Che cos'è la termovalorizzazione?
Il termine termovalorizzazione (Waste-to-Energy, WtE) si riferisce alle tecnologie di trattamento dei rifiuti che convertono i rifiuti in energia utilizzando il calore, più comunemente l'incenerimento. Il WtE è considerato un metodo di gestione controllata dei rifiuti insieme allo smaltimento in discarica e al riciclaggio.
L'incenerimento dei rifiuti solidi urbani (RSU) per generare elettricità è l'implementazione più comune della termovalorizzazione. A livello globale, circa il 13% dei rifiuti urbani viene utilizzato come materia prima in un impianto di termovalorizzazione.1 I rifiuti solidi urbani comprendono i rifiuti solidi come i rifiuti alimentari, gli imballaggi dei prodotti, i vestiti, i mobili e gli sfalci di prato provenienti da fonti residenziali, commerciali e istituzionali.
La trasformazione dei rifiuti in energia può essere una delle tante soluzioni al crescente problema mondiale dei rifiuti in quanto può ridurre il volume dei rifiuti inviati alle discariche. Può inoltre produrre emissioni di gas serra (GHG) inferiori rispetto ad altri metodi di gestione dei rifiuti.
Il WtE è un'alternativa alla produzione di energia basata sui combustibili fossili, ma non è una fonte di energia rinnovabile in quanto non è una risorsa naturale o infinita come il vento o il sole. Inoltre, il WtE non è una fonte di energia totalmente pulita, in quanto l'incenerimento dei rifiuti e i processi di trasporto della termovalorizzazione producono emissioni di carbonio e altre particelle sospese nell'aria.
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La maggior parte dei grandi impianti di termovalorizzazione genera energia dai rifiuti utilizzando un metodo di incenerimento controllato. Il processo in genere segue questi passaggi:
- I rifiuti vengono trasportati all'impianto di termovalorizzazione, dove viene rimosso tutto il materiale riciclabile.
- Una gru mescola i rifiuti e li trasferisce nella camera di combustione.
- I rifiuti vengono bruciati ad alta temperatura, tra 850 °C (1.562 °F) e 1.450 °C (2.642 °F).2
- Il calore risultante converte l'acqua (di solito in tubi verticali all'interno della camera) in vapore.
- La pressione del vapore fa girare le pale su un generatore che produce elettricità.
Quando vengono bruciati, non tutti i tipi di rifiuti hanno lo stesso potere calorifico, o contenuto energetico. I rifiuti con un elevato potere calorifico, come la plastica, producono più calore e generano la maggior parte dell'energia. I rifiuti organici, come il suolo, hanno un basso potere calorifico.
L'incenerimento, ovvero la combustione diretta di rifiuti ad alta temperatura, è la tecnologia di potere calorifico più comune, nonché la più commercialmente praticabile. Tuttavia, esistono altri metodi di recupero dell'energia che utilizzano i rifiuti, come ad esempio:
Digestione anaerobica (AD)
Oltre al compostaggio, la digestione anaerobica è un processo controllato e privo di ossigeno che incoraggia la decomposizione dei rifiuti solidi organici utilizzando microrganismi. Sebbene possa essere presente in natura, l'AD viene utilizzata anche in ambienti residenziali o industriali per produrre un combustibile chiamato biogas. Il biogas, costituito principalmente da metano e anidride carbonica, è considerato una fonte di energia rinnovabile.
Pirolisi
Come trattamento termochimico, la pirolisi espone i rifiuti organici ad alte temperature in assenza di ossigeno. Questo processo avvia la decomposizione e la disintegrazione del materiale. I sottoprodotti sono comunemente char ricco di carbonio (biochar) e gas combustibili. Alcuni di questi gas possono poi essere condensati in un liquido combustibile chiamato bio-petrolio o bio-greggio.
Recupero del gas di discarica (LFG)
La decomposizione del materiale organico nelle discariche crea un sottoprodotto naturale chiamato gas di discarica. L'LFG è costituito da metano, anidride carbonica e una piccola percentuale di composti non metanici. Può essere raccolto, trattato e utilizzato come combustibile per usi industriali, veicoli e altro ancora. Il recupero del biogas è un metodo per ridurre le emissioni di metano dalle discariche.
Gassificazione
Anche la gassificazione è un trattamento termochimico, che converte i rifiuti organici (biomassa) in un gas combustibile utilizzando alte temperature e una quantità controllata di ossigeno, vapore o entrambi. Il risultato è un gas naturale combustibile chiamato syngas o gas di produzione utilizzato per produrre ammoniaca e alcol metilico (metanolo). Può anche sostituire la benzina come alternativa ai biocarburanti.
Gli impianti di termovalorizzazione che inceneriscono i rifiuti solidi urbani producono due tipi di ceneri: ceneri volanti e ceneri pesanti.
Ceneri volanti
Le ceneri volanti, o residuo di controllo dell'inquinamento atmosferico (APC), sono costituite dal particolato fine e pericoloso rimosso dai gas di scarico di un impianto di termovalorizzazione, ossia i fumi prodotti dall'incenerimento. Le ceneri volanti vengono generalmente trattate per ridurne gli impatti ambientali negativi, in gran parte sotto forma di inquinamento dell'aria e dell'acqua degli ecosistemi vicini. Sebbene vi siano sforzi per riciclare e riutilizzare le ceneri volanti, vengono comunemente inviate alle discariche di rifiuti pericolosi.
Ceneri pesanti
Le ceneri pesanti, o ceneri pesanti dell'inceneritore (IBA), sono tutte le ceneri rimaste non volanti. Sono costituite principalmente da silice, calcio, ossido di ferro e ossido di alluminio. I magneti di grandi dimensioni possono rimuovere alcuni di questi materiali per il riciclaggio e il riutilizzo. Ad esempio, le imprese edili potrebbero utilizzare la ceneri di fondo per produrre cemento o riempimento sfuso. Il resto viene inviato alle discariche.
La produzione di ceneri generata dagli impianti di termovalorizzazione è significativamente inferiore rispetto ai rifiuti che vi entrano. Varia dal 15–25% in peso e dal 5–15% in volume della precombustione dei rifiuti.3
La conversione dei rifiuti in energia presenta numerosi vantaggi rispetto ai tradizionali sistemi di gestione dei rifiuti:
Ogni anno, il mondo crea più di due miliardi di tonnellate di MSW, che dovrebbe aumentare del 56% entro il 2025.1 L'aumento del volume dei flussi di rifiuti e il relativo inquinamento sono intrinsecamente collegati ai cambiamenti climatici. Mentre il modo migliore per ridurre i rifiuti è produrne di meno, il WtE (Waste-to-Energy) offre una soluzione provvisoria: gli impianti di termovalorizzazione riducono il volume dei rifiuti di circa l'87%.4
Gli impianti WtE emettono meno gas a effetto serra e inquinanti rispetto alle discariche e alla combustione all'aperto dei rifiuti perché i processi WtE sono significativamente più controllati e monitorati. La maggior parte dei moderni impianti WtE è tenuta a rispettare rigorosi standard in termini di emissione di tutti gli inquinanti, compresi i metalli pesanti e le diossine.
I processi WtE offrono una migliore opportunità di recupero delle risorse rispetto allo smaltimento in discarica, in particolare per i metalli rimasti dopo l'incenerimento. È in linea con i principi dell'economia circolare incentrati sul mantenimento dei materiali in un sistema a circuito chiuso e sulla riduzione degli sprechi.
I sistemi di termovalorizzazione sono esaminati dagli attivisti ambientali in quanto non scoraggiano la produzione di rifiuti né incoraggiano la circolarità. Il WtE è spesso al confine tra circolarità e uso lineare delle risorse. Sebbene i metalli possano essere estratti e riciclati o riutilizzati, è meglio per l'ambiente e più efficiente dal punto di vista energetico riciclare completamente i materiali, in particolare plastica e carta, che non possono essere estratti dopo l'incenerimento.
Il WtE richiede inoltre sistemi di smaltimento e di gestione dei rifiuti solidi su larga scala per funzionare su scala commerciale. Tali requisiti rendono questa soluzione in gran parte irraggiungibile per i circa 2,7 miliardi di persone in tutto il mondo che ancora non dispongono di un servizio di raccolta dei rifiuti.1
Gli impianti di termovalorizzazione sono comuni nelle aree densamente popolate e con estensione territoriale limitata come il Giappone e paesi europei come Danimarca, Svezia, Germania e Francia. Nell'Europa occidentale, il WTe è il metodo principale di gestione dei rifiuti solidi urbani e tratta circa 40 milioni di tonnellate. La termovalorizzazione si espanderà ulteriormente in questa regione grazie all'accordo del 2023 tra l'UE e il Regno Unito per includere la termovalorizzazione nei sistemi di scambio delle quote di emissione.1 Il WtE ha registrato una crescita più lenta negli Stati Uniti, dove l'ampio territorio e i costi inferiori hanno reso lo smaltimento in discarica un'opzione più interessante.
In Medio Oriente, Dubai ospita l'impianto di termovalorizzazione più grande del mondo. Gestita dalla Warsan Waste Management Company, la centrale utilizzerà 1,9 milioni di tonnellate di rifiuti ogni anno, circa il 45% dei rifiuti totali di Dubai. Il progetto genererà 200 megawatt di elettricità al giorno, sufficienti ad alimentare 135.000 abitazioni.5