Analisi sperimentale di un impianto di selezione avanzata dei rifiuti plastici da raccolta differenziata

POLITECNICO DI MILANO

Facoltà di Ingegneria Civile e Ambientale

Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria per l’Ambiente e il

Territorio

ANALISI SPERIMENTALE DI UN

IMPIANTO DI SELEZIONE AVANZATA

DEI RIFIUTI PLASTICI DA RACCOLTA

DIFFERENZIATA

Relatore: Professore Mario Grosso

Tesi di laurea magistrale di:

Caterina Conte

Matricola 837647

Anno accademico 2015/2016

II RINGRAZIAMENTI

Cinque anni di studio, sorrisi, lotte, soddisfazioni, amicizie. È stato un percorso lungo che ha incrociato tante persone.

Colgo ora l’occasione per ringraziarle tutte. Ringrazio il Professore Mario Grosso che ha permesso la realizzazione di questa tesi, dandomi la possibilità di intraprendere uno stage stimolante dal punto di vista universitario e lavorativo.

Ringrazio Pietro, Leonardo, Matteo, Paolo e l’azienda STADLER Italia S.r.l nel suo complesso per l’opportunità datami e per avermi fatto sentire parte del loro team fin dal primo giorno. Ringrazio, inoltre, l’accoglienza della ditta Oppimitti e di tutta la squadra di lavoro.

Se ho raggiunto questo traguardo è solo per merito dei miei genitori, che hanno sempre assecondato le mie iniziative, fidandosi ciecamente di ogni mia decisione. La mia costanza e determinazione sono il frutto di ogni loro gesto, parola e pensiero.

Ringrazio mio fratello, silenzioso e taciturno, ma sulla cui presenza so che potrò sempre contare.

Un ringraziamento va alle zie: a zia Sonia, che dal primo momento mi ha accompagnato per mano; a zia Angela, che con la sua complicità mi incoraggia sempre in ogni esperienza. Un abbraccio immenso ai nonni; i loro sorrisi e sguardi di soddisfazione mi hanno dato la forza per affrontare tutte le sfide incontrate. Come non ringraziare poi la mia seconda famiglia, le Finte Milanesi: Marta, per la sua risata, e per la comprensione che solo lei sa darmi; Bea, per gli abbracci e per il rigore affettuoso, motivo di sprono dal primo istante; Robi, per essere mia complice e compagna in qualsiasi frangente; Alba, per la spensieratezza e l’allegria che spesso hanno smorzato le mie ansie. Senza voi, Milano non avrebbe lo stesso significato. Ringrazio poi tutti gli altri volti incontrati, fondamentali in questi anni: Riccardo, nonostante tutto, punto fermo da 4 anni; Anna, iniziale sostegno di questo percorso; Iole e Marzia, amiche di sempre, vicine o lontane che siano; tutte le mie coinquiline, da Roberta, Alessia, Anna, Lucia, Chiara, Gabriele

fino ad Anita e la Ciri che mi hanno sopportato nei momenti peggiori. Di nomi ce ne sono ancora molti, ma anche non comparendo tra queste righe, sono grata a tutti, perché ognuno di loro ha contribuito

INDICE

INDICE DELLE FIGURE ... 2

INDICE DELLE TABELLE ... 4

SOMMARIO E CONCLUSIONI ... 6

1. INTRODUZIONE ... 13

1.1 PANORAMICA DELLA GESTIONE DEI RIFIUTI ... 13

1.2 TECNOLOGIE DI SMISTAMENTO E SELEZIONE ... 16

1.3 SISTEMI DI GESTIONE ED IMPIANTI ESISTENTI ... 20

1.4 SCOPO DELLO STUDIO ... 23

2. IL SISTEMA ITALIANO ... 24

2.1 CONAI ... 24

2.1.1 I Consorzi ... 25

2.1.2 Chi aderisce a CONAI ... 27

2.1.3 Accordo Quadro ANCI-CONAI ... 27

2.1.4 Contributo ambientale CONAI (CAC) ... 28

2.2 COREPLA ... 29

2.2.1. Scopi del Consorzio ... 29

2.2.2. La Raccolta Differenziata ... 32

2.2.3. Allegato Tecnico Imballaggi in Plastica... 34

2.2.4. La Selezione ... 36

2.2.5. A Valle del CSS: Prodotti e Qualità ... 37

2.2.6. Specifiche Tecniche dei Prodotti ... 38

2.2.7. Requisiti di un Centro di Selezione Secondario (CSS) ... 40

2.2.8. Corrispettivi Netti di Raccolta e di Selezione ... 42

2.3 I TIPI DI PLASTICA ... 47

2.3.1 Polimeri degli Imballaggi ... 48

2.4 LEGISLAZIONI SUI RIFIUTI IN EUROPA E IN ITALIA ... 50

2.5 LEGISLAZIONI SUI RIFIUTI DA IMBALLAGGIO ... 52

3 MATERIALI E METODI ... 54

3.1 PRESENTAZIONE DELLE CAMPAGNE DI COLLAUDO ... 54

3.2 IL CENTRO DI SELEZIONE SECONDARIO ANALIZZATO ... 55

V

3.2.2 Caratteristiche Fondamentali ... 59

3.2.3 Zona di Ricezione e Apri-Sacco (BRT) ... 61

3.2.4 Vaglio a Tamburo Rotante ... 62

3.2.5 Separatore Balistico ... 63

3.2.6 Windshifter ... 65

3.2.7 Separatore Magnetico ed Eddy Current Separator (ECS) ... 66

3.2.8 Separatori Ottici ... 67

3.2.9 Cabina di Controllo e Personale ... 72

3.2.10 Bunker di stoccaggio e Pressa Imballatrice ... 74

3.2.11 Nastri Trasportatori ... 75

3.3 QUADRO GENERALE E SCOPO DELLA RACCOLTA DATI ... 76

3.4 INDICI UTILIZZATI NELLO STUDIO ... 77

3.5 METODOLOGIA E CONDIZIONI OPERATIVE ... 78

3.5.1 Ricezione materiale e Pesatura ... 79

3.5.2 Avvio impianto e Acquisizione Tempistiche ... 79

3.5.3 Arresto Impianto ... 80

3.5.4 Scelta delle balle di prodotto ... 80

3.5.5 Quartatura ... 81

3.5.6 Caratterizzazione ... 83

3.5.7 Pesatura ed Acquisizione dati... 84

3.5.8 Attrezzature e Dispositivi Utilizzati ... 84

4 RISULTATI ... 86

4.1 PROVA DI CARICO ... 86

4.2 ANALISI DEL MATERIALE IN INGRESSO ... 87

4.3 INDICI DI PUREZZA E DI RECUPERO ... 96

4.4 OSSERVAZIONI SULLE POTENIZALITA’ DELL’IMPIANTO ... 109

4.5 ANALISI E SPECIFICHE COREPLA ... 117

4.6 BILANCIO DI MASSA ... 128

4.7 VALUTAZIONI ECONOMICHE ... 132

Bibliografia ... 136

2

INDICE DELLE FIGURE

Figura 1 - I.P. della I e II Prova di Collaudo. ______________________________________________ 10 Figura 2 -Bilancio di Massa annuale dell'impianto; con i = input, materiale in ingresso all’impianto ed e = exit, materiale in uscita dall’impianto. __________________________________________________ 11 Figura 3 – a) “Hyperspectral Sorting Technique” consiste di una camera CCD che individua le

particelle in base al loro spettro e suddivide le frazioni di rifiuti nei rispettivi contenitori utilizzando ugelli ad aria compressa. (b) La “Spectroscopic Sorting Technique” consiste di una camera CCD e di uno spettrometro NIR. (Gundupalli, Hait, Thakur 2017) _______________________________________ 19 Figura 4 - Funzionamento CONAI _______________________________________________________ 25 Figura 5 - Opzioni di Conferimento dei flussi in ingresso al CSS COREPLA. _____________________ 33 Figura 6 –Schema del Centro di Selezione Secondario analizzato. ______________________________ 58 Figura 7 - Diagramma di Flusso con Apri-Sacchi (BRT), Vaglio Rotante e Separatore Balistico _____ 61 Figura 8 – Apri-Sacco BRT _____________________________________________________________ 62 Figura 9 - Parte interna del Vaglio Rotante ________________________________________________ 63 Figura 10 - Separatore Balistico STADLER ________________________________________________ 63 Figura 11 – Sinistra: struttura interna del Separatore Balistico; Destra: Manopola di regolazione dell’inclinazione interna dei paddle. ______________________________________________________ 65 Figura 12 – Movimento interno dei paddle. ________________________________________________ 65 Figura 13 – Windshifter________________________________________________________________ 66 Figura 14 - Diagramma di flusso della linea NIR per selezione del materiale bidimensionale. _______ 67 Figura 15 - Diagramma di flusso della linea NIR per la selezione del materiale tridimensionale. _____ 68 Figura 16 - Diagramma di flusso della sequenza dei Separatori Ottici, in evidenza i NIR per il ricircolo del 3D e 2D. _________________________________________________________________________ 70 Figura 17- Successione dei Separatori Ottici, visti dalla postazione della pressatrice. ______________ 71 Figura 18 - Sinistra: separatore ottico in funzione; destra: sensori ottici posizionati alla base del separatore. __________________________________________________________________________ 71 Figura 19 - Nastri Trasportatori in arrivo nella Cabina di Controllo. ___________________________ 73 Figura 20 – Nastro Trasportatore proveniente dal vaglio. ____________________________________ 74 Figura 21 – Sequenza di Bunker. ________________________________________________________ 75 Figura 22 - Nastri Trasportatori Leggeri. _________________________________________________ 76 Figura 23 - Mescolamento del materiale pressato prima del carico dell'impianto. _________________ 80 Figura 24 - A sinistra: balla selezionata per il PET colorato; A destra: balla selezionata per PET incolore. Entrambe con relativa etichetta e peso. ___________________________________________ 81 Figura 25 - Operazione di quartatura sul campione di PET azzurrato. __________________________ 83 Figura 26 - Sulla sinistra: tavolo di analisi; sulla destra: tavolo di analisi con contenitori. __________ 84 Figura 27 - Flussi di materiale in arrivo al Centro di Selezione Secondario analizzato. _____________ 87 Figura 28 - Composizione Media Pesata del rifiuto in ingresso dal 26/09/2016 al 30/11/2016, da elaborazioni dati di analisi COREPLA. ___________________________________________________ 90 Figura 29 - Confronto della composizione media delle frazioni dei tre flussi in arrivo all'impianto: pressato da CC, in balle da CC, sfuso da raccolta. (Periodo 26/09/2016 - 30/11/2016). ____________ 91 Figura 30 – A sinistra: Analisi merceologica rifiuto in ingresso per cernita manuale (Settembre 2016); a destra: composizione della frazione “ALTRO”. _____________________________________________ 92 Figura 31 - Composizione merceologica del rifiuto in ingresso, analizzato per cernita manuale nel settembre 2016; suddivisione del PET nelle diverse tipologie. _________________________________ 92 Figura 32 - Composizione Merceologica Indiretta del rifiuto in ingresso nell’Ottobre 2016. Suddivisione del PET nelle diverse tipologie. __________________________________________________________ 94 Figura 33 - Confronto dei risultati ottenuti dall'analisi merceologica per cernita manuale e dall'analisi merceologica indiretta (ALTRO = scarto, esclusioni, ingombrante, MPR) _______________________ 94 Figura 34 - I.P. della I e II Prova di Collaudo, con relativi I.P. garantiti da contratto. _____________ 97 Figura 35 - Composizione merceologica del campione. A sinistra: PET INCOLORE; A destra: PET AZZURRATO. (Seconda Prova di Collaudo) ______________________________________________ 100

3

Figura 36 - Composizione merceologica del campione. A sinistra: PET COLORATO; A destra: HDPE. (Seconda Prova di Collaudo) __________________________________________________________ 100 Figura 37 - Composizione merceologica del campione. A sinistra: FIL/S 5050; A destra: FIL/S 5060. (Seconda Prova di Collaudo) __________________________________________________________ 101 Figura 38 - Composizione merceologica del campione. A sinistra: MPO; A destra: PLASMIX. (Seconda Prova di Collaudo) __________________________________________________________________ 101 Figura 39 - Composizione merceologica del campione PP. (Seconda Prova di Collaudo) __________ 102 Figura 40 - Composizione merceologica dei flussi di materiale in uscita dal separatore ottico del ricircolo. (Seconda Prova di Collaudo) __________________________________________________ 104 Figura 41 - I.R. DELL’IMPIANTO ricavati dall’analisi dei flussi in uscita (Seconda Prova di Collaudo) __________________________________________________________________________________ 106 Figura 42 - Diagramma d Flusso dei Separatori Ottici destinati alla selezione del materiale

tridimensionale. _____________________________________________________________________ 107 Figura 43 - Indici di Recupero dei Separatori Ottici (Seconda Prova di Collaudo) _______________ 108 Figura 44 - Confronto tra I.R. Impianto e I.R. NIR (Seconda Prova di Collaudo) _________________ 109 Figura 45 - Prodotti in uscita dall'impianto. ______________________________________________ 110 Figura 46 - Prodotti "Persi" in uscita dall'impianto rispetto ai totali selezionabili in ingresso; A destra: suddivisione del PET "perso" nei diversi colori (Seconda Prova di Collaudo). ___________________ 112 Figura 47 - Composizione merceologica del Plasmix di Termine Linea del CSS analizzato, durante la seconda prova di collaudo (Ottobre). ____________________________________________________ 116 Figura 48 - Composizione merceologica media del Plasmix risultante da studi COREPLA del 2008. _ 116 Figura 49 - Confronto tra I.P. della prova di collaudo e della verifica di COREPLA, e rispettivi obiettivi da raggiungere (Seconda Prova di Collaudo). _____________________________________________ 119 Figura 50 - Campione PET INCOLORE: Confronto delle frazioni rilevate dal Collaudo, da COREPLA e i limiti da Specifiche; (Seconda Prova di Collaudo). ________________________________________ 120 Figura 51 - Campione PET AZZURRATO; Confronto delle frazioni rilevate dal Collaudo, da COREPLA e i limiti da Specifiche (Seconda Prova di Collaudo). _______________________________________ 121 Figura 52 - Campione PET COLORATO: Confronto delle frazioni rilevate dal Collaudo, da COREPLA e i limiti da Specifiche; (Seconda Prova di Collaudo). ________________________________________ 122 Figura 53 - Campione HDPE: Confronto delle frazioni rilevate dal Collaudo, da COREPLA e i limiti da Specifiche; (Seconda Prova di Collaudo). ________________________________________________ 123 Figura 54 - Campione PP: Confronto delle frazioni rilevate dal Collaudo, da COREPLA e i limiti da Specifiche; (Seconda Prova di Collaudo). ________________________________________________ 123 Figura 55 - Campione MPO: Confronto delle frazioni rilevate dal Collaudo, da COREPLA e i limiti da Specifiche. (Seconda Prova di Collaudo). ________________________________________________ 124 Figura 56 - Campioni FIL/S: Confronto delle frazioni rilevate dal Collaudo, da COREPLA e i limiti da Specifiche (Seconda Prova di Collaudo). _________________________________________________ 124 Figura 57 - Campione PLASMIX: Confronto delle composizioni merceologiche rilevate dal Collaudo e da COREPLA, e limiti Specifiche; (Seconda Prova di Collaudo). ______________________________ 125 Figura 58 - Efficienza della selezione manuale dei diversi polimeri per i prodotti PET incolore, azzurrato e colorato (Seconda Prova di Collaudo). _________________________________________________ 126 Figura 59 - Efficienza della selezione manuale dei diversi polimeri per i prodotti HDPE e PP (Seconda Prova di Collaudo). __________________________________________________________________ 127 Figura 60 - Bilancio di massa dell’impianto (tonnellate/anno); con i = input, materiale in ingresso all’impianto ed e = exit, materiale in uscita dall’impianto. ___________________________________ 131 Figura 61 - Influenza dei diversi costi sostenuti sui costi totali ________________________________ 135

INDICE DELLE TABELLE

Tabella 1 - Entità CAC per materiale, (sito CONAI). ________________________________________ 28 Tabella 2 - Limiti Massimi per le impurità solide (I.S), da Specifica Tecnica per i prodotti PET

trasperente, azzurrato, colorato e HDPE. _________________________________________________ 38 Tabella 3 - Formule per il calcolo del Corrispettivo Netto di Raccolta a monte del CSS. ____________ 42 Tabella 4 - Corrispettivi Unitari per Tipologia Flussi, Aprile 2016 – Marzo 2017 (Allegato Tecnico Plastica). ___________________________________________________________________________ 43 Tabella 5 - Limiti Soglia di Conformità del Materiale Conferito. _______________________________ 44 Tabella 6 - Corrispettivi oltre soglia per flussi monomateriale sfuso o pressato. ___________________ 44 Tabella 7 - Penali inflitte ai Convenzionati sulla base dei costi sostenuti dagli impianti CSS di destino (costi medi del 2014) __________________________________________________________________ 45 Tabella 8 - Corrispettivi lordi a valle del CSS. ______________________________________________ 46 Tabella 9 - Polimeri con simbolo, codice identificativo ed applicazioni. _________________________ 49 Tabella 10 - Scheda del CSS ____________________________________________________________ 56 Tabella 11 - Prove di Carico dell'impianto: tempi e portata media. _____________________________ 86 Tabella 12 - Tipologia e Quantità del materiale in ingresso al CSS dal 26/09/2016 - 30/11/2016. _____ 88 Tabella 13 - Composizione media in peso (tonnellate) del materiale in ingresso all'impianto nel periodo 26/09/2016 - 30/11/2016. ______________________________________________________________ 89 Tabella 14 - Miglioramento per punti percentuali del livello di purezza dei diversi flussi tra I e II prova di collaudo. ____________________________________________________________________________ 98 Tabella 15 - Indici di Purezza dei campioni prelevati dai flussi in uscita dal NIR del ricircolo (Seconda Prova di Collaudo). __________________________________________________________________ 104 Tabella 16 - FIL/S e Materiale 2D selezionato dall'impianto rispetto al quantitativo in ingresso (Seconda Prova di Collaudo). __________________________________________________________________ 110 Tabella 17 - Percentuali di errore di separazione del balistico. _______________________________ 111 Tabella 18 - PET Perso e Recuperato in chilogrammi e in bottiglie da 1,5 litri (Seconda Prova di Collaudo). _________________________________________________________________________ 113 Tabella 19 - Materiale suddiviso in frazioni rispettivamente per l’input totale all'impianto (in Kg e in percentuale), per l’ingresso e per l’uscita del NIR doppio del ricircolo (SO_07), rispetto alle tonnellate di rifiuto in ingresso all’impianto. _________________________________________________________ 114 Tabella 20 – Materiale in uscita dal NIR doppio e ricircolato, espresso in percentuale rispetto al totale in ingresso all’impianto di ciascuna frazione. _______________________________________________ 114 Tabella 21 - Chilogrammi all'ora ricircolati dei diversi polimeri/colori. ________________________ 114 Tabella 22 – Differenze in punti percentuali di polimeri errati, eliminati per controllo manuale; flusso PET incolore (Seconda Prova di Collaudo). ______________________________________________ 121 Tabella 23 – Differenze in punti percentuali di polimeri errati, eliminati per controllo manuale; flusso PET colorato (Seconda Prova di Collaudo). ______________________________________________ 122 Tabella 24 - Percentuali di Prodotti, MPO, Sottoprodotti in uscita annualmente. _________________ 133 Tabella 25- Parametri e Valori considerati nella Valutazione Economica. ______________________ 134

SOMMARIO E CONCLUSIONI

Il presente lavoro tratta la tematica della gestione dei rifiuti da imballaggio in plastica nel sistema italiano e le tecnologie utilizzate nella loro separazione, attraverso l’analisi di un Centro di Selezione Secondario del circuito COREPLA.

I rifiuti solidi urbani rappresentano un argomento importante nelle politiche dei paesi sviluppati da quando la ripresa e la prosperità economica del dopoguerra ne hanno favorito l’aumento delle quantità. Ciò ha incoraggiato la diffusione di oggetti multimateriale e di rifiuti da imballaggio, portando alla maturazione di nuovi sistemi che puntano alla gestione sostenibile delle risorse. Il riciclaggio, infatti, sta diventando una pratica fondamentale nel processo di gestione dei rifiuti, in quanto cerca di risolvere i problemi economici ed ambientali legati alla discarica e promuove il recupero di materiali evitando l’utilizzo di nuova materia prima. Di conseguenza c’è una crescente domanda di impianti automatizzati che permettano la suddivisione e la classificazione di rifiuti nelle diverse frazioni che lo compongono. Il riciclo degli imballaggi in plastica si basa su una complessa catena di attività che comprende generalmente tre fasi principali: la raccolta differenziata dai nuclei abitativi, la selezione e separazione dei diversi polimeri plastici, e infine, il riciclo meccanico dei diversi prodotti ottenuti. Questo lavoro si focalizza soprattutto sulla seconda fase del processo, in cui i rifiuti plastici vengono suddivisi nei diversi polimeri grazie all’utilizzo di tecnologie in continua evoluzione; esse sono tutt’oggi oggetto di ricerca e di studio per un miglioramento e un potenziamento delle efficienze e dei rendimenti di separazione. Le tecnologie di selezione come LIPS (Laser Induced Plasma Spectroscopy), XRF (emissione di fotoni a raggi X) e spettrometri (NIR, MIR e laser RAMAN) sono costituite principalmente da sensori destinati all’identificazione dei diversi materiali plastici nei flussi di rifiuto. Le tecnologie spettrometriche sono le più sviluppate nel riconoscimento dei polimeri della plastica, infatti, grazie all'interazione tra luce e materiale, viene riflesso un unico insieme di lunghezze d'onda per ogni tipo di polimero plastico, permettendone il riconoscimento. Queste tecnologie vengono inserite in impianti che trattano flussi plastici misti in ingresso e che hanno come scopo un’efficiente ed accurata separazione dei diversi polimeri. Anche

7 se è stato fatto qualche progresso verso la standardizzazione, c'è comunque una grande variabilità nelle configurazioni di processo e di impianto a causa delle differenze tra composizioni dei rifiuti affluenti, layout di filiera e quadri normativi.

Nel contesto italiano, la responsabilità della gestione dei rifiuti da imballaggio è trasferita al Consorzio CONAI (Consorzio Nazionale Imballaggi), un'organizzazione privata senza scopo di lucro fondata nel 1997 con il fine di promuovere la raccolta differenziata, lo smistamento, il recupero e il riciclaggio dei rifiuti di imballaggio in Italia. Per le operazioni di recupero dei singoli materiali, CONAI coordina le attività dei sei Consorzi di filiera: RICREA per l'acciaio, CIAL per l'alluminio Comieco per la carta, RILEGNO per il legno, COREPLA per la plastica, e COREVE per il vetro. Per quanto riguarda i rifiuti di imballaggio in plastica, il Consorzio COREPLA svolge le attività di:

- supporto tecnico ed economico ai Comuni per la raccolta differenziata; - selezione dei rifiuti in plastica provenienti da raccolta differenziata urbana; - avvio a ricircolo dei rifiuti selezionati;

- recupero energetico dei rifiuti di imballaggi in plastica non riciclabili;

- azione sussidiaria al mercato per il ritiro da superfici private e avvio a ricircolo degli imballaggi provenienti da attività economiche;

- ricerca e sviluppo con supporto tecnico alle aziende; - analisi e controllo su tutta la filiera.

COREPLA si pone l’obiettivo di assicurare la copertura dei maggiori oneri sostenuti dagli Enti Locali per l’effettuazione della raccolta differenziata e di svolgere un ruolo sussidiario al mercato per quanto concerne il ritiro dei rifiuti di imballaggi in plastica provenienti dalle attività industriali, commerciali ed artigianali, non conferiti al servizio pubblico di raccolta. COREPLA collabora con le Amministrazioni locali, sulla base dell’Accordo quadro ANCI-CONAI, che determina, con appositi allegati tecnici, le specifiche condizioni di conferimento e i corrispettivi unitari in base al livello qualitativo. Il Consorzio, inoltre, si fa carico delle operazioni di selezione, attraverso una rete di Centri di Selezione Secondari distribuiti sul territorio nazionale. Si tratta di aziende che operano per il Consorzio, effettuando la selezione del flusso di imballaggi in ingresso sulla base

8 di requisiti impiantistici e criteri prestabiliti, ricevendo un corrispettivo per ogni tonnellata di materiale processato. Al fine di promuovere il buon funzionamento, il corrispettivo è nettamente maggiore per i materiali avviabili a riciclo rispetto a quelli destinati a recupero energetico.

Il tirocinio formativo svolto presso l’azienda STADLER Italia si inserisce nel contesto del collaudo del nuovo Centro di Selezione Secondario per gli imballaggi in plastica del circuito COREPLA situato a Bedonia, in provincia di Parma. L’impianto ha lo scopo di suddividere la plastica mista in arrivo dalla raccolta differenziata della Comunità Montana delle Valli del Taro e del Ceno in diverse tipologie di polimeri e colori. La selezione del materiale in ingresso avviene grazie ad una filiera di macchinari attraverso cui il rifiuto subisce i seguenti trattamenti: apertura dei sacchetti, prima selezione per dimensione del materiale attraverso vagliatura, separazione del materiale 3D dal 2D mediante il Separatore Balistico STADLER®, separazione automatica dei diversi polimeri/colori con la tecnologia NIR per la linea 3D e per linea 2D, separazione magnetica ed amagnetica, verifica della qualità dei prodotti selezionati mediante controllo manuale, ed infine pressatura dei prodotti in balle. L’impianto analizzato presenta degli elementi innovativi per quanto riguarda macchinari e layout, rendendolo unico nel suo genere in Italia; la caratteristica principale è rappresentata dalla linea di separatori ottici per il flusso bidimensionale: si tratta del primo impianto in Italia ad essere munito della tecnologia automatica di separazione con due NIR in serie anche per il prodotto bidimensionale FIL/S (dimensione minore del formato A3); dal 2017, infatti, COREPLA impone come obbligatoria la separazione automatica del materiale 2D. Inoltre l’impianto presenta anche la possibilità di operare un ricircolo automatico: questo è effettuato attraverso un separatore ottico il cui scopo è quello di separare il materiale selezionabile tridimensionale in PET/HDPE/PP finito erroneamente tra gli scarti e riportarlo in testa all’impianto.

I flussi di materiali che si ritrovano in uscita dall’impianto sono: - Contenitori in PET TRASPARENTE INCOLORE;

- Contenitori in PET TRASPARENTE AZZURRATO; - Contenitori in PET TRASPARENTE COLORATO;

9 - Contenitori in HDPE;

- Contenitori in PP (Imballaggi in Polipropilene);

- FIL/M in PP e PE (materiale bidimensionale e shoppers con dimensioni maggiori del formato A3);

- FIL/S in PP e PE (imballaggi flessibili con dimensioni minori del formato A3); - MPO (Imballaggi rigidi misti di Poliolefine).

Come sottoprodotti si ritrovano il PLASMIX, il PLASMIX FINE, l’INGOMBRANTE e le CASSETTE; inoltre c’è anche la separazione di piccole quantità di FERRO e ALLUMINIO che possono ritrovarsi nei flussi di raccolta monomateriale a causa degli errati conferimenti da parte dei cittadini.

Con questo elaborato si vuole analizzare l’impianto e la relativa efficienza di selezione delle plastiche. Durante lo svolgimento del tirocinio, sono stati raccolti ed analizzati i dati che hanno contribuito ed arricchito il materiale utilizzato nella realizzazione di questa tesi di laurea. Le prove di caratterizzazione e di valutazione dell’efficienza dell’impianto sono state concentrate in due momenti: la prima analisi è avvenuta agli inizi di settembre (5/09/2016 – 9/09/2016), mentre la seconda è stata effettuata ad ottobre (26/10/2016 – 28/10/2016). In queste due occasioni sono state svolte le prove di portata e le verifiche di purezza dei flussi di prodotto in uscita mediante due Indici (Indice di Purezza I.P. e Indice di Recupero I.R.) le cui espressioni sono state definite nell’ambito del collaudo. Per il calcolo dei suddetti indici è stato necessario svolgere l’analisi merceologica, facendo la cernita manuale di ogni campione nelle diverse frazioni individuate e pesando i rifiuti appartenenti alle differenti classi; in Figura 1 sono riportati gli Indici di Purezza rilevati durante la prima e la seconda prova di collaudo, rappresentanti le percentuali dei polimeri nei flussi di prodotto.

10 Figura 1 - I.P. della I e II Prova di Collaudo.

In seguito, attraverso lo studio del bilancio di massa, è stato possibile valutare i risultati anche dal punto di vista economico. La Figura 2 mostra il flusso del materiale alimentato in un anno e i flussi di massa di ogni frazione in uscita durante il processo di smistamento, compreso lo scarto formatosi. Questo ci ha fornito una descrizione quantitativa del materiale passante attraverso il sistema, dei volumi e delle rese di trasformazione. Considerando la portata dell’impianto (ton/ora), il numero di giorni lavorativi all’anno e le ore di funzionamento al giorno, si ottiene la stima della massa totale di materiale in ingresso all’impianto in un anno che è di circa 29456 tonnellate/anno, mentre i flussi in uscita ricavati e rappresentati nel grafico in Figura 2 raffigurano le quantità totali di prodotti e sottoprodotti che l’impianto genera.

91% 76% 83% 71% 79% 0% 68% 0% 0% 0% 0% 95% 84% 96% 79% 87% 74% 78% 65% 94% 90% 82% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

INDICI DI PUREZZA

11 Figura 2 -Bilancio di Massa annuale dell'impianto; con i = input, materiale in ingresso

12 Ciò ha permesso di constatare che del materiale totale in ingresso all’impianto, circa il 44,1% è rappresentato da PRODOTTI (2D,3D e MPO) pronti per essere inviati al recupero e circa il 32,5% è rappresentato da SOTTOPRODOTTI (ossia dal PLASMIX). Inoltre, grazie alla linea di separatori ottici destinati ai prodotti bidimensionali, risulta che circa il 42% di FIL/S in PP e PE in ingresso viene selezionato e successivamente recuperato. Attraverso osservazioni sul PET ritrovato erroneamente in altri flussi di prodotti e quindi “perso” e considerando che il ricircolo permette la ripresa di parte di esso, è stato possibile effettuare un bilancio finale del PET realmente “perso”, che corrisponde approssimativamente al 26,4% del PET totale in ingresso all’impianto.

Infine la gestione annuale dei materiali in ingresso e uscita dall’impianto è stata valutata dal punto di vista economico, attraverso un’analisi di costi e benefici che si rifà all’esperienza di esercizio dell’azienda STADLER, e non ai costi riferiti direttamente al Centro di Selezione Secondario analizzato. Il Bilancio Totale risulta dalla differenza tra i Ricavi e i Costi totali e si rivela positivo con un guadagno annuale di 681.489 €, corrispondente a 23 € per tonnellata trattata.

13

1. INTRODUZIONE

1.1 PANORAMICA DELLA GESTIONE DEI RIFIUTI

Storicamente parlando, i rifiuti solidi urbani (RSU) rappresentano una problematica relativamente recente. Nei paesi sviluppati, si può partire dal 1950-1960, quando l’aumento delle quantità e la complessità dei rifiuti sono state favorite dalla prosperità economica del dopoguerra, dall'espansione del settore petrolchimico e dalla diversificazione dei prodotti. La gestione dei rifiuti è divenuto un argomento importante nell'agenda politica solo nel tardo 1960, trainata principalmente dall’emergente tutela dell'ambiente e dalla comprensione degli impatti sociali, registrando un’enorme sviluppo multilaterale ed evolvendo ulteriormente oggi sotto un nuovo paradigma che chiede la gestione sostenibile delle risorse (Cimpan et al. 2015). Senza recupero e riciclaggio dei materiali, il cerchio della vita dei prodotti si ridurrebbe ad una serie di eventi senza una soluzione logica per la conservazione delle risorse, inducendo la trasformazione dei materiali potenzialmente utili in un pericolo per l'ambiente. Il recupero di materiali riciclabili, è stato affrontato fin dagli inizi in due modi molto diversi: (1) sulla base della separazione alla fonte (dalle singole utenze domestiche) e sul sistema di raccolta differenziata, e (2) con il recupero attraverso la lavorazione meccanica e smistamento dei rifiuti residui misti presso strutture di trattamento adeguate. In Europa, i primi tentativi di recuperare importanti risorse (materiali riciclabili, carburanti alternativi e compost) da rifiuti urbani non differenziati risalgono al 1970, con metodi che cercavano di basarsi sulle conoscenze dei minerali e sulle trasformazioni agricole. Nonostante gli sforzi per sviluppare la tecnologia specifica, in termini di qualità, il prodotto in uscita si è rivelato spesso inadatto per applicazioni di riciclo esistenti, rischiando di diffondere ulteriori sostanze pericolose nell'ambiente (ad esempio metalli pesanti nel compost). Questo ha incentivato la separazione monomateriale alla fonte e la raccolta differenziata come approccio più fattibile, sia tecnicamente che ecologicamente. Allo stesso modo, nei primi anni del 1990, molte comunità negli Stati Uniti hanno iniziato a sviluppare impianti di recupero per materiali misti di scarto; tuttavia, queste strutture ottengono bassi tassi di recupero dei materiali (Kessler Consulting Inc 2009). È nel1990 che la raccolta differenziata

14 ha davvero registrato un’enorme crescita sia inNord America che in Europa, includendo un range sempre più ampio di materiali e prodotti. Le limitazioni intrinseche di separazione alla fonte peròiniziavano ad essere evidenti, soprattutto per la bassa volontà dei cittadini a partecipare e per la crescente complessità e costi della raccolta differenziata, conformemente ad un numero crescente di frazioni monomateriale. La separazione di materiale misto in impianti appositi, quindi, è vista come un modo per ridurre la complessità delle raccolte e incentivare la partecipazione del pubblico. Di conseguenza, molti programmi di raccolta differenziata con flussi di materiali parzialmente misti si sono allora rapidamente diffusi, soprattutto nei paesi di lingua inglese (USEPA )e la raccolta dei rifiuti di imballaggio mistiè diventata di norma in Europa continentale. Ciò ha promosso, in più di due decenni, un grandissimo sviluppo tecnologico con un alto grado di complessità tecnica del settore e con processi sempre più standardizzati ed efficienti.

La raccolta differenziata delle plastiche ha diversi livelli di incidenza a seconda dei diversi Stati presi in considerazione; la qualità del materiale recuperato, infatti, varia significativamente in funzione delle indicazioni operative e delle politiche impartite dai gestori nazionali e locali, e dall’efficienza dei cittadini stessi. Così, accanto alla plastica di qualità immediatamente utile ai fini del riciclaggio di materiale, vengono anche raccolte ingenti quantità di plastiche che si ritrovano come residui alla fine dei processi di selezione meccanica dei materiali destinati al riciclaggio. A tali residui viene dato comunemente il nome di Plasmix e può essere suscettibile di recupero attraverso diverse forme di utilizzo (energetico, feedstock recycling). Uno sguardo più approfondito a riguardo, e in particolare alla situazione italiana, si ritrova nel “Rapporto Rifiuti 2008” a cura dell’ISPRA (ISPRA 2008) e nel “Rapporto Plasmix” effettuato da COREPLA (COREPLA 2010): la produzione annua di rifiuti urbani si è attestata nel 2007 a 32,5 milioni di tonnellate, valore analogo a quello del precedente anno, mentre la raccolta differenziata ha raggiunto, a livello nazionale, una percentuale pari al 27,5% della produzione totale dei rifiuti urbani; per quanto riguarda la quantità di imballaggi in plastica, invece, si è attestata nel 2007 a 484.300 ton (il 5,4% della Raccolta Differenziata). In base alle informazioni e agli studi del Consorzio COREPLA, appare che all’aumentare dei

15 quantitativi di raccolta differenziata, benché in valore assoluto aumentino i quantitativi di plastica riciclata, le percentuali relative di Plasmix e quindi di plastica non riciclata aumentino anch’esse considerevolmente. La spiegazione di questo fenomeno potrebbe ragionevolmente essere una delle seguenti:

- l’incremento della raccolta differenziata nel nord Italia è andato oltre un livello di utilità, in sostanza quindi l’incremento della raccolta differenziata sta portando a raccogliere del materiale che poi non è tecnicamente riciclabile almeno ad un primo livello di impianto di selezione;

- l’incremento della raccolta differenziata nel centro-sud Italia si sta avviando, ma procede con scarsi risultati in termini di riciclaggio poiché gli impianti di selezione non operano con gli stessi standard di qualità di quelli del nord Italia.

Tale osservazione, se confermata, porterebbe a delle importanti considerazioni relative al fatto che, rappresentando il Plasmix un costo di smaltimento per Corepla superiore o in linea a quello di smaltimento diretto degli RSU, la raccolta differenziata, spinta oltre un certo livello, comporterebbe una cosiddetta diseconomia di scala nonché uno svantaggio ambientale. Nel Rapporto Plasmix di COREPLA del 21 Ottobre 2010 (COREPLA 2010), sono stati analizzati inoltre i possibili destini e riusi del Plasmix; grazie alla sua composizione e al suo alto potere calorifico, esso si presta bene alle seguenti filiere:

1) Impiego del Plasmix in un inceneritore di rifiuti industriale: rappresenta il caso in cui il Plasmix potrebbe essere impiegato in sostituzione del metano in un forno a tamburo rotante che smaltisce rifiuti industriali;

2) Impiego del Plasmix in tre diversi tipi di termocombustore dedicati: rappresenta il caso in cui il Plasmix potrebbe essere impiegato in un termocombustore dedicato, analogamente a quanto avviene per il CDR, con rendimenti differenti a seconda delle configurazioni impiantistiche adottate;

3) Impiego del Plasmix in co-combustione con il carbone: rappresenta il caso in cui il Plasmix potrebbe essere impiegato in co-combustione in una centrale termoelettrica a carbone che per configurazione impiantistica e rendimento risulta analoga ad un termo combustore di ultima concezione ad alta efficienza;

4) Impiego del Plasmix in tre diversi tipi di termogassificatore dedicati: rappresenta il caso in cui il Plasmix potrebbe essere impiegato in un termogassificatore

16 dedicato, analogamente a quanto avviene per il CDR, con rendimenti differenti a seconda delle configurazioni impiantistiche adottate.

COREPLA, per effettuare lo studio sull’alternativa migliore dal punto di vista sia economico che ambientale, ha preparato un modello ad hoc di analisi economico-finanziario di tipo dinamico, attraverso un sistema di calcolo su Excel. Il modello chiude sempre e in ogni caso tutti i bilanci economici per cui il valore cumulato di cassa coincide con la somma dei flussi di cassa del rendiconto finanziario. L’analisi effettuata dimostra in particolare che è possibile impiegare il Plasmix in impianti di termocombustione dedicati di nuova generazione (combustione in sospensione, alte temperature e pressione del vapore surriscaldato prodotto) oppure in co-combustione con il carbone in impianti esistenti aventi in entrambi i casi rendimenti complessivi elettrici nel range 30-33% (COREPLA 2010).

1.2 TECNOLOGIE DI SMISTAMENTO E SELEZIONE

I ricercatori di tutto il mondo stanno esplorando attivamente le tecniche di selezione automatica dei rifiuti solidi urbani portando ad una grande varietà di tecnologie nella fase di smistamento automatizzato (Gundupalli, Hait, Thakur 2017). Le tecniche di selezione automatizzate possono essere classificate in due tipi: smistamento diretto e indiretto. Le tecniche di smistamento diretto utilizzano le proprietà intrinseche del materiale, come la suscettibilità magnetica, la conducibilità elettrica e la densità, per operare la separazione di materiali pesanti dai leggeri, applicando rispettivamente forze esterne come campi magnetici, correnti parassite e gravità. Lo smistamento indiretto, invece, utilizza sensori per rilevare la presenza e la posizione dei materiali riciclabili nei rifiuti in modo che le macchine automatizzate possano essere impiegate per ordinare e separare i materiali riciclabili identificati (Gundupalli, Hait, Thakur 2017).

Esempi di metodi diretti di smistamento sono:

- Pressa a Vite: le frazioni di rifiuti organici sono spremuti attraverso strette fessure con conseguente separazione delle frazioni morbide e umide di plastica, carta, legno, metallo (Bonifazi and Serranti 2006; Hansen et al. 2007; Jank et al. 2015);

17 - Trituratore con Magnete, Tamburo Magnetico, Puleggia con Testa Magnetica: permettono di separare frazioni ferrose da rifiuti misti non ferrosi e altre frazioni grazie all’applicazione di campi magnetici (Bonifazi and Serranti 2006; Hansen et al. 2007);

- Eddy Current Separator: separatore a tamburo rotante in linea con magneti in cui una miscela di frazioni di metalli non ferrosi viene trasportata verso il tamburo rotante tramite un sistema di trasporto (Bonifazi and Serranti 2006; Gaustad, Olivetti, Kirchain 2012);

- Separazione Tribo-elettrostatica: sistema utilizzato per l'ordinamento delle materie plastiche; il fenomeno fisico avviene per elettrificazione di contatto o elettrificazione per attrito;

- Idrociclone: utilizza la forza centrifuga per operare una separazione di materiali con densità differenti (Al-Salem, Lettieri, Baeyens 2009);

- Jigging: tecnica di selezione per concentrazione a gravità, dipendente da caratteristiche e forze fisiche quali galleggiabilità, resistenza, gravità e accelerazione. Il materiale è posto in un letto bagnato ed è scosso per indurre correnti verticali in acqua; ciò provoca il sollevamento delle particelle solide leggere e l’affondamento delle particelle solide più pesanti (Jacobi et al. 2007); - Froth Flottation: tecnica di flottazione che utilizza l'idrofobicità della plastica

affinché sia separata dal flusso dei rifiuti. I rifiuti vengono triturati in particelle fini utilizzando un processo di polverizzazione e mescolati poi con acqua (Fraunholcz 2004). Successivamente l'aria viene iniettata nella miscela provocando la formazione di schiuma sulla superficie della miscela acqua-rifiuti e la sospensione delle particelle di plastica che, a causa della loro idrofobicità, si attaccano alle bolle della schiuma così formata;

- Air Separator: viene utilizzato un ugello ad aria compressa per il recupero preliminare delle frazioni non metalliche leggere (ad esempio, polimeri, carta, schiuma, gomma, fibre, ecc.) (Bonifazi and Serranti 2006) .

Di maggiore importanza per lo studio di questa tesi sono invece i metodi di selezione indiretti in cui sono utilizzati dei sensori per la rilevazione di materiali riciclabili presenti

18 nei rifiuti in ingresso e grazie ai quali è possibile una successiva selezione (Gundupalli, Hait, Thakur 2017). Qui di seguito sono riassunte alcune tra le tecnologie più utilizzate ed emergenti:

- Laser Induced Breakdown Spectroscopy o LIBS (Noll et al. 2001): è una tecnica di analisi elementare che si basa sulla misurazione delle emissioni atomiche generate da una superficie del campione sottoposta a raggi laser; ciò porta ad un’ablazione del rifiuto, che genera pennacchi di plasma. La radiazione emessa viene catturata dallo spettrometro che legge e distingue le caratteristiche emissioni atomiche e consente una rapida analisi dei rifiuti sfusi con successivo riconoscimento dei materiali costituenti (Lasheras, Bello-Gálvez, Anzano 2010);

- X-ray transmission (XRT): tecnica basata sulla trasmissione di un fascio ad alta intensità di raggi X (Mesina, de Jong, Dalmijn 2007; Rahman et al. 2011). Quando i raggi X penetrano nel materiale, parte della loro energia viene assorbita, mentre il resto viene trasmesso attraverso un rivelatore in fondo; la radiazione rilevata può essere analizzata per fornire informazioni sulla densità atomica del materiale permettendo la sua identificazione;

- Selezione Ottica: tecnica che utilizza sensori (fotocamere) basati sull'identificazione delle frazioni di rifiuti attraverso segnali visivi/tattili come il colore, forme, consistenza e dimensione dei materiali;

- Spectral imaging based sorting: questa tecnologia combina sia il metodo di riflessione spettrale sia il metodo di elaborazione di immagini spettrali (Tatzer, Wolf, Panner 2005). Tra queste tecniche ricordiamo i NIR (Near Infrared Radation), VIS (Visual Image Spectroscopy) e HSI (Hyperspectral Imaging) (Bonifazi and Serranti 2006; Jansen, Feil, Pretz ; Serranti, Gargiulo, Bonifazi 2011). Un Hyperspectral Imager è simile ad uno spettrometro di laboratorio, che produce immagini in un intervallo continuo di bande, facilitando l'analisi spettroscopica dei dati. I nastri trasportatori conducono le frazioni di rifiuti sotto la stazione di monitoraggio, e la telecamera CCD spettrale apposita acquisisce i dati in continuo ad una frequenza fissa. Successivamente un algoritmo di classificazione viene applicato ai dati per effettuare la classificazione dei materiali; infine una serie di ugelli ad aria

19 compressa è montata all'estremità del nastro trasportatore e, a seconda del materiale, essi sono attivati per separare frazioni di rifiuti nei rispettivi contenitori (Gundupalli, Hait, Thakur 2017).

Figura 3 – a) “Hyperspectral Sorting Technique” consiste di una camera CCD che individua le particelle in base al loro spettro e suddivide le frazioni di rifiuti nei rispettivi contenitori utilizzando ugelli ad aria compressa. (b) La “Spectroscopic Sorting Technique” consiste di una camera CCD e di uno spettrometro NIR. (Gundupalli,

Hait, Thakur 2017)

Negli ultimi anni, è stata osservata una forte crescita nell'uso di materie plastiche in quasi ogni aspetto della vita moderna. Il recupero dei polimeri plastici come alternativa alla discarica e al loro incenerimento è una soluzione a questo problema. La loro identificazione e classificazione sono le prime fasi del riciclo dei rifiuti di plastica; quindi, sono necessarie attrezzature idonee per la rapida rilevazione dei diversi polimeri. Tra le tecnologie sopra descritte, i metodi indiretti di selezione sono quelli che meglio si prestano al riconoscimento dei polimeri plastici:

- Il recupero dei rifiuti in plastica può essere eseguito con la tecnologia LIBS; quando viene applicato a materiali plastici, è talvolta chiamato su LIPS (Laser Induced Plasma Spectroscopy). Gondal et al. (2007) hanno proposto un sistema basato LIBS in grado di identificare i vari polimeri come polietilene ad alta densità (HDPE), polietilene a bassa densità (LPDE), poli-propileni (PP), polistirolo (PS), poli (etilene tereftalato) (PET) e Poly (vinil cloruro) (PVC) sulla base del loro rapporto tra carbonio e idrogeno (C/H) (Anzano et al. 2008). La tecnica LIBS permette la rapida separazione delle materie plastiche, la non obbligatoria

20 preparazione del campione, il riconoscimento del polimero anche con piccoli campioni.

- Il recupero di frazioni di rifiuti di plastica può avvenire anche utilizzando tecniche XRF, ma questa tecnica è applicabile solo nel recupero del PVC da PET, PP, e altri polimeri. Il principio alla base tecnica dell’XRF è che i singoli atomi sono eccitati da una sorgente laser esterna provocando un’emissione di fotoni a raggi X (Gundupalli, Hait, Thakur 2017). Nel caso di un composto come un polimero della plastica, la corrispondente firma spettrale è una sovrapposizione delle firme spettrali degli elementi costitutivi che possono essere identificati utilizzando tecniche di acquisizione automatiche. Un approccio diversificato è rappresentato dalla tecnologia EDXRF (Energy Dispersive X-ray Fluorescence), che classifica le particelle di plastica attraverso rivelatori aggiunti alla matrice polimerica che aumentano la selettività di smistamento (Bezati et al. 2010) .

- Le tecnologie spettrometriche sono le più sviluppate nel riconoscimento dei polimeri della plastica; infatti, grazie all'interazione tra la luce e il campione, un unico insieme di lunghezze d'onda viene riflesso per ogni tipo di materiale plastico. Vari sensori come NIR, MIR e laser Raman sono utilizzati per leggere la firma spettrale riflessa dal materiale bersaglio. La tecnologia NIR è la tecnica più importante nell’identificazione della plastica ed è stato oggetto di grande sviluppo. In alcuni casi, la tecnologia "LIPS" (sopra esposta) può essere utilizzata per integrare i risultati ottenuti con i NIR.(Lasheras, Bello-Gálvez, Anzano 2010).

1.3 SISTEMI DI GESTIONE ED IMPIANTI ESISTENTI

Al giorno d'oggi, i sistemi di separazione presenti negli impianti di smistamento di flussi di materiali da imballaggio e di MBT, svolgono un ruolo fondamentale nei nostri sistemi di gestione dei rifiuti e recupero dei materiali. In Europa, diverse opzioni sono state analizzate come possibili soluzioni per raggiungere gli obiettivi di riciclaggio previsti, ma con potenzialità di trattamento ancora insufficienti (ad esempio il Regno Unito, Grecia, Polonia e altri paesi dell'Europa orientale); anche Paesi con un sistemi di gestione di rifiuti integrati autonomi come la Danimarca, la Norvegia e Paesi Bassi, stanno riconfigurando

21 le proprie tecniche per ottenere rendimenti di riciclaggio più elevati, ottimizzando i benefici ambientali. Generalmente le tecnologie utilizzate sono divise in (Cimpan et al. 2015):

- sistemi di selezione e recupero di materiali riciclabili da raccolta differenziata e flussi monomateriale;

- sistemi di recupero di materiali riciclabili da rifiuti urbani misti e non differenziati. Negli Stati Uniti, alcuni sistemi all'avanguardia per la selezione di materiali riciclabili misti hanno iniziato a svilupparsi alla fine del 1980, come ad esempio un impianto situato a Springfield (Massachusetts), in grado di separare vetro, metalli e carta (Combs 1990). L'EPA ha stimato che nel 2011, circa 633 MRF (Materials Recovery Facilities) operavano negli Stati Uniti, con una capacità annuale di trattamento di 25 - 30 milioni di tonnellate di materiali riciclabili provenienti da rifiuti urbani (USEPA 2011). Altre indagini, invece, confermano che anche nel Regno Unito il numero totale di impianti di selezione e smistamento è in aumento: sono stati individuati 61 impianti nel 2006 e 93 impianti nel 2009 (WRAP 2006; WRAP 2009). L'Agenzia francese Ambiente ed Energy Management (ADEME) ha pubblicato nel 2013 un rapporto dettagliato sullo stato degli impianti di smistamento per i materiali riciclabili da raccolta mista (Cabaret and Follet 2013) affermando che in Francia sono operativi 253 impianti, permettendo un trattamento di circa 2,9 milioni di tonnellate di materiali riciclabili da raccolta differenziata, il 72% dei quali provengono da raccolta a flusso singolo (in cui tutti i materiali riciclabili, ossia la carta, il cartone, le bottiglie di plastica e contenitori, l’alluminio e l’acciaio, il vetro, sono raccolti in un unico flusso) e il 23% dalla raccolta dual-stream (in cui i materiali riciclabili sono tenuti separati in due categorie: (1) carta e cartone e (2) in plastica, metallo e vetro). Un ulteriore approfondimento sul livello tecnologico afferma che il 45% di tutti i composti sono trattati in impianti automatizzati di smistamento e selezione delle plastiche, il 13% dei quali sono dotati inoltre di sensori ottici (Cabaret and Follet 2013). In Italia, grazie ai dati resi disponibili da COREPLA, si evince che nel 2015 circa 7280 comuni facevano parte al consorzio per la gestione della raccolta differenziata e, ad oggi, 32 centri di selezione secondari per gli imballaggi in plastica sono attivi su tutto il territorio nazionale; la modalità di lavorazione è automatica per circa l’85% del materiale,

22 grazie a detettori ottici, mentre la selezione manuale riguarda meno del 15% dei quantitativi processati. Ma probabilmente la tecnologia utilizzata nei sistemi di selezione ha avuto il maggiore sviluppo in Germania: prima del 2000 infatti operavano circa 250 impianti di selezione di materiali di imballaggio, con la prima applicazione della tecnologia dei sensori per il riconoscimento di materie plastiche nel 1999, in un impianto a Trier (Christiani 2009).

Anche se è stato fatto qualche progresso verso la standardizzazione, c'è comunque una grande variabilità nelle configurazioni di processo e di impianto a causa delle differenze tra composizioni dei rifiuti affluenti, dimensioni degli impianti, disponibilità di lavoro manuale e quadri normativi.

Se la sfida storica degli impianti che trattano flussi misti unici è quella di un’efficiente ed accurata separazione delle “fibre” (e quindi carta e cartone) dai “contenitori” (e quindi plastica, vetro, ecc.), con gli impianti specializzati nella selezione e separazione di materiali di imballaggio in plastica si cerca proprio di risolvere questa difficoltà. La selezione dei rifiuti da imballaggi in plastica implica una complessa catena di attività che in genere comporta tre fasi (Michael Jansen, Ulphard Thoden van Velzen, Thomas Pretz 2015): la prima fase è la raccolta differenziata a partire dalle abitazioni e il recupero degli imballaggi in plastica dai rifiuti urbani misti, poi c’è lo smistamento e la selezione meccanica nei diversi polimeri ed infine, si arriva alle materie prime recuperate. Lo smistamento automatico dei rifiuti di imballaggi in plastica è un'attività di business emergente in Europa; alcuni Stati membri hanno iniziato la loro raccolta, selezione e il loro riciclaggio più di venti anni fa, altri hanno iniziato queste attività solo di recente ed altri non hanno ancora avviato una gestione di questo tipo. Inoltre, i progressi avuti nella tecnologia della selezione, come l'introduzione di macchine di smistamento NIR (Near Infrared) sempre più avanzate, hanno cambiato i processi di selezione e migliorato la qualità dei prodotti, estendendo anche le opzioni di processo disponibili (variazioni in capacità portante annuale, schema di processo, configurazioni di smistamento, macchinari utilizzati) (Michael Jansen, Ulphard Thoden van Velzen, Thomas Pretz 2015). Grazie, quindi, alle tecniche e alle prassi ormai consolidate nella selezione dei polimeri plastici, gli impianti possono avere fino a un totale di 20 NIR (Near Infrared). Alcuni di

23 questi impianti utilizzano apparecchiature di rilevamento aggiuntive utili per il controllo del processo; a questo scopo, sono utilizzati dispositivi di misura ad ultrasuoni o portata in volume (VIS-fotocamera), che aiutano l'operatore dell'impianto a reagire ai cambiamenti del flusso volumetrico circolante nell'impianto. Nonostante l'elevato livello di automazione però, deve essere sempre presente con un certo controllo manuale della qualità, al fine di correggere gli errori di selezione sistematici e realizzare un’attività di raffinazione prima che i prodotti siano pronti per il mercato (Bünemann et al. 2011; Christiani 2009).

1.4 SCOPO DELLO STUDIO

Lo stato dell’arte, ad oggi, è ricco di descrizioni riguardo le tecnologie e i processi dedicati alla cernita e al trattamento del residuo solido urbano; ma, dal momento che la selezione dei soli imballaggi in plastica è un’operazione abbastanza recente, ci sono poche pubblicazioni scientifiche al riguardo.

Con questo studio quindi si vuole analizzare un impianto di selezione di soli rifiuti di imballaggi in plastica e calcolare i rendimenti di separazione della tecnologia NIR dei rifiuti nelle categorie più comuni di polimeri. È stato dimostrato, infatti, che la selezione dei rifiuti di imballaggio in plastica è soggetta a molte variazioni a causa di variabili quali la composizione merceologica del materiale in ingresso, la portata di smistamento dell’intero impianto, la distribuzione del materiale sui nastri, la presenza di oggetti idonei al riconoscimento ottico ma non idonei al riciclaggio e la concentrazione di imballaggi flessibili (FIL/S e FILM) nel materiale in ingresso. Questo elaborato mira quindi a fornire una descrizione ed uno studio del primo impianto di Selezione Plastica del circuito COREPLA munito di due linee di Separatori Ottici: una per i materiali tridimensionali (contenitori rigidi per liquidi ed alimenti) ed una per materiali bidimensionali (FILM e FIL/S), cercando di facilitare la comprensione dei vari fattori che possono influenzare le rese dei macchinari coinvolti nei processi di smistamento.

2. IL SISTEMA ITALIANO

2.1 CONAI

CONAI, Consorzio Nazionale Imballaggi, è un Consorzio privato che opera senza fini di lucro e costituisce la risposta delle imprese private ad un problema di interesse collettivo, ossia quello ambientale. Il Sistema Consortile, al quale aderiscono oltre 1.000.000 imprese produttrici e utilizzatrici di imballaggi, è nato sulla base del Decreto Ronchi del 1997 ed ha segnato il passaggio da un sistema di gestione basato sulla discarica ad un sistema integrato, che si basa sulla prevenzione, sul recupero e sul riciclo dei sei materiali da imballaggio: acciaio, alluminio, carta, legno, plastica e vetro. Il Dlgs. 22/97 (appunto il Decreto Ronchi) ha attribuito al sistema consortile il compito di assicurare il raggiungimento degli obiettivi globali di riciclo e recupero degli imballaggi sull’intero territorio nazionale attraverso l’Accordo Quadro ANCI-CONAI. Con questo strumento, il sistema consortile ripartisce il corrispettivo per i maggiori oneri della raccolta differenziata, gli oneri per il riciclaggio e per il recupero dei rifiuti di imballaggio conferiti al servizio pubblico tra i produttori e gli utilizzatori “in proporzione alla quantità totale, al peso ed alla tipologia del materiale di imballaggio immessi sul mercato nazionale, al netto delle quantità di imballaggi usati nell'anno precedente per ciascuna tipologia di materiale”. Le convenzioni dell’Accordo quadro sono una possibilità per i Comuni, non un obbligo, in virtù del carattere sussidiario proprio del sistema consortile e delle caratteristiche dell’Accordo Quadro stesso. Aderendo al CONAI, il produttore/utilizzatore è tenuto a versare il Contributo Ambientale CONAI (CAC), che rappresenta la forma di finanziamento attraverso la quale CONAI suddivide tra produttori e utilizzatori il costo per gli oneri della raccolta, del riciclaggio e del recupero dei rifiuti di imballaggi. Di essa, CONAI ne trattiene una minima parte per lo svolgimento delle funzioni, mentre una parte rilevante viene trasferita ai Consorzi di Filiera i quali, a loro volta, nel rispetto di quanto previsto dall’Accordo quadro ANCI-CONAI, riconoscono ai Comuni convenzionati i corrispettivi economici per la copertura dei maggiori oneri derivanti dalla raccolta differenziata degli imballaggi.Operativamente, ciascun Comune con raccolta differenziata dei rifiuti di imballaggio di un materiale attiva, sottoscrivendo

25 la relativa convenzione, si impegna a conferire i rifiuti di imballaggio al Consorzio di Filiera; parallelamente, il Consorzio di Filiera si impegna a ritirare il materiale e garantirne il successivo avvio a riciclo e, inoltre, a garantire il riconoscimento di corrispettivi, variabili in funzione della quantità e della qualità del materiale conferitogli.

Figura 4 - Funzionamento CONAI

2.1.1 I Consorzi

CONAI si suddivide in 6 Consorzi. Essi garantiscono il ritiro, la lavorazione e la consegna al riciclatore finale (un singolo impianto o un intermediario accreditato) dei rifiuti di imballaggio di acciaio, alluminio, carta, legno, plastica e vetro raccolti in modo differenziato. Compito di ciascun Consorzio è dunque quello di coordinare, organizzare e incrementare:

- il ritiro dei rifiuti di imballaggi conferiti al servizio pubblico;

- la raccolta dei rifiuti di imballaggi delle imprese industriali e commerciali; - il riciclo e il recupero dei rifiuti di imballaggio;

26 - la promozione della ricerca e dell’innovazione tecnologica finalizzata al recupero

e riciclaggio.

Brevemente, i Consorzi sono:

• Ricrea: Consorzio che si preoccupa di assicurare il riciclo degli imballaggi in acciaio quali barattoli, scatolette, tappi, fusti, lattine e bombolette provenienti dalla raccolta differenziata organizzata dai comuni italiani. Nel 2013 Ricrea ha avviato al riciclo 320.231 tonnellate di imballaggi in acciaio, pari al 73,6% dell’immesso al consumo, coinvolgendo 5.828 comuni e oltre 47 milioni di cittadini italiani.

• CiAl: Consorzio a cui partecipano produttori e utilizzatori di imballaggi in alluminio, per ridurre e recuperare gli imballaggi, conciliando le esigenze di mercato con quelle di tutela dell’ambiente. Nell’ultimo anno, attraverso gli accordi stretti con oltre 5.400 Comuni italiani, e il coinvolgimento di 44 milioni di cittadini, il Consorzio ha recuperato il 70,3% degli imballaggi in alluminio immessi sul mercato nazionale;

• Comieco: Consorzio per il recupero e riciclo di carta e cartone che raggruppa le aziende della filiera cartaria e cartotecnica nazionale, tra produttori, trasformatori e recuperatori. Dal 1998 al 2013, grazie allo sviluppo delle raccolte differenziate urbane di carta e cartone, la percentuale di riciclo in Italia è passata dal 37% all’86%: 4 imballaggi cellulosici su 5 vengono oggi avviati a riciclo;

• Rilegno: Consorzio che ha il compito di recuperare i rifiuti di imballaggio di legno e raggruppa tutti i produttori della categoria, dai fornitori di materiali per l’imballaggio ai fabbricanti di imballaggi ortofrutticoli, di pallet e di imballaggi industriali, fino alle imprese di riciclo degli imballaggi di legno. Ogni anno, grazie al lavoro di Rilegno si ricicla oltre 1.400.000 tonnellate di rifiuti di imballaggio. • Coreve: Consorzio nazionale responsabile del riciclo e del recupero dei rifiuti

d’imballaggio in vetro prodotti sul territorio nazionale. Fanno parte del Consorzio tutte le imprese produttrici d’imballaggi in vetro e gli importatori, sia imbottigliatori che grossisti.

• Corepla: Consorzio nazionale per la raccolta, il riciclaggio e il recupero dei rifiuti di imballaggi in plastica, a cui partecipa l’intera filiera industriale: produttori e

27 trasformatori di materie plastiche per la fabbricazione di imballaggi, nonché, su base del tutto volontaria, imprese utilizzatrici e recuperatori/riciclatori di rifiuti di imballaggi in plastica. Grazie a Corepla, oggi la raccolta differenziata degli imballaggi in plastica è una realtà in più del 90% dei comuni italiani e permette di avviare a riciclo e recupero quasi 770.000 tonnellate di materiale.

2.1.2 Chi aderisce a CONAI

In base alla normativa vigente (art. 221 del D.lgs. 152/2006), le aziende produttrici ed utilizzatrici sono responsabili della corretta ed efficace gestione ambientale degli imballaggi e dei rifiuti di imballaggio generati dal consumo dei propri prodotti e per questo partecipano al Consorzio Nazionale Imballaggi. Per produttori si intendono i produttori e importatori di materie prime destinate a imballaggi, i produttori-trasformatori e importatori di semilavorati destinati a imballaggi, i produttori di imballaggi vuoti, gli importatori-rivenditori di imballaggi vuoti. Per utilizzatori si intendono invece gli acquirenti-riempitori di imballaggi vuoti, gli importatori di “imballaggi pieni” (cioè di merci imballate), gli autoproduttori (che producono/riparano imballaggi per confezionare le proprie merci), i commercianti di imballaggi pieni (acquirenti-rivenditori di merci imballate), i commercianti di imballaggi vuoti (che acquistano in Italia e rivendono questi imballaggi senza effettuarne alcuna trasformazione). La competenza dei controlli sulla mancata adesione a CONAI e ai Consorzi di Filiera e dell’eventuale riscossione della sanzione amministrativa pecuniaria spetta alle Province. L’articolo 261, comma 1, D.lgs. 152/06 dispone che i Produttori e gli Utilizzatori che non adempiano ai loro obblighi, sono puniti con la sanzione amministrativa pecuniaria da 10.000 a 60.000 Euro. A CONAI dovrà comunque essere corrisposta la quota di adesione e versati gli eventuali contributi pregressi.

2.1.3 Accordo Quadro ANCI-CONAI

L’Accordo Quadro tra CONAI e ANCI (Associazione Nazionale Comuni d’Italia) è lo strumento, previsto dal Decreto Ronchi del 1997 e poi rinnovato dal D.lgs. 152/06, attraverso il quale il sistema consortile garantisce ai Comuni italiani la copertura dei

28 maggiori oneri sostenuti per fare la raccolta differenziata dei rifiuti di imballaggi. L’Accordo è costituito da una parte generale che riporta i principi e le modalità applicative generali, e da sei Allegati Tecnici, uno per ogni materiale, che disciplinano le convenzioni che ciascun Comune, direttamente o tramite un soggetto terzo, può sottoscrivere con ciascun Consorzio di Filiera. L'Accordo ha durata di 5 anni e l’ultimo è stato rinnovato nel 2014; esso determina, quindi, con gli appositi allegati tecnici per ciascun materiale di imballaggio, le specifiche condizioni di conferimento e i corrispettivi unitari in base al livello qualitativo riscontrato (ossia la presenza percentuale di frazioni diverse da quella di competenza). I corrispettivi non sono riferiti al valore di mercato del materiale, ma ai costi medi predefiniti per effettuarne la raccolta differenziata. Nel seguito di questa tesi, ci sarà un approfondimento esclusivamente sull’Allegato Tecnico Imballaggi in Plastica e sui punti qualificanti l’accordo.

2.1.4 Contributo ambientale CONAI (CAC)

Il Contributo Ambientale CONAI, stabilito per ciascuna tipologia di materiale di imballaggio, rappresenta la forma di finanziamento attraverso la quale CONAI ripartisce tra produttori e utilizzatori il costo per i maggiori oneri della raccolta differenziata, per il riciclaggio e per il recupero dei rifiuti di imballaggi. Tali costi, sulla base di quanto previsto dal D.lgs. 152/06, vengono ripartiti “in proporzione alla quantità totale, al peso e alla tipologia del materiale di imballaggio immessi sul mercato nazionale”.

L’entità del Contributo Ambientale per materiale è riportato in Tabella 1: Tabella 1 - Entità CAC per materiale, (sito CONAI). Acciaio 13,00 euro/ton (dal 1° ottobre 2015) Alluminio 45,00 euro/ton

Carta 4,00 euro/ton

Legno 7,00 euro/ton (dal 1° aprile 2015) Plastica 188,00 euro/ton (dal 1°gennaio 2015) Vetro 17,30 euro/ton (dal 1° gennaio 2016)

Le norme consortili prevedono che le somme dovute da tutti i Consorziati, Produttori e Utilizzatori, siano sempre prelevate, sulla base di una specifica indicazione in fattura

29 dell’ammontare dovuto sulla base del peso e della tipologia del materiale di imballaggio oggetto della prima cessione. Per prima cessione si intende il trasferimento, anche temporaneo e a qualunque titolo, nel territorio nazionale dell’imballaggio finito effettuato dall’“ultimo produttore” al “primo utilizzatore”, e del materiale di imballaggio effettuato da un “produttore di materia prima (o di semilavorati)” ad un “autoproduttore” che gli risulti o si dichiari tale. Inoltre le stesse norme prevedono che i materiali di imballaggio e gli imballaggi importati dall’estero siano soggetti al Contributo Ambientale in quanto il loro utilizzo darà luogo a rifiuti sul territorio nazionale.

2.2 COREPLA

2.2.1. Scopi del Consorzio

Corepla è il Consorzio Nazionale per la Raccolta, il Riciclaggio ed il Recupero degli Imballaggi in Plastica. È stato costituito nel novembre del 1997 ai sensi del d.lgs. 22/97, subentrando al cessato Consorzio Re-Plastic, che si occupava dei soli contenitori per liquidi, ai sensi della direttiva europea 94/62 sugli imballaggi e i rifiuti di imballaggi nei diversi materiali. Il Consorzio è ora regolato dal Decreto Legislativo 152/06. È un soggetto di diritto privato senza scopo di lucro, con finalità di carattere sociale, finanziato da:

- il Contributo Ambientale CONAI (CAC) imposto sugli imballaggi immessi nel mercato nazionale (prodotti in Italia o importati sia vuoti che pieni), determinato e gestito dalle Imprese tramite lo stesso CONAI, quindi del tutto estraneo alla fiscalità pubblica;

- gli introiti delle vendite dei rifiuti valorizzati a valle della raccolta differenziata. Contava, ad inizio 2013, 2.648 imprese consorziate, appartenenti all'intera filiera degli imballaggi in plastica. Esse sono suddivise in Categorie in base all’utilizzo, alla produzione e all’importazione degli imballaggi in plastica (per le categorie C e D la partecipazione è del tutto volontaria):

• Categoria A: imprese produttrici o importatrici di materia prima per la produzione di imballaggi in plastica;