Articolo tecnico - 05 novembre 2019

La domanda scottante: possiamo massimizzare la valorizzazione dei rifiuti attraverso la cogenerazione?

Scritto da Expert: Benjamin Demma 5 min lettura

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La Svizzera è tra le nazioni al mondo con il più alto tasso di rifiuti pro capite prodotti. Quelli che non vengono riciclati, circa il 50% dei rifiuti urbani prodotti, vengono valorizzati attraverso la cogenerazione. Scopriamo di più su questo processo.

Nella classifica della produzione di rifiuti urbani, la Svizzera è tra i peggiori Paesi al mondo con oltre 700 kg di rifiuti pro capite prodotti all'anno (articolo precedente : La politica svizzera di gestione dei rifiuti, uno sguardo dietro le quinte di uno dei Paesi più efficienti al mondo). Circa il 50% di questi rifiuti viene riciclato e il resto viene incenerito; l'energia prodotta viene poi recuperata sotto forma di elettricità e calore.

La fonte comune di rifiuti inceneriti proviene da abitazioni, uffici, piccole imprese, cortili e giardini, strutture pubbliche e strade. Qual è il viaggio di questo materiale indesiderato? Per spiegarlo meglio, analizzerò la situazione in Ticino, una regione situata nella Svizzera meridionale, con un focus particolare sull'impianto di termovalorizzazione situato a Giubiasco (maggiori informazioni qui).

Composizione dei rifiuti urbani

Secondo le statistiche, i rifiuti urbani raccolti in Svizzera sono composti come segue:

  • 32% rifiuti biogenici
  • 19% materiali compositi
  • 17% carta e cartone
  • 13% plastica
  • 19% altro

Per spiegare meglio, i "rifiuti biogenici" si riferiscono ai rifiuti organici, ad esempio materiali di origine vegetale, animale o microbica. Questo termine include numerosi tipi di rifiuti provenienti da diversi settori come l'agricoltura, l'industria agroalimentare, il consumo privato e la produzione di energia.
"Materiali compositi" sono materiali composti da almeno due materiali diversi che non possono essere separati manualmente. Un esempio è il Tetra Pack (la confezione del latte) che è composto da cartone, plastica e alluminio. Secondo la media svizzera, il potere calorifico dei rifiuti è di circa 3,5 MWh per tonnellata.

Impianto cantonale di termovalorizzazione di Giubiasco

L'impianto è stato progettato per una potenza termica di 67 MW, calcolata per trattare 140'000 tonnellate di rifiuti all'anno. È finalizzato al recupero dell'energia contenuta nei rifiuti attraverso un sistema di cogenerazione (caldaia, turbina, generatore) che utilizza il vapore prodotto dalla combustione e lo trasforma in energia elettrica e termica. Un flusso d'aria forzata viene immesso nella combustione per fornire la quantità necessaria di ossigeno e mantenere la temperatura costante. Non vengono aggiunti altri additivi per alimentare il fuoco.

Alcuni dati:

  • 2 linee di incenerimento parallele e indipendenti
  • La capacità di smaltimento di una linea è di circa 230 tonnellate al giorno
  • Tecnologia di combustione a griglia mobile
  • Potenza termica 2 x 33,5 MW
  • Disponibilità di funzionamento 8'000h/anno
  • Recupero e produzione di energia elettrica 16 MW (nominale)
  • Recupero e produzione di energia termica da 10 MW a 30 MW termici
  • Trattamento dei fumi a 4 stadi: elettrofiltro, torre di lavaggio, catalizzatore, filtro a maniche

Produzione di energia elettrica

I fumi generati dalla combustione dei rifiuti (con temperature superiori a 1000°C) circolano dal forno attraverso la caldaia. Gli scambiatori di calore all'interno della caldaia recuperano il grande calore contenuto nei fumi. Grazie agli scambiatori di calore, l'energia termica dei fumi viene trasferita all'acqua di ingresso della caldaia che così vaporizza. La caldaia può produrre circa 39 tonnellate all'ora di vapore a 400 °C a una pressione di 40 bar. Il vapore così generato aziona una turbina che, accoppiata a un generatore, trasforma l'energia termica in energia elettrica. L'energia elettrica prodotta viene immessa nella rete elettrica (circa 100'000'000 kWh all'anno) pari al fabbisogno annuale di circa 23'000 famiglie (considerando un consumo medio di 4'500 kWh/anno). Una parte viene utilizzata anche per il fabbisogno elettrico dell'impianto stesso.

Produzione termica - Teleriscaldamento

Il teleriscaldamento è un sistema di riscaldamento urbano costituito da una rete di tubazioni, isolate e interrate, per la distribuzione di calore, sotto forma di acqua calda, prodotto da un'unica centrale. Questo calore viene distribuito a clienti residenziali, commerciali, ospedalieri, artigianali e industriali. Il calore prodotto dalla combustione dei rifiuti (calore residuo) nei forni dell'impianto Waste-to-Energy viene utilizzato per produrre acqua calda a 105 °C.

Come mezzo di trasferimento del calore, l'acqua riscaldata viene trasportata dall'impianto ai singoli edifici per mezzo di una stazione di pompaggio e di una rete di tubi d'acciaio a circuito chiuso isolati e interrati. La rete di teleriscaldamento è costituita da due tubi affiancati e isolati termicamente, uno di mandata e uno di ritorno.
Una volta raggiunto l'edificio, il calore viene trasferito attraverso uno scambiatore di calore, che sostituisce la caldaia, all'impianto di distribuzione interno. Nello scambiatore, l'energia termica viene trasferita tra due fluidi, facendo in modo che l'acqua calda raggiunga l'impianto domestico per il riscaldamento e l'uso sanitario grazie alla tubazione di mandata, e che l'acqua fredda ritorni all'impianto con la tubazione di ritorno, per essere nuovamente riscaldata. Il tutto senza modificare i sistemi di distribuzione all'interno dell'edificio.
L'impianto può servire strutture situate a diversi chilometri di distanza. La lunghezza della coppia di tubi dell'impianto analizzato è di circa 20 km. L'energia termica recuperata è sufficiente per riscaldare contemporaneamente fino a 2.500 famiglie.

Le scorie

Le scorie, ovvero i componenti che resistono alla combustione, vengono raccolte in un estrattore a valle del forno. L'incenerimento riduce il volume dei rifiuti del 90% e il peso del 75-80%, distruggendo i germi patogeni. Le scorie, prima del loro stoccaggio finale in discarica, vengono vagliate per estrarre, e quindi riciclare, i metalli contenuti, con notevoli benefici ambientali. Il materiale recuperato (ferro, alluminio e acciaio inossidabile) ammonta a circa l'11% della quantità di rifiuti.

Conclusioni

Siamo una società che produce sempre più rifiuti. Purtroppo, attualmente, non tutti i rifiuti vengono riciclati. Come dimostra questo esempio, anche i rifiuti che non vengono riciclati possono essere valorizzati, ad esempio attraverso la cogenerazione. Anche se idealmente dovremmo puntare a prevenire e ridurre la produzione di rifiuti per generare una produzione minima o nulla, questo non è sempre realizzabile. Pertanto, massimizzare l'uso dei rifiuti, migliorare le nostre strategie di riciclaggio e garantire uno smaltimento sicuro e rispettoso dell'ambiente sono implementazioni cruciali per il nostro sistema.

Riferimenti:

  • Confederazione Svizzera, Ufficio Federale dell'ambiente UFAM (2016). "Smaltire i rifiuti, Illustrazione della situazione in Svizzera".
  • Azienda Cantonale dei rifiuti. "Il termovalorizzatore" https://aziendarifiuti.assolo.net/Il-termovalorizzatore-83cc8700.
  • Teris SA. "Teleriscaldamento del Bellinzonese". http://www.teris.ch/page.asp?load=1&title=Home
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