Crisi dei rifiuti a Napoli: ecco le soluzioni (secondo il CNR)

La procedura dello smaltimento rifiuti al plasma

Mentre l'intero Governo Berlusconi è impegnato a Napoli, in una riunione a Palazzo Reale, che porti ad iniziative per lo smaltimento dei rifiuti nell'intera Regione, da anni scienziati e ricercatori dei diversi istituti del CNR hanno proposto, inascoltati, diverse soluzioni, scientificamente testate per risolvere definitivamente il problema dei rifiuti e non solo in Campania. Le proposte sono due: Thor e Plasma. Del "total house waste recycling" Ecoblog ve ne aveva già parlato portandolo all'attenzione, appunto, come una delle soluzioni sostenibili e non solo per la Campania. Thor nasce in casa CNR presso l'Istituto Materiali Nanostrutturati (ISMN-CNR) a cura del primo ricercatore Paolo Plescia.

Anche la tecnologia al plasma per lo smaltimento dei rifiuti nasce in casa CNR presso l' IFP (Istituto di fisica del plasma "Pietro Caldiroli" di Milano) che ha presentato una serie di soluzioni proprio con il gas delle stelle. Nell'intervista via mail, che grazie al Prof. Claudio Bertoli direttore del DET (Dipartimento Energia e Trasporti) mi ha concesso l'ing. Espedito Vassallo, si chiariscono sia l'uso del plasma come tecnologia innovativa basata su alte temperature non prodotte da combustione ma da archi elettrici, sia le modalità di smaltimento dei rifiuti.

D.: Che differenza c'è tra una "torcia al plasma" e un impianto al plasma per lo smaltimento dei rifiuti?

R.: Il plasma è lo stato della materia in cui gli atomi si trovano dissociati in ioni ed elettroni e viene definito come quarto stato della materia, oltre a quello solido, liquido e gassoso. Un plasma è un gas ionizzato composto da ioni, elettroni e particelle neutre. Ioni e neutri sono considerati particelle pesanti e possono essere in uno stato eccitato a causa dell’alta energia contenuta nel plasma. Particelle in stati eccitati possono tornare allo loro stato fondamentale per mezzo di emissione fotonica. Quest’ultimo processo è responsabile della luminosità del plasma. In generale un plasma consiste di ioni, elettroni, neutri in stato fondamentale, specie eccitate, e fotoni. I plasmi vengono caratterizzati in termini di temperatura e densità elettronica image1 (fiigura accanto). Esempi di plasmi naturali sono i fulmini e l’aurora boreale. Questi due fenomeni di plasma avvengono rispettivamente ad alta e bassa pressione. La pressione del plasma influenza non solo la sua luminosità (bassa nei plasmi tenui) ma caratterizza anche l’energia (temperatura) delle varie componenti del plasma e il loro stato termodinamico.
Per il trattamento dei rifiuti vengono utilizzati i plasmi termici cioè plasmi in condizione di equilibrio termodinamico locale con temperatura elettronica di circa 1 eV (~ 11000 C°) e densità nel range 1021-1026 m-3. I plasmi termici possono essere generati mediante un dispositivo chiamato Torcia al Plasma. Il plasma generato dalla torcia è una sorgente termica ad alta temperatura prodotta non da processi di combustione (in presenza di ossigeno), ma da arco elettrico ad alta corrente generato in un gas a pressione atmosferica.

D.:Il plasma può essere usato per lo smaltimento dei rifiuti pericolosi o anche per lo smaltimento di rifiuti normali?
R.:L’utilizzo della tecnologia del plasma per il trattamento dei rifiuti ha rappresentato nella seconda metà degli anni ’90 una proposta innovativa per lo smaltimento di rifiuti ed il recupero di energia.
Alcuni impianti, basati sulla tecnologia al plasma, sono oggi commercialmente operativi; essi sono in grado di ricoprire tutte le categorie di rifiuti tossici, ed in particolari condizioni (analisi potere calorifico) anche i rifiuti solidi urbani.
La tecnologia al plasma per lo smaltimento dei rifiuti speciali, pericolosi o non pericolosi è una soluzione innovativa che è stata scelta da diversi paesi. Una valutazione separata deve essere fatta per i rifiuti solidi urbani (RSU). Nel mondo esistono pochissimi impianti per il trattamento dei rifiuti solidi urbani. I pochi esistenti (operativi) hanno capacità inferiore alle 100000 t/anno.
La bassa capacità di trattamento dei rifiuti solidi urbani (<100000 t/anno) non è un limite, infatti si possono realizzare più impianti di piccole dimensione (da 50000 t/anno), ad esempio un impianto per ogni provincia. In questo modo si minimizza l’impatto sociale sulle popolazioni.
Il nodo cruciale del trattamento al plasma dei rifiuti solidi urbani non è la capacità ma il potere calorifico minimo del rifiuto. Un bilancio energetico, oltre al bilancio di massa, dell’impianto al plasma è necessario per valutare l’economicità del processo. Il potere calorifico dei rifiuti solidi urbani è molto variabile (tra 1000 e 6000 kcal/kg), inoltre il numero delle sezioni di pulizia (costi) del syngas prodotto dipendono dalla merceologia del rifiuto.
Poichè le reazioni che avvengono nel reattore al plasma sono molto complesse, al fine di avere un processo chimico/termodinamico ripetibile e controllabile, ed ottenere un recupero energetico, è fondamentale avere un rifiuto con un potere calorifico almeno di 3000-3500 kcal/kg con umidità intorno al 10-15% ed una composizione merceologica definita. Per ottenere queste condizioni sarà necessario pretrattare il rifiuto solido urbano tal quale.
La miscela di rifiuti solidi urbani e rifiuti (con potere calorifico elevato) derivanti dalla raccolta differenziata potrebbe essere una proposta corretta per smaltire rifiuti solidi urbani che hanno subito solo una diminuzione dell’umidità. Un esempio potrebbe essere l’impianto sviluppato in Giappone da Hitachi Metals, che tratta miscele di rifiuti solidi urbani e residui da rottamazione autoveicoli.

D.:Che tipo di residui lascia un’ impianto al plasma dopo aver effettuato lo smaltimento di rifiuti? E' cancerogeno? Inquinante?
R.:In generale il reattore al Plasma è molto simile ad un altoforno usato nell’industria siderurgica sul quale vengono installate una o più torce al plasma. La torcia al plasma converte l’energia elettrica in energia termica del gas portando la temperatura nella zona di trattamento fino a 4000-5000 °C. Le torce al plasma generano il calore necessario all’equilibrio del bilancio termico complessivo e al mantenimento della temperatura ai valori necessari alla fusione e/o evaporazione della parte inorganica dei materiali in ingresso ed alla decomposizione delle molecole organiche più complesse.
Dal reattore al plasma escono due prodotti con valore commerciale:

a)grazie all’elevata temperatura del plasma, sul fondo del reattore si genera una scoria fusa nella quale vengono inertizzati i metalli pesanti e tutti i contaminanti provenienti dalle sezioni di abbattimento del syngas. La scoria fusa viene estratta e raffreddata solidificando in un materiale con bassissima lisciviabilità che può essere destinato ad impieghi utili senza rischi ambientali (massicciate di strade e/o ferrovie).

b)Oltre all’effetto di distruzione del rifiuto, il processo al plasma può permettere un recupero di energia. Nel reattore al plasma si realizza ossidazione parziale della parte organica del rifiuto mediante immissione controllata di acqua, in modo tale che dalla sua scissione in ossigeno ed idrogeno si possa ottenere un syngas composto prevalentemente da CO, H2 ed idrocarburi semplici. Il syngas prodotto nel reattore al plasma viene sottoposto a diverse sezioni di abbattimento di particolato solido, di gas acidi, di microinquinanti e di metalli pesanti. Ovviamente le sezioni di abbattimento dipendono dalla tipologia del rifiuto. Infine il syngas, pulito e raffreddato, può essere compresso ed inviato ad una turbina a gas, dove dalla sua completa combustione, si può generare energia elettrica della quale una quota parte è utilizzata per il funzionamento dell’impianto stesso. Ovviamente tutte le emissioni devono rientrare nei limiti di legge come un qualsiasi inceneritore. Le sezioni di abbattimento fumi sono quelle convenzionali usate nei termovalorizzatori.


D.: Quanto potrebbe costare la tecnologia al plasma per lo smaltimento di rifiuti?
R.: Dalle risposte alle domande precedenti è chiaro che la tecnologia al plasma per lo smaltimento di rifiuti è piuttosto complessa. Il costo di impianto dipende principalmente dal tipo di rifiuto, dal pre-trattamento del rifiuto e dal numero di sezioni di abbattimento post reattore.
Come riferimento di costi le posso citare l’impianto di proprietà EUROPLASMA situato a Morceux (vicino Bordeaux). L’impianto è utilizzato per lo smaltimento di amianto nelle varie forme (eternit, porte tagliafuoco, fibre ec.). Per un impianto in grado di trattare 1 ton/h è necessaria una spesa totale di circa € 10.000.000,00.

D.: Perchè secondo Lei non si costruiscono impianti al Plasma in Italia ma ci si ostina sui "vecchi"termovalorizzatori?

R.: Senza entrare nella politica, che non è il mio settore, per quanto riguarda la parte scientifica Le ricordo che nel 1997 presso l’Istituto di Fisica del Plasma del CNR di Milano, nell’ambito del progetto strategico del CNR denominato “Applicazioni Industriali del Plasma” era stato progettato e sviluppato un impianto al plasma, in scala di laboratorio, per la distruzione di rifiuti tossici liquidi e gassosi contenenti sostanze alogene. L’impianto usava una torcia al plasma commerciale ad arco non trasferito con una potenza nominale di 80 kVA. Questo impianto è stato usato per test tecnici pagati dall’industria e per studi scientifici e tesi universitarie. Purtroppo come spesso accade in Italia diverse ricerche, anche con buone prospettive, non suscitano interesse e quindi un adeguato impegno di risorse umane e finanziarie. Nel resto del mondo le ricerche sono proseguite con lo sviluppo di decine di impianti, che dimostrano anche una valida redditività economica ed il rispetto dei criteri di conservazione dell’ambiente. Per quanto riguarda i termovalorizzatori è chiaro che la bassa capacità di trattamento dei reattori al plasma (<100000 t/anno) non permette la competizione tra termovalorizzatore e plasma. Il plasma può essere complementare al termovalorizzatore per lo smaltimento di rifiuti speciali, pericolosi o non pericolosi. Ad esempio il trattamento delle ceneri che è un grosso problema ambientale ed economico può essere risolto con la vetrificazione in plasma.

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