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Il trattamento della frazione organica dei rifiuti e la carbonizzazione idrotermale

[3 aprile 2015]

Parlando di rifiuti solidi urbani, argomento onnipresente nelle agende politiche è, giustamente, la raccolta differenziata. E’ un fatto che la raccolta differenziata negli ultimi anni sia aumentata notevolmente (42,3% di media in Italia, dato Ispra) e debba aumentare ancora, sperimentando tecniche che solo dieci anni fa sembravano utopia e che adesso sono una realtà, come la raccolta porta a porta.

Ma la raccolta differenziata è soltanto l’inizio. Una volta separati gli elementi in macrocategorie, ogni categoria deve seguire un ulteriore processo di valorizzazione dando vita ad un nuovo prodotto, impattando il meno possibile sull’ambiente. Questo è quanto è necessario nell’ottica della strategia “rifiuti zero”. Andando quindi ad analizzare i processi a valle della separazione delle diverse matrici, se carta plastiche e vetro seguono filiere già ben collaudate (eccezion fatta per il “vetro a rendere”, per il quale ancora l’Italia non si è ancora adeguata alle pratiche del nordeuropa), poco ancora viene fatto per la frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU), che finisce per percorrere molti chilometri su gomma prima di arrivare a centri di raccolta sovraccarichi, spesso maleodoranti e tecnologicamente non al passo con i tempi. Il trattamento e riciclaggio di questa frazione è di crescente difficoltà.

Questo vuoto crea impatti, spese inutili e mancate valorizzazioni. Ancora molto lontano dall’ottica dell’“economia circolare” così spesso auspicata e promossa dalle normative europee[1]: il rifiuto organico difficilmente viene accolto come una risorsa (nonostante le sue caratteristiche di alto potere metanigeno e potenziale contenuto in carbonio) quanto come un problema da allontanare, spesso a prezzi alti che ricadono sui cittadini.

La FORSU ammonta a circa il 34% del totale dei rifiuti urbani (4,8×106 t/anno): nel quinquennio dal 2007 al 2012 questo valore è aumentato del 40% circa[2]. Rispetto al 1997, il quantitativo annuo di FORSU è aumentato di otto volte, e questo numero è destinato ad aumentare ancora: si stimano 6,5 x106 t/anno al 2020, 8,6 x106 al 2030[3].

Quando la FORSU non viene incenerita o mandata a discarica, i processi utilizzati per valorizzare il rifiuto organico sono due, entrambi di natura biologica: il compostaggio e la digestione anaerobica. Si tratta di processi che impiegano un tempo rispettivamente di 90 e 40 gg circa per l’ottenimento del prodotto finale. Il prodotto è il compost, e che nel caso della digestione anaerobica viene accompagnato dalla produzione biogas ricco di metano. Il metano prodotto, è utilizzabile per produrre energia elettrica, carburante per autotrazione, e in un futuro prossimo immissione del gas nella rete nazionale.

Attualmente sono presenti su suolo italiano circa 240 impianti di compostaggio in Italia, e 50 impianti di digestione anaerobica, non sufficienti a trattare in modo idoneo la sempre crescente quantità di FORSU prodotta. Dal punto di vista pianificatorio si promuove la nascita di nuovi impianti, e la tecnologia di riferimento è quella della digestione anaerobica, che permette comunque di produrre energia e compost dal residuo, ed è a tutti gli effetti la pratica ancora corrente nei paesi più avanzati dal punto di vista della gestione dei rifiuti (Germania).

In questo scenario una nuova tecnologia si sta affacciando sul mercato, quella della carbonizzazione idrotermale, un processo termochimico anziché biologico, oggetto del convegno internazionale “Applications of Hydrothermal Carbonization technology to biomass waste streams”, tenutosi il 26 marzo a Lucca presso il Polo Tecnologico Lucchese, promosso dal progetto di ricerca NewApp. Il convegno ha visto la partecipazione, tra gli altri, dell’Università di Pisa, dell’European Union Biomass Association, della Universitat Politecnica de Valencia, dell’istituto di ricerca tedesco TTZ Bremerhaven.

La carbonizzazione idrotermale (Htc)

Il processo termochimico è ben noto da tempo, ma negli ultimi cinque anni si è impennato l’interesse da parte della comunità scientifica e tecnologica in termine di ricerche e pubblicazioni. Inserendo le biomasse umide in un ambiente stagno e a certe condizioni di temperatura e pressione (180-250 °C e 20-30 atm) la FORSU restituisce, in un tempo inferiore alle 12 ore, acqua ricca in nutrienti ed un materiale allo stato solido comunemente detto biochar, ossia un carbone che può essere considerato a tutti gli effetti rinnovabile.

Dei due prodotti generati, la soluzione acquosa può essere utilizzata come fertilizzante in agricoltura, mentre il residuo solido (biochar) ha le caratteristiche di una lignite, e può essere riutilizzato con tutte le finalità del suo alterego di origine fossile: come combustibile solido conforme alla normativa europea, come prodotto per il miglioramento del suolo o per i trattamenti idrici, grazie al grande potere adsorbente. Sono inoltre in corso studi sui post trattamenti del biochar, a seguito dei quali può essere utilizzato per realizzare prodotti ad alto contenuto tecnologico come batterie, celle a combustibile, biodiesel. Il tutto senza impattare sul bilancio della CO2 in atmosfera.

Il concetto promosso in sede di convegno è quello di creazione di piccole e locali bioraffinerie, che possano chiudere il ciclo dei rifiuti organici su scala locale dando nuova vita alla FORSU con un impatto, in termini di CO2, neutro o addirittura negativo, nel caso in cui il biochar non sia utilizzato per la combustione.

Infine, anche per quanto riguarda uno dei problemi che tipicamente accompagnano questi tipo di impianti, ossia l’impatto odorigeno, viene sottolineato come alle condizioni di temperatura e pressione citate, la soluzione all’interno del reattore HTC è liquida e in condizioni stagne, quindi in sede di processo l’impatto odorigeno è annullato. La sola zona di emissione è quella di stoccaggio, ma rispetto ai metodi tradizionali di trattamento anche questo impatto risulta inferiore in quanto il processo HTC si completa in un tempo circa cento volte inferiore rispetto alla digestione anaerobica (40 giorni contro circa 8 ore). Di conseguenza, anche il tempo di residenza del materiale in attesa di trattamento è circa cento volte inferiore. 

Le applicazioni

Oltre a impianti pilota oggetto di studio, c’è soltanto una applicazione su scala reale e a regime. E’ stato avviato nel 2010 a Valencia, dalla società spagnola Ingelia,il primo impianto di carbonizzazione idrotermale della FORSU, che tratta circa 12.000 t/anno di rifiuto organico. La società spagnola, presente in sede di convegno, ha mostrato un video dell’impianto in funzione. Questo risulta al momento l’unico impianto in funzione in Europa, mentre in Italia è in corso di Screening Ambientale un progetto di impianto in provincia di Lucca, e sono alla fase di studio di fattibilità numerosi altri progetti. La tecnologia, in tempi relativamente rapidi, sta infatti suscitando l’attenzione di numerose utilities e waste companies.

Il progetto Newapp

Il progetto NewApp – New Approach, della durata di 30 mesi ed iniziato nell’autunno 2013, si propone di sviluppare una alternativa sostenibile ed economicamente efficiente alle pratiche di compostaggio e digestione anaerobica dei rifiuti organici: aggrega ricercatori, associazioni di industriali e PMI di diversi paesi e riceve contributi dell’Unione Europea.

Le attività portate avanti sono l’esecuzione di test intensivi sul processo e sul prodotto finale, sviluppo di processi innovativi per il riuso dei prodotti, sviluppo di business plan per una standardizzazione del processo termochimico scientificamente ben noto. Oltre a questo, anche attività di comunicazione e trasferimento delle conoscenze generate, come nel convegno di Lucca. Accrescere la consapevolezza e la diffusione delle conoscenze generate per permettere applicazioni commerciali su scala globale.

di Ugo Salvoni

[1] Comunicazione della commissione al parlamento europeo, al consiglio, al comitato economico e sociale europeo e al comitato delle regioni, 2/7/2014

[2] Rapporto ISPRA 2013 sui rifiuti solidi urbani

[3] Fonte CIC 2014