Lezioni, Valorizzazione delle risorse primarie e secondarie M

Valorizzazione delle risorse primarie e secondarie

Prof.ssa Alessandra Bonoli

Appunti di Simone Benassi

Indice

• I principi dello sviluppo sostenibile ............................................................................. 1
  • Eco-efficienza e dematerializzazione ........................................................................ 2
• Tecnologie per il trattamento delle risorse primarie e secondarie ........................... 10
  • Macchine di riduzione dimensionale (Es ~ 10 ÷ 30 kWh/t) ................................ 10
  • Macchine di classificazione dimensionale o granulometrica (Es ~ 1 kWh/t) ........... 14
  • Macchine di separazione (Es ~ 1 kWh/t) ............................................................. 22
  • Macchine di compressione/presse (Es ~ 1 ÷ 10 kWh/t) ...................................... 28
• Trattamento acqua e fini (“fango”) ............................................................................. 30
• Materiale inerte ............................................................................................................. 34
  • Trattamento dei materiali inerti naturali ................................................................... 34
  • Trattamento dei rifiuti da materiali inerti .................................................................. 39
  • Processo di demolizione ............................................................................................ 40
  • Tecnologie di trattamento ......................................................................................... 43
• Il ciclo delle acque nelle attività umane ...................................................................... 48
  • Gli usi dell’acqua ...................................................................................................... 53
  • Settore industriale (25%) ......................................................................................... 53
  • Settore agricolo (63%) ............................................................................................. 54
  • Settore domestico (civile) (12%) ............................................................................ 55
• Normativa nazionale sui rifiuti .................................................................................... 56
• La raccolta differenziata .............................................................................................. 60
• Filiere di rifiuto da raccolta differenziata ................................................................... 62
  • Il riciclo della carta (22% dei RU) ............................................................................ 62
  • Il riciclo del legno (3% dei RU) ................................................................................ 64
  • Il riciclo dei metalli (3% dei RU) .............................................................................. 65
  • Il riciclo dell’acciaio ................................................................................................. 65
  • Il riciclo dell’alluminio ............................................................................................ 65
  • Il riciclo del vetro (7% dei RU) ................................................................................ 68
  • Il riciclo della plastica (10% dei RU) ........................................................................ 70
  • Il riciclo del PVC (Polivinilcloruro) ...................................................................... 71
  • Consorzi Nazionali Obbligatori ................................................................................ 72
  • Il riciclo della frazione umida (organica) – Il compostaggio .................................... 73
  • Trattamento Meccanico Biologico – TMB ............................................................. 77
• Inceneritori e termovalorizzatori ................................................................................ 80
  • Il processo di incenerimento ..................................................................................... 80
  • La filtrazione delle emissioni al camino ................................................................... 81
  • Il recupero delle scorie (bottom ashes) ..................................................................... 83
  • Il recupero dell’alluminio e degli altri metalli ......................................................... 84
• La discarica .................................................................................................................. 86
• La gestione dei RAEE (CER 160200) ........................................................................ 89
• Veicoli Fuori Uso – VFU (CER 160104*) .................................................................. 92
• Pneumatici Fuori Uso – PFU (CER 160103) ............................................................ 95
• Tecnologie appropriate ............................................................................................... 96
  • Tecnologie appropriate per l’acqua ........................................................................... 97
  • Tecnologie appropriate per la gestione dei rifiuti solidi ........................................... 102
  • CAT - Centre for Alternative Technology (UK) ...................................................... 105
• Energie ......................................................................................................................... 106
• Acronimi .......................................................................................................................... 109

I principi dello sviluppo sostenibile

Nel corso si farà sempre distinzione fra:

Risorsa primaria: risorsa che deriva da una materia prima naturale;

Risorsa secondaria: risorsa che deriva da un rifiuto.

Il Rapporto Brundtland, Our Common Future, 1987, meglio conosciuto come il rapporto con il quale viene introdotto per la prima volta il concetto di sviluppo sostenibile.

Intorno al 2007 si comprende che le risorse non sono illimitate/infinite: le risorse sono destinate a ridursi drasticamente e ad esaurirsi inesorabilmente.

Obiettivi dello sviluppo sostenibile

• Garantire un accesso continuo e duraturo alle risorse naturali.
• Evitare danni permanenti all’ambiente perpetrando i fenomeni di inquinamento odierni.

Prendendo come riferimento la prima caratteristica, si può tradurre come: “la velocità di prelievo deve essere uguale (o minore) alla velocità di rigenerazione delle risorse”. Ciò suggerisce di utilizzare materie seconde ed energie rinnovabili.

Inoltre, “la velocità di produzione dei rifiuti deve essere uguale (o minore) alla capacità di assorbimento degli ecosistemi in cui gli stessi rifiuti vengono immessi”. Ciò suggerisce di minimizzare la produzione di rifiuti e massimizzare le attività di riciclaggio.

Fonte rinnovabile: fonte che si rigenera da se stessa in tempi paragonabili a quelli del suo consumo (es.: energia da biomassa).

Se consumo tutta la risorsa, senza lasciargli il tempo di rigenerarsi, allora la fonte/risorsa non è rinnovabile.

Le materie prime non sono risorse/fonti rinnovabili: è necessario quindi riutilizzarle e riciclarle.

Del terzo delle risorse che conosciamo solo ^1/3 sono sfruttabili (alcune risorse potrebbero trovarsi sul fondo dell’oceano).

Ancora, solo ^1/3 delle risorse sfruttabili le stiamo effettivamente utilizzando a causa di condizioni politiche avverse caratterizzanti i paesi in cui sono localizzate.

Ottimizzare l’utilizzo delle risorse diventa quindi fondamentale.

Valorizzazione delle risorse I e II M – modulo 1

I principi dello sviluppo sostenibile – Simone Benassi

Prendendo come riferimento la seconda caratteristica dello sviluppo sostenibile si definisce l’ecosistema come una porzione di biosfera limitata naturalmente, come per esempio l’aria, l’acqua o il suolo.

I tre ecosistemi appena citati hanno una grande (ma non infinita) capacità di assimilare/assorbire e smaltire l’inquinamento. Oggi, a causa di un eccesso di scarichi, gli ecosistemi “faticano” sempre di più.

Attraverso il riciclo e il recupero si riduce l’utilizzo di materie prime, riducendo di conseguenza i rifiuti e l’inquinamento derivante da questi. Realizzando quindi il riciclo e il recupero si avvia un ciclo virtuoso che è caratterizzato solo da vantaggi, dal punto di vista:

• Ambientale
• Economico
• Energetico

Eco-efficienza e dematerializzazione

Economia dei cicli chiusi in estrema sintesi significa allungare il ciclo di vita dei prodotti e ridurre l’input di risorse ed energia a monte e i rifiuti e le merci “negative”, per unità di produzione, a valle del processo di trasformazione.

Dematerializzazione/Smaterializzazione dei prodotti e dei servizi. Con particolare riferimento ai prodotti, che diventano sempre più durevoli, leggeri, piccoli, a parità di funzionalità, minimizzando quindi la generazione di rifiuti al termine del ciclo di vita (es.: oggi il vetro pesa, a parità di prestazioni, il 30% in meno rispetto a 30-40 anni fa).

Oggi un processo efficiente segue la logica della riduzione degli sprechi e dell’ottimizzazione dell’uso delle risorse.

Si passa da un sistema lineare aperto (materia prima attività qualsiasi rifiuti inquinamento) a un sistema circolare chiuso.

Infatti, il sistema lineare aperto si basa su due ipotesi che abbiamo già visto essere errate:

• Materie prime ed energia illimitate
• Ecosistemi in grado di smaltire tutto l’inquinamento

Attraverso un’analisi ABC (Pareto) si è dimostrato che il 20% della popolazione mondiale consuma più dell’80% delle risorse presenti sul nostro pianeta.

Terza Rivoluzione Industriale

Si parla oggi di Terza Rivoluzione Industriale che si basa su tre concetti cardine:

• Utilizzo delle energie verdi in quanto i combustibili fossili stanno per esaurirsi
• L’energia in surplus deve essere condivisa in rete, generando costi inferiori della stessa
• L’energia deve essere prodotta in modo capillare e diffuso

Le materie prime non sono risorse rinnovabili, se non in tempi lunghissimi (ere geologiche). L’acqua potrebbe essere una risorsa rinnovabile o meno (di fondamentale importanza in quanto è utilizzata in tantissimi processi di trattamento) mentre l’energia è sicuramente una risorsa rinnovabile.

L’obiettivo delle comunità oggi è avere rifiuti 0.

La distinzione fra risorsa primaria e secondaria è definita esclusivamente in funzione dell’origine del materiale e non in funzione della qualità dello stesso: alcune risorse secondarie (materia seconda o materia riciclata) possiedono la stessa identica qualità della rispettiva risorsa primaria (≠ materia prima o materia naturale).

Nell’ambito dei processi di trattamento che andremo ad analizzare nel proseguo del corso, ricopre un ruolo fondamentale il concetto di bilancio di massa: sarà analizzato il rapporto fra quanto entra nell’impianto e quanto esce dallo stesso.

In Out

IMPIANTO

Q_in = Q_out la portata in ingresso deve essere uguale alla portata in uscita.

Per ora l’impianto, ossia il processo di trattamento specifico, è un’incognita, una scatola nera. Lo stesso bilancio di massa realizzato per le portate totali in ingresso e in uscita (Q_in e Q_out) può essere realizzato per le singole categorie merceologiche che entrano nell’impianto.

Valorizzazione delle risorse I e II M – modulo 1

I principi dello sviluppo sostenibile – Simone Benassi

Dove:

• Q_in: portata totale in ingresso
• Q_out: portata totale in uscita
• n: numero di categorie merceologiche presenti nella portata totale in ingresso Q_in
• F_i: portata della categoria merceologica i-esima in uscita
• R_i: portata degli scarti della categoria merceologica i-esima
• f_i: percentuale della categoria merceologica i-esima presente nella portata totale in ingresso Q_in
• r_i: percentuale della categoria merceologica i-esima presente nella portata degli scarti R_i

Attraverso il processo di trattamento è possibile separare le differenti categorie merceologiche l’una dall’altra.

Bilancio di massa generale:

Q_in = Σ (F_i + R_i) = Q_out

Lo stesso ragionamento può essere realizzato per ogni singola categoria merceologica:

Bilancio di massa per il materiale 1:

Q_in * f₁ = F₁ + r₁ * R₁

E così via per gli altri materiali.

Due tipologie di rendimento

• Rendimento di recupero:

  R_rec = Σ_i=1ⁿ F_i / Q_in * 100 [%]

  “Quanto si riesce a recuperare in relazione a quanto è entrato nell’impianto?”

• Rendimento di separazione:

  R_sep(i) = F_i / (f_i * Q_in) * 100 [%]

  “Quanto si riesce a recuperare del singolo materiale in relazione a quanto è entrato nell’impianto?”

Il rendimento di recupero fa riferimento alla portata totale in ingresso mentre il rendimento di separazione fa riferimento ai singoli materiali.

Valorizzazione delle risorse I e II M – modulo 1

I principi dello sviluppo sostenibile – Simone Benassi

Un impianto (processo di trattamento) ha bisogno di energia per poter funzionare: la maggior parte dell’energia è spesa nella fase di riduzione dimensionale (trattata nel capitolo successivo).

Le macchine utilizzate nei processi di trattamento possono essere preliminarmente classificate in funzione dell’energia specifica (kWh/t) di cui necessitano per realizzare lo specifico trattamento:

• Macchine di riduzione dimensionale: Es ~ 10 ÷ 30 kWh/t
• Macchine di classificazione dimensionale o granulometrica: Es ~ 1 kWh/t
• Macchine di separazione: Es ~ 1 kWh/t
• Macchine di compressione/presse: Es ~ 1 ÷ 10 kWh/t

Successivamente, conoscendo l’energia specifica richiesta e la portata di materiale da trattare, è possibile definire in maniera molto semplice la potenza da installare sulla specifica macchina:

P = Es * Q_in [kW]

Esempio numerico: separazione di cavi di rame dalla guaina di gomma.

F_In IMPIANTO D

f_{% rame}

TRITURAZIONE

Q_in Q_out

F_gomma

R_i

r_{% rame} r_{% gomma}

Dati:

• Q_in = 100 Kg
• F_rame = 75 Kg (95% rame + 5% gomma)
• F_gomma = 25 Kg (73% gomma + 27% rame)
• f_{% rame} = 78%
• f_{% gomma} = 22%

F_{rame reale} = 95% x F_rame = 0,95 x 75 Kg = 71,25 Kg effettivi di rame recuperato

F_{gomma reale} = 73% x F_gomma = 0,73 x 25 Kg = 18,25 Kg effettivi di gomma recuperata

Σ F_i = 75 + 25

R_rec = (Σ F_i / Q_in) * 100 = 100%

R_sep(i) = (F_i / (f_i * Q_in)) * 100

F_{rame reale} = 71,25

R_sep(rame) = (71,25 / (0,78 x 100)) * 100 = 91,34%

F_{gomma reale} = 18,25

R_sep(gomma) = (18,25 / (0,22 x 100)) * 100 = 82,95%

Se al posto di F_{rame reale} si fosse utilizzato F_rame si sarebbe commesso un errore in quanto in questa grandezza (portata del rame in uscita) è ancora contenuta una percentuale (5%) di gomma e, viceversa, nella portata F_gomma (portata di gomma in uscita) è ancora contenuta una percentuale (27%) di rame.

Esempio numerico: separazione di materiale inerte da costruzione (calcestruzzo armato)

CDW (rifiuti da demolizione e costruzione)

F_In

f_{% inerti}

IMPIANTO

f_{% acciaio}

Q_in Q_out

F_acciaio

R_i

r_{% inerti} r_{% acciaio}

Dati:

• Q_in = 100
• F_inerti = 92,0, f_inerti = 94,5%
• F_acciaio = 4,9, f_acciaio = 5%
• R_i = 3,1, 0,5% di frazioni leggere che non possono essere riciclate (plastica, legno, ...)

Q_in = Σ (F_i + R_i)

Q_in = F_inerti + F_acciaio + R_i = 92,0 + 4,9 + 3,1 = 100 = Q_in