Trattamenti termici

Relativamente al trattamento termico dei rifiuti urbani, la normativa italiana, recependo quella europea, impone che sia sempre associato a recupero di energia (elettrica e/o termica). Tuttavia, in funzione dell’efficienza con cui tale recupero avviene (da calcolare in base ad una specifica formula), gli impianti di trattamento termico dei rifiuti urbani possono essere classificati come impianti di recupero energetico (definito dalla normativa come operazione di trattamento «R1») o come semplici impianti di smaltimento (operazione di trattamento «D10»).

Ad oggi tutti gli impianti di trattamento termico di rifiuti urbani presenti sul territorio italiano (44 impianti, di cui 29 al nord, 8 al Centro e 7 al Sud) producono energia (elettricità, calore o entrambi in modo combinato). Il recupero energetico negli ultimi 5 anni ha subito un costante aumento. In particolare, 32 impianti producono sola energia elettrica, mentre 12 operano in assetto cogenerativo (energia elettrica immessa nella rete di distribuzione nazionale + energia termica fornita a reti di teleriscaldamento).

Incenerimento (processo)

L’incenerimento è la combustione diretta dei rifiuti.
La combustione consiste nell’ossidazione degli atomi che costituiscono il rifiuto, principalmente carbonio (C) e idrogeno (H), per generare composti completamente ossidati e stabili, principalmente anidride carbonica (CO₂) e acqua (H₂O).

La combustione avviene rispettando il bilancio di massa, ossia la massa di effluenti (gassosi, come i gas combusti, e solidi, come le scorie) rilasciata dal processo è pari alla massa di reagenti (solidi, come i rifiuti, e gassosi come l’aria) consumata.

Poiché le reazioni di ossidazione sono “esotermiche”, il processo di combustione rilascia significative quantità di calore.

Incenerimento (schema d’impianto)

Un moderno inceneritore può essere considerato a tutti gli effetti come una medio-piccola centrale termoelettrica.
Il rifiuto in ingresso viene stoccato in una fossa dove viene omogeneizzato prima di essere caricato nel combustore.

La tecnologia di combustore più utilizzata e diffusa è quella a griglia mobile, orizzontale o inclinata, sulla quale il rifiuto avanza, viene rimescolato e, a contatto con l’aria, subisce la combustione con produzione di gas combusti e scorie.
Altri tipi di combustore industrialmente utilizzati sono quelle a tamburo rotante e a letto fluido. La prima è utilizzata principalmente per rifiuti industriali (solidi e liquidi) a elevato potere calorifico, mentre l’ultima è utilizzata esclusivamente per rifiuti pre-trattati come il CSS (Combustibile Solido Secondario).

I gas prodotti dal combustore attraversano la sezione di scambio termico (caldaia) dove cedono calore raffreddandosi. Il calore è solitamente sfruttato per produrre vapore, a sua volta utilizzato in una turbina per la produzione di energia elettrica o elettricità combinata a calore.

Prima di essere espulsi in atmosfera, i gas combusti subiscono una serie di trattamenti per abbattere le sostanze inquinanti (filtrazione delle polveri, neutralizzazione dei gas acidi, riduzione degli ossidi di azoto, absorbimento dei microinquinanti), con l’utilizzo di reagenti e la produzione di residui solidi e/o liquidi. Tali residui sono rifiuti speciali che possono essere recuperati e/o smaltiti.

Incenerimento (emissioni in atmosfera)

I gas combusti (fumi) prodotti dall’incenerimento dei rifiuti e scaricati, previa depurazione, in atmosfera contengono specie inquinanti in concentrazione inferiore ai limiti autorizzati che, normalmente, sono inferiori ai limiti stabiliti dalla normativa vigente (i più bassi tra quelli imposti a tutte le attività industriali). Le diverse tipologie di inquinanti sono:

• Monossido di carbonio (CO): gas tossico, incolore e inodore, prodotto da incompleta combustione. La sua concentrazione è normalmente limitata a poche parti per milione ottimizzando la combustione del rifiuto.
• Ossidi di azoto (NO_x): principali imputati nella formazione di smog e particolato. La loro formazione è limitata ottimizzando la combustione del rifiuto, ma per soddisfare i limiti emissivi solitamente autorizzati sono necessari appositi processo di rimozione (riduzione) mediante reagenti ammoniacali.
• Gas acidi (HCl, HF, HBr, H₂SO₄): creano problemi di corrosione e sono responsabili di piogge acide e smog. Sono normalmente rimossi (neutralizzati) tramite opportuni reagenti chimici alcalini (calce o bicarbonato di sodio).
• Particolato (PM): solidi minuti trasportati dai fumi ai quali sono imputati effetti cancerogeni. Sono normalmente rimossi mediante opportuni sistemi di filtrazione (precipitatori elettrostatici, filtri a ciclone, filtri a maniche).
• Diossine, furani (PCDD e PCDF) e, più in generale, composti organo-alogenati: composti tossici e facilmente assorbibili dagli organismi viventi. Sono normalmente presenti nei rifiuti. Sono termo-distrutti operando opportunamente la combustione del rifiuto. Possono riformarsi durante il raffreddamento dei fumi, nel qual caso sono rimossi (absorbiti) tramite carboni attivi.
• Metalli: sostanze che vengono assorbite dagli organismi viventi, che poi non sono in grado di espellerli (avvelenamento). Si concentrano nel particolato e sono, pertanto, rimossi dai sistemi di filtrazione. Il mercurio, che è particolarmente volatile, è absorbito su carboni attivi.
• Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA): sostanze cancerogene tipicamente trasportate dal particolato. Sono controllati grazie all’efficiente rimozione del particolato.

La pirolisi è un processo di decomposizione termica della sostanza organica presente nel rifiuto che avviene in totale assenza di ossigeno atmosferico, a temperature comprese tra 300°C e 900°C: in queste condizioni le molecole organiche vengono rotte e, eventualmente, si ricombinano in strutture più semplici. Per il sostentamento del processo è solitamente necessario fornire calore (processo endotermico).
Normalmente, il processo origina come prodotti principali:

• Gas pirolitico (syngas) principalmente costituito da idrogeno (H₂), metano (CH₄), monossido di carbonio (CO) e anidride carbonica (CO₂) ;
• Frazione solida (char) contenente carbonio solido e sostanze inorganiche.

Dal reattore di pirolisi si estrae una miscela gassosa che viene fatta condensare per separare il syngas dai condensabili (olio e acqua): il primo, dopo ulteriori trattamenti può essere utilizzato per fornire calore al reattore di pirolisi, ovvero per produzione di energia elettrica e calore; il secondo, invece, subisce un processo di separazione dell’acqua e può essere usato per produrre combustibili liquidi (tramite distillazione) o per generare energia elettrica e calore.