Sin dall’inizio di questo lavoro sperimentale era chiaro come l’obiettivo posto, cioè la trasformazione di combustibili solidi secondari (CSS) in energia a seguito di un processo di piro-gassificazione, fosse di non facile realizzazione.
I rifiuti oggetto di studio, rifiuti speciali non pericolosi di origine industriale, rappresentano, già di per sé, un elemento di criticità iniziale a causa della loro diversa composizione in termini di frazioni merceologiche e, secondariamente, per la loro elevata eterogeneità in termini di contenuto energetico.
A ciò vanno aggiunte, ovviamente, le difficoltà relative alla messa a punto di un sistema su scala di laboratorio capace di simulare le già complesse fenomenologie che si verificano durante il processo di piro-gassificazione.
Tenendo ben presenti queste premesse, il lavoro svolto si è concentrato, in primo luogo, su un’accurata determinazione delle composizioni dei rifiuti in esame, in termini di frazioni merceologiche e delle loro caratteristiche chimico-fisiche.
Dalla caratterizzazione dei rifiuti è emerso come quasi la totalità di essi fosse composta principalmente da cinque diverse frazioni merceologiche contraddistinte da un significativo contributo energetico (frazioni combustibili) quali la plastica, il legno, la carta i tessuti e il sottovaglio; la rimanente parte era invece costituita da frazioni inerti quali metalli, vetro e materiali inorganici.
Le frazioni combustibili sono state quindi oggetto di studio al fine di comprendere il loro comportamento in sede di piro-gassificazione su scala di laboratorio, andando a determinare le caratteristiche qualitative e quantitative del syngas prodotto.
Al contrario di quanto era lecito attendersi a seguito delle problematiche prima evidenziate, i dati emersi dalle numerose prove di piro-gassificazione, volte alla messa a punto del sistema sperimentale, hanno mostrato la buona affidabilità di quest’ultimo oltre a mettere in evidenza comportamenti caratteristici per le singole frazioni merceologiche studiate. Sulla scorta di tali risultati è stato quindi progettato un piano sperimentale che permettesse di comprendere i comportamenti di miscele formate dalle diverse frazioni merceologiche in sede di piro-gassificazione.
Tra le miscele studiate hanno suscitato particolare interesse quelle contenenti la frazione sottovaglio. Tale frazione, sulla base dei dati raccolti durante la fase di caratterizzazione dei rifiuti, non presentava un buon contributo energetico in termini di Potere Calorifico Inferiore ma, contrariamente a quanto era ipotizzabile attendersi, dall’analisi delle composizione dei gas prodotti nelle miscele in questione, si è potuto osservare un aumento in termini della produzione dei gas energetici (H2, CO e CH4) rispetto ai valori attesi e calcolati teoricamente.
Al fine di affermare con certezza quanto evidenziato dagli andamenti delle composizioni dei gas prodotti in seguito a piro-gassificazione, si è fatto ricorso a due “strumenti” individuati per una corretta interpretazione dei dati acquisiti e per validare i risultati grezzi ottenuti:
indici di prestazione energetica (CGE e ECR) analisi chemiometrica (PCA).
Dalla valutazione degli indici di prestazione energetica e dall’analisi chemiometrica si è potuto vedere, ancora una volta, come le miscele contenenti il sottovaglio mostrino la presenza di fenomeni di tipo sinergico per quanto riguarda la produzione dei gas energetici. In particolare, per quanto concerne le miscele a due componenti si ha sinergia positiva per le seguenti miscele: Plastica + Sottovaglio, Carta + Sottovaglio, Tessile + Sottovaglio. Per quanto concerne le miscele a tre componenti, la sinergia positiva si verifica per tutte le miscele studiate, ovvero: “Plastica + Carta + Sottovaglio”, “Carta + Tessile + Sottovaglio”, “Plastica + Tessile + Sottovaglio”, “Plastica + Carta + Tessile”.
Perciò, si può affermare che la presenza del sottovaglio comporti un miglioramento delle qualità energetiche del rifiuto in termini sia di produzione dei gas energetici sia di una maggior conversione della matrice carboniosa e ritenere, quindi, tale frazione una componente essenziale nella formulazione di una miscela di rifiuti da inviare a piro- gassificazione.
L’attività condotta, per quanto di tipo puramente esplorativo, lascia intravedere notevoli potenzialità applicative del metodo come screening di facile realizzazione per l’impostazione di una attività sperimentale su scala più ampia e più realistica.
BIBLIOGRAFIA
Arena U. Process and technological aspects of municipal solid waste gasification. A review, Waste Management, 32, p. 625 –639, 2012.
Arena U., Zaccariello L., Mastellone M.L., Fluidized bed gasification of waste derived fuels, Waste Management 30, p. 1212 – 1219, 2010.
Arena U. et al. Recupero di energia e materia da rifiuti solidi: i processi, le tecnologie, le esperienze, le norme. AMRA S.c. a r.l., 2007.
Arena U. Fluidized Pyrolysis and Gasification of Solid Wastes, in Proc. of Industrial Fluidization South Africa 2005, The South African Institute of Mining and Metallurgy p. 53–68. 2005.
Basu P., Combustion and Gasification in Fluidized Beds, CRC Press, Boca Raton (FL), 2006.
Belgiorno G., De Feo C., Della Rocca C., Napoli, R.M.A., Energy from gasification of solid wastes. Waste management 23, p. 1-15, 2002.
Bertagna S., Migliavacca G. Combustibili solidi secondari (CSS): il decreto n. 22/2013 e l’integrazione all’Allegato X del Testo Unico Ambientale. ISSI – Divisione Stazione Sperimentale per i Combustibili. Volume 67, fascicolo n°2, 2013
Biagini E., Simone M., Tognotti L. , “Characterization of high heating rate chars of biomass fuels”, Proceedings of the Combustion Institute, vol. 32,. p. 2043‐2050, 2009.
Biagini E., Cioni M., Tognotti L. , "Development and characterization of a lab‐scale entrained flow reactor for testing biomass fuels”, Fuel ,vol. 84,. p. 1524‐1534, 2005. Coda B., Tognotti L. , “The prediction of char combustion kinetics at high temperature” Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 21, p. 79‐86. 2000. Consonni S., Giugliano M., Grosso M. Alternative strategies for Energy recovery from municipal solid waste. Part A: Mass and energy balances. Waste Management 25, p. 123–135, 2005.
Della Rocca C. I processi e le tecnologie di gassificazione delle biomasse e dei rifiuti solidi. Civil Engineering Degree Thesis, Università degli Studi di Salerno, 2001.
Devi L., Ptasinski K.J., Janssen F.J.J.G. A review of the primary measures for tar elimination in biomass gasification process, Biomass & Bioenergy, 24, p. 125–140, 2003.
Grimshaw A.J., A.Lago, Small Scale Energos Gasification Technology, 3rd Int. Symposium on Energy from Biomass and Waste, Venice, Italy, p. 8–11, 2010.
Hankalin V., Helanti V., Isaksson J., High efficiency power production by gasification. In: Thirteenth International Waste Management and Landfill Symposium, S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy. CISA Publisher, Italy. 3–7 October 2011.
Higman, C., Van der Burgt M., Gasification, Gulf Professional Publishing, 2003.
Kawaguchi K., Miyakoshi K., Momonoi K. Studies on the pyrolysis behavior of gasification and melting systems for municipal solid waste. Journal of Material Cycles and Waste Management 4, p. 102–110, 2002.
Kong. L., Hydrogen production from biomass wastes by hydrothermal gasification. Energy Sources, Part A (30) p. 1166-1178, 2008.
Krammer G., Pintus S., Tognotti L., Staudinger G., “Electrical charge loss during pyrolysis of single coal particles”, Fuel, vol. 78, p. 1231‐1235, 1999.
Li X.T. , Grace J.R., Lim C.J., Watkinson A.P., Chen H.P , Kim J.R., Biomass gasification in a circulating fluidized bed, Biomass & Bioenergy 26, p. 171–193, 2004.
Martelli F. La gassificazione come di recupero energetico da biomasse. Tesi di Laurea, Università di Pisa, 2010.
Massei G., Tesi di laurea in Chimica Industriale, “Messa a punto e validazione di un reattore a letto fisso e suo impiego nello studio di processi termochimici su scala di laboratorio”, 2003.
Mastellone M.L., Zaccariello L., Arena, U. Co-gasification of coal, plastic, waste and wood in a bubbing fluidized bed reactor. Fuel 89 (10), p. 2991-3000, 2010b.
Merlini M. Combustibili Solidi Secondari: un’opportunità per il futuro. Dossier CTI. Nappi P., Valenzano F., Consiglio M. Analisi merceologica dei rifiuti urbani. Rassegna di metodologie e definizione di una metodica di riferimento. ARPA Piemonte, 2000. Pinto F., Lopes H., Andrè R.N., Gulyurtlu I., Cabrita I. Effect of catalysts in the quality of syngas and by-products obtained by co-gasification of coal and wastes. 1. Tars and nitrose compounds abatement. Fuel 86, 2052-2063, 2007.
Pinto F., Lopes H., Andrè R.N., Gulyurtlu I., Cabrita I. Effect of catalysts in the quality of syngas and by-products obtained by co-gasification of coal and wastes. 2. Heavy Metals, sulphur and halogen compounds abatement. Fuel 87, 1050-1062, 2008. Psomopoulos C.S., Bourka A., Themelis N.J., 2009. Waste-to-energy: a review of the status and benefits in USA. Waste Management 29, 1718–1724.
Rechberger H. and Schöller G. Comparison of Relevant Air Emissions from Selected Combustion Technologies. Project CAST. CEWEP – Congress, Waste-to-Energy in European Policy, 18 May 2006.
Suzuki A., Nagayama S, High efficiency WtE power plant using high temperature gasifying and direct melting furnace, In: Thirteenth International Waste Management and Landfill Symposium, 3-7 October 2011, S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy. CISA Publisher, Italy. ISBN 978-88-6265-000-7. 2011.
Tognotti L., Petarca L., Zanelli S., “Spontaneous combustion in beds of coal particles” Symposium (International) on Combustion, vol. 22, pp. 201‐210, 1989.
Tognotti L., Studio dei processi termochimici su scala di laboratorio. Progettazione reattori di piccola taglia e sviluppo di metodologie di conduzione e analisi di prove sperimentali. Relazione finale della collaborazione tra ENEL e Università di Pisa (Aprile 1998)
Zanatta M. Modello di gestione integrata dei rifiuti del Gruppo Contarina Spa: analisi ed efficienza di variazioni del sistema di raccolta. Tesi di Laurea, Università degli studi di Padova, 2011.
Zhuo Y., Messenböck R., Collot A.‐G., Megaritis A. , Paterson N., Dugwell D.R., Kandiyoti R. , “Conversion of coal particles in pyrolysis and gasification: comparison of conversions in a pilot‐scale gasifier and bench‐scale test equipment”, Fuel, vol. 79, p. 793‐802, 2000.