PREMESSA
CONFERENZA DI INFORMAZIONE – LA CHIUSURA DEL CICLO DEI RIFIUTI IN
PROVINCIA DI TRENTO MARZO 2023
Tecnologie per il trattamento dei Rifiuti Xxxxxx
Xxxxx Xxxxx Direttore, Centro per l’Energia Sostenibile Fondazione Xxxxx Xxxxxxx
PREMESSA
Accordo tra Università degli Studi di Trento (UNITrento), Fondazione Xxxxx Xxxxxxx (FBK) e Provincia Autonoma di Trento (PAT) sottoscritto il 18/10/2021 per la realizzazione di uno « Studio preliminare dei processi di conversione energetica dei rifiuti indifferenziati», seguito da accordo tra FBK e PAT per approfondimento tecnico-economico delle tecnologie di conversione.
Obiettivi dello studio
• Inquadramento dell’attuale gestione dei rifiuti urbani nella Provincia di Trento e definizione dei
possibili scenari per lo smaltimento o il trattamento dei rifiuti indifferenziati.
• Approfondimento sullo stato dell’arte dei processi e delle tecnologie di conversione energetica dei rifiuti urbani indifferenziati, con focus sui processi di tipo termo-chimico e sugli impianti di piccola scala.
• Analisi tecnico-economica di impianti di termovalorizzazione e gassificazione per la produzione di energia elettrica/termica e bio-combustibili da rifiuti solidi urbani, implementabili nello scenario Trentino.
TECNOLOGIE: COMBUSTIONE (o incenerimento)
• Ossidazione completa 🡪 prodotti principali: calore, CO2 e acqua
• Produzione di inquinanti dovuta a combustione incompleta e disomogenea o alle elevate temperature (diossine e furani, particolato, cloro, zolfo, ossidi di azoto, metalli pesanti)
• Notevole riduzione volume e massa dei rifiuti da smaltire
• Residuo solido: ceneri dal trattamento dei reflui gassosi (1,5 – 6%) e scorie dal processo di combustione (frazione non combustibile dei rifiuti, residui metallici e materiale organico incombusto, 15 – 35%)
aria
e
rifiuti combustion
produzione di vapore
acqua
energia elettrica
calore
scorie (ceneri pesanti)
trattamento fumi
CAMINO: fumi in atmosfera FILTRAZIONE: ceneri leggere
• Ossidazione parziale 🡪 prodotti principali: CO e H2 (syngas)
• Composizione e potere calorifico del syngas dipendono da tipologia di reattore, tipologia di rifiuti, condizioni operative (temperatura, pressione, agente ossidante)
• Necessità di trattare il syngas per rimuovere particolato, composti acidi ed alcalini, tar
• Possibilità di delocalizzare il processo di combustione
1
fumi in atmosfera
energia elettrica
combustione syngas*
calore
2
conversione syngas
bio- combustibili
• Possibilità di convertire il syngas in bio-combustibili strategici tramite processi più o meno complessi: metano, metanolo, DME, etanolo, diesel, H2, SNG
aria / O2 / vapore
syngas trattamento syngas
e
rifiuti gassificazion
ceneri e char
* combustione in generatori di vapore, turbine a gas o motori a combustione interna
WASTE-TO-CHEMICALS: PRODUZIONE METANOLO
1 ton rifiuti 🡪 0,42 – 0,60 ton MeOH
MeOH: utilizzo nell’industria chimica per produzione materie plastiche, resine, additivi per benzine e diesel (e.g., MTBE, DME).
1 ton rifiuti 🡪 0,23 – 0,27 ton DME
DME: utilizzo come combustibile sostitutivo al diesel e nell’industria chimica come catalizzatore in processi di polimerizzazione, per sintesi composti organici, come propellente o solvente.
1 ton rifiuti 🡪 fino a 0,30 ton EtOH
EtOH: utilizzo come combustibile o additivo a benzine, e nell’industria automobilistica o farmaceutica come intermedio per produzione componenti chimici e solventi.
1 ton rifiuti 🡪 0,05 – 0,06 ton H2
H2: vettore energetico; utilizzo come combustibile, nell’industria chimica per produzione ammoniaca, metanolo, concimi e prodotti chimici, e nell’industria metallurgica
Il plasma è un gas ionizzato, costituito da elettroni e ioni, ma con carica globale nulla. Creato dall’interazione fra un gas (e.g., aria, azoto, argon) e un campo elettrico o magnetico, può raggiungere temperature molto elevate, anche fino a 5.000 – 15. 000 °C.
Applicabile a:
• Rifiuti
• Residuo solido nel reattore di gassificazione
• Syngas (post-trattamento)
Trattando i rifiuti direttamente o il residuo solido con plasma, le elevate temperature portano alla formazione di un granulato vetrificato inerte (slag) utilizzabile come aggregato in edilizia.
J. G. Xxxxxxxx et. al., Construction material properties of slag from the high temperature arc gasification of municipal solid waste, Waste Management, Vol. 52, 2016, pp. 69-179
Energia elettrica e/o termica | Syngas (CO e H2) | |
Processo | Ossidazione completa solido (rifiuti) + gas (aria) | Ossidazione parziale solido (rifiuti) + gas (aria/O2/ vapore) ed eventuale combustione in fase gassosa (syngas) |
Impianto | Con camino | Eventualmente senza camino |
Emissioni | Fumi di combustione (a camino) | • Reflui gassosi (CO2, gas di coda) e/o liquidi derivanti da trattamento syngas • Fumi simili a combustione diretta (a camino) solo se il syngas viene bruciato per produzione en. elettrica e termica |
Residui | Scorie o ceneri pesanti (15 – 35%) Ceneri leggere (1,5 – 6%) Fanghi trattamento acque reflue (1 – 15 kg/trifiuti) | Char/Ceneri pesanti (fino al 30%) Ceneri leggere (1 – 3%) Fanghi trattamento acque reflue (fino a 40 kg/trifiuti) |
Applicazioni | Waste-to-Energy | • Waste-to-Energy • Waste-to-Chemicals • Waste-to-H2 |
Aria di combustione | Agente gassificante (aria/ossigeno/vapore) Vapore per upgrade syngas | |
Energia elettrica | ||
Gas naturale o altro combustibile | ||
Servizi ausiliari: aria compressa; produzione acqua di processo/demineralizzata | ||
• Taglia impianto 100.000 trifiuti/anno (potenza: 48 MW, PCIrifiuti: 13 MJ/kg, ore di funzionamento: 7.500 h/anno)
• Rifiuti da trattare: circa 80.000 trifiuti/anno
• Ciclo vita impianto: 20 anni
Prezzi di vendita
• Energia elettrica: 212 €/MWh (prezzo medio di acquisto sul Mercato del Giorno Prima, ottobre 2022)
• Energia termica: 106 – 134 €/MWh (quota en. termica per fornitura teleriscaldamento A2A S.p.A., ottobre 2022)
• MeOH: 364 €/t (prezzo di mercato)
• DME: 914 €/t (pari al prezzo del gasolio per MWh, 116 €/MWh)
• EtOH: 839 €/t (prezzo di mercato)
• H2: 3 – 5 €/kg
Impianto di gassificazione | |||||
Produzione MeOH | Produzione DME | Produzione EtOH | Produzione H2 | ||
CapEx | ≈ 116,4 Mio EUR | 130,0 – 145,0 Mio EUR | 110,0 – 150,0 Mio EUR | 134,5 – 156,0 Mio EUR | 80,0 – 100,0 Mio EUR |
Costo totale impianto * | ≈ 154,8 Mio EUR | 172,9 – 192,9 Mio EUR | 146,3 – 199,5 Mio EUR | 178,9 – 207,5 Mio EUR | 106,4 – 133,0 Mio EUR |
OpEx (annuali) | 4,7 – 10,9 Mio EUR/anno | 8,0 – 10,0 Mio EUR/anno | 8,0 – 10,0 Mio EUR/anno | 8,0 – 10,0 Mio EUR/anno | 6 – 8 Mio EUR/anno |
Produzione | 30.000 MWhth/anno | 33.600 – 48.000 tMeOH/ anno | 18.800 – 21.900 tDME/anno | fino a 23.800 tEtOH/anno | 4.200 – 4.500 tH2/anno |
91.506 – 178.662 MWhel/ anno | |||||
Corrispettivo fossile | - | Benzina: 15.100 – 21.500 t/anno | Gasolio: 12.400 – 14.400 t/anno | Benzina: 14.500 t/anno | Gas naturale: 15.300.000 – 16.400.000 Nm3/anno |
Stima ricavi da vendita prodotto finale | 21 – 24 Mio EUR/anno | 12,2 – 17,5 Mio EUR/anno | 17,1 – 20,0 Mio EUR/anno | fino a 20,0 Mio EUR/anno | 12,6 – 22,5 Mio EUR/anno |
* Costo totale impianto: CapEx, costi di installazione, costi indiretti, contingenze, altri costi non previsti
Impianto di gassificazione | |||||
Produzione MeOH | Produzione DME | Produzione EtOH | Produzione H2 | ||
Total Cost of Ownership | 12,4 – 18,6 Mio EUR/anno | 16,6 – 19,6 Mio EUR/anno | 15,3 – 20,0 Mio EUR/anno | 16,9 – 20,4 Mio EUR/anno | 11,3 – 14,7 Mio EUR/anno |
Costo impianto per tonnellata di rifiuti Costo impianto per tonnellata di rifiuti al netto dei ricavi | 155 – 233 €/trifiuti | 208 – 246 €/trifiuti | 191 – 250 €/trifiuti | 212 – 255 €/trifiuti | 142 – 183 €/trifiuti |
[-150] ÷ [-25] €/trifiuti | [-10] ÷ [+93] €/trifiuti | [-59] ÷ [+36] €/trifiuti | [-38] ÷ [+5] €/trifiuti | [-140] ÷ [+26] €/trifiuti | |
Total Cost of Ownership per tonnellata di rifiuti
250
150
Termovalorizzazione
Gassificazione + MeOH
Gassificazione +
costo
2
Gassificazione +
[€/trifiuti]
50 (combustione) *
DME
Gassificazione + H EtOH
ricavo
-50
* Prezzo di vendita energia elettrica: 212 €/MWh
Total Cost of Ownership per tonnellata di rifiuti
250
150
Gassificazione + MeOH
costo
Gassificazione +
[€/trifiuti]
50 Termovalorizzazione (combustione) *
DME Gassificazione + EtOH
Gassificazione + H2
ricavo
-50
* Prezzo di vendita energia elettrica: 100 €/MWh
• Una accurata valutazione degli scenari che prevedono la realizzazione di un impianto di trattamento e conversione energetica dei rifiuti non può prescindere da un’analisi completa del rifiuto urbano da destinare a trattamento (es. PCI, umidità). Sono inoltre da valutare attentamente sia l’impatto ambientale sia i potenziali benefici sul medio-lungo periodo.
• Le tecnologie Waste-to-Energy, Waste-to-Chemicals e Waste-to-H2 individuate a livello commerciale per la conversione termo-chimica dei rifiuti tramite gassificazione trattano annualmente fino a 20.000 –
200.000 tonnellate di rifiuti. Nella maggior parte dei casi si tratta di impianti modulabili (possibilità di realizzare più linee parallele da 20.000 t/anno o più).
• Analizzando gli scenari considerati per la Provincia Autonoma di Trento, si può considerare un eventuale impianto locale di conversione energetica dei rifiuti di taglia massima da 48 MW (max.
100.000 trifiuti/anno), per il trattamento di 80.000 trifiuti/anno, sfruttando l’eccesso di potenza installata per interventi di manutenzione e/o per gestire flussi di rifiuti temporanei o non previsti.
• La conversione energetica dei rifiuti per la produzione di energia elettrica/termica o di bio- combustibili può risultare molto vantaggiosa anche dal punto di vista economico. È necessaria, tuttavia, una specifica e attenta valutazione economica, che dipende molto dai costi degli input energetici (energia elettrica, gas naturale) e dai prezzi di vendita dei prodotti finali (metanolo, DME, etanolo, idrogeno).