità. A tal proposito, si consideri che, durante le piene, la velocità di scorrimento dell’acqua nel fiume aumenta, quindi la risorsa si rende meno disponibile: le casse di espansione rendono l’acqua disponibile per più tempo.

Il ravvenamento di acquiferi sotterranei è concettualmente il contrario del prelievo d’acqua da bacini sotterranei, si incrementa la risorsa acquifera sotterranea. Questa tecnica si ricollega alle casse di espansione: costruendo le casse di espansione su terreno permeabile, l’acqua raccolta infiltrerà spontaneamente nel sottosuolo; questo passaggio comporta anche un miglioramento della qualità dell’acqua, la quale si purifica e si arricchisce di sali. Fortunatamente, le casse di espansione sono più efficaci là dove c’è un cambiamento del gradiente idrico, come le zone pedecollinari, poiché qui è maggiore il rischio di esondazioni, e proprio in queste zone il terreno è maggiormente permeabile. In Italia non è consentito il pompaggio diretto nelle falde sotterranee, per il rischio di inquinamento delle stesse, ma è consentito (anzi è consigliabile) il ravvenamento indiretto.

La rigenerazione e riciclaggio di acque reflue prevede che queste, che devono sempre essere depurate, anche solo per la loro immissione in mari e fiumi, vengano anche riciclate, o per istituire un ciclo chiuso all’interno di un impianto di produzione o in previsione di un uso in cascata.

La dissalazione delle acque marine e salmastre è un insieme di tecniche diffuse su piccola scala (ad esempio, sulle navi e in alcuni paesi con scarsità idrica per usi agricoli e per avere acqua potabile), ma poco sfruttate a livello globale, nonostante la più grande quota d’acqua sulla terra sia salata. La tecnica più semplice è la “distillazione”, che realizza artificialmente ciò che in natura avviene con il ciclo idrologico, fornendo energia come calore: l’acqua salmastra viene fatta evaporare sfruttando l’energia solare (semplice esposizione al sole), il vapore acqueo condensa, precipita e viene raccolto, ottenendo l’acqua distillata; con questo processo, l’acqua si libera degli eventuali inquinanti, oltre che del sale; pertanto, volendola impiegare come acqua potabile, l’acqua distillata andrà reintegrata di sali. In generale, il sale ricavato dalla distillazione contiene inquinanti e quindi va o reimmesso in mare (se la produzione è su piccola scala) o smaltito come rifiuto solido. L’inerzia nell’impiego di tecniche di dissalazione su larga scala è dovuto al dispendio energetico associato; la soluzione è dunque la “dissalazione ad energie rinnovabili” (energia solare).

L’induzione artificiale di piogge differisce dalle tecniche viste finora, che sono ben note e hanno un basso impatto ambientale. Si interviene nella fase di condensazione a livello delle nuvole, iniettando dei “nuclei di condensazione” (soluzioni saline che fanno generare nuclei di ghiaccio), che accelerano il processo di condensazione, portando alla pioggia nell’arco di alcuni minuti. Questa tecnica, usata ad esempio in Israele assieme alla dissalazione, è abbastanza invasiva, poiché si va a intercettare una pioggia che naturalmente sarebbe precipitata altrove, magari in altri paesi (ciò può rappresentare un problema geopolitico).

Con la riduzione di evaporazione da specchi d’acqua si limita la perdita d’acqua per evaporazione di un bacino idrico ricoprendo lo specchio d’acqua con un “film biologico”, fatto di microrganismi e quindi permeabile a luce e aria; quindi, non altera le caratteristiche dello specchio d’acqua ma blocca gran parte dell’evaporazione. Tuttavia, è una tecnica invasiva e artificiosa, destinata pertanto a un impiego su piccola scala.

Gli usi dell'acqua

A livello mondiale, circa il 70% del consumo idrico è per uso agricolo, circa il 20% per uso industriale e produzione energetica, e circa il 10% per uso civile; a livello europeo, tuttavia il consumo per uso industriale supera quello per uso agricolo (mentre in Italia ci riavviciniamo alla media mondiale). Si stima che, entro il 2025, i consumi verranno incrementati di 1,2 volte nel settore agricolo, 1,5 volte nel settore industriale e 1,8 volte nel settore domestico; ciò dà una misura di quanto occorra ottimizzare i consumi e incrementare il riuso.

Nel settore industriale, l’acqua è impiegata principalmente come acqua di processo (per produzione e come materia prima), agente meccanico (idrodinamica), vettore termico (riscaldamento e refrigerazione) e uso potabile (sanitari, ...). Il risparmio idrico passa attraverso il riciclo (riutilizzo del refluo nella stessa applicazione), il riuso (uso in cascata per altre applicazioni, con o senza trattamento) e la “simbiosi industriale”, cioè il refluo in uscita da un impianto diventa risorsa per un secondo impianto anziché rifiuto (ad esempio, l’acqua in uscita dal primo impianto è riscaldata, la si cede a un secondo impianto che necessita di acqua riscaldata, anziché spendere energia per scaldare nuova acqua). Dato che molte attività industriali non necessitano di acqua di elevata qualità, si può realizzare l’approvvigionamento idrico tramite raccolta di acqua piovana o recupero di acque reflue civili (previa depurazione); si possono, inoltre, creare acquedotti industriali che raccolgano le acque reflue prodotte dalle varie attività per il riuso.

Nell’industria alimentare, invece, che tra l’altro richiede una quantità enorme di acqua, gli standard specificano che l'acqua di processo riutilizzata (anche per scopi di pulizia) deve essere di qualità pari all'acqua potabile. L’acqua trattata sfruttata nell'industria alimentare può essere desalinizzata ed i prodotti organici eliminati in modo da soddisfare le condizioni di reimpiego. I processi di depurazione delle acque reflue si spingono tanto più avanti secondo le esigenze dettate dal tipo di riutilizzo o riciclo a cui le stesse sono destinate (a seconda della qualità dell’acqua richiesta):

• Trattamenti preliminari: separano le sostanze solide estranee attraverso griglie grossolane e fini.
• Trattamenti primari fisico-chimici: rimuovono gli SST (Solidi Sospesi Totali); possono servire anche per il recupero di alcune sostanze, magari incompatibili con le applicazioni a valle, ma utili per altri impieghi.
• Trattamenti secondari biologici: abbattono le sostanze organiche e rimuovono i solidi colloidali non sedimentabili, quindi non separabili con trattamenti fisici.