Pirolisi - una tecnologia “emergente”
per il trattamento dei rifiuti in plastica
Riccardo Tuffi - ENEA
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2 N E X T G E N E R A T I O N C O M P O S I T E M A T E R I A L S
Produzione mondiale e settori di impiego
PE – 29,7%
PP – 19,3%
PVC – 10%
LDPE – 17,5%
HDPE – 12,2%
OBIETTIVI PER MATERIALE:
IMBALLAGGI 2025
• 50% plastica
• 25% legno
• 70% metalli ferrosi
• 50% alluminio
• 70 %vetro
• 75% carta e cartone
2030 55% plastica
30% legno
80% metalli ferrosi 60% alluminio 75 %vetro
86% carta e cartone
DIRETTIVA (UE) 2018/852 DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO del 30 maggio 2018 che modifica la direttiva 94/62/CE sugli imballaggi e i rifiuti di imballaggio
In Italia nel 2018 gli imballaggi in plastica avviati al riciclo sono stati il 45% (pari a 1,02 Mt) dell’immesso al consumo.
40% HDPE
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Migliorare il tasso di riciclo della plastica non è semplice (I):
• Estrema eterogeneità delle plastiche presenti
• Contaminazione e presenza di additivi
Es.: ritardanti di fiamma bromurati nelle AEE
Es.: residui di cibo, carta, alluminio…
Migliorare il tasso di riciclo della plastica non è semplice (II):
• Difficoltà nel trovare un mercato ai prodotti del riciclo
Nel 2014 in Europa circa il 13% del totale di plastica da imballaggio destinata al riciclaggio sia arrivato al mercato degli European Converter, mentre un 30% è stato esportato, senza informazioni sul destino finale.
• Grandi volumi per piccoli pesi
300 incendi negli impianti di deposito rifiuti in plastica nel 2017-2018
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ASTM D5033-00 - Standard Guide for Development of ASTM Standards Relating to
Recycling and Use of Recycled Plastics
Pirolisi: processo di decomposizione termochimica di materiali organici in completa assenza di agenti ossidanti
Utilizzata fin dagli antichi egizi per la produzione di carbone di legna
200-300°C
6-10 giorni
Utilizzi:
• Combustibile o Cottura
o Lavorazione metalli o Lavorazione vetro
• Polvere nera
• Materiale adsorbente
Dal 1997 13.729 articoli sulla pirolisi di
rifiuti in plastica
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8 N E X T G E N E R A T I O N C O M P O S I T E M A T E R I A L S
C C C C C Q
350-800 °C Catena polimerica
C C
Monomeri, Frammenti di catena polimerica, Prodotti di reazioni secondarie N
2Rifiuti in plastica
5-30 %p/p
5-20 %p/p 40-90 %p/p
• Parametri di processo
• Carica in ingresso
• Tipologia di reattore
• Presenza di catalizzatori
Vantaggi della pirolisi:
Bassa qualità della carica in ingresso rispetto al riciclo meccanico
o miscugli di plastiche eterogenee che non è possibile, tecnologicamente o economicamente, separare ulteriormente;
o plastiche laminate e composite impossibili da separare nelle varie componenti;
o plastiche «invecchiate», le cui proprietà fisiche sono state compromesse dall’esposizione ad agenti chimici o atmosferici;
o plastiche contaminate da alimenti, terra, carta, metalli, ecc.
Tutti i prodotti di reazione sono potenzialmente sfruttabili come fuel o chemicals
Riciclo infinito delle materie plastiche
Ridotti volumi di gas e assenza di emissioni (diffuse?)
Riduzione gas serra e materie prime vergini
Modularità e capacità impiantistica
Recupero metalli non ossidati
Assenza/riduzione diossine
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Criticità della pirolisi:
Bassa qualità della carica in ingresso si riflette sulla qualità finale dei prodotti
Necessità di avere un rifornimento costante sia qualitativamente che quantitativamente
Olio costituito da una miscela complessa da cui è difficile separare sostanze inquinanti e componenti di interesse
Destino finale dei prodotti ottenuti
Processo endotermico
Costo e gestione catalizzatori
Difficoltà di caricamento e scelta della configurazione impiantistica
Accettabilità sociale e politica
Ostacoli legislativi ai prodotti ottenuti
Blend PC/ABS + BFR da RAEE R4
400 °C, N 2
• Monoaromatici:
• Benzene,
• Stirene,
• Toluene, ….
• Fenolo
• Composti azotati
• Composti bromurati
• Composti ossigenati
• Composti policiclici aromatici
Integrazione con impianti chimici e
petrolchimici
Pirolisi e industria I
In Italia accordo Corepla/Eni su gassificazione e pirolisi del plasmix
Basf e Quantafuel: impianto da 16 kt in Danimarca
Produzione commerciale di PE da rifiuti plastici misti
BP Infinia riciclo chimico di PET
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Pirolisi e industria II
Produzione di metilmetacrilato di seconda generazione da PMMA Progettazione di un impianto negli Stati Uniti per il
riciclo chimico del polistirene
in costruzione uno small-scale pilot facility a Ferrara per la pirolisi di rifiuti in plastica
Cosa chiede l’industria:
Processo Pyrolyx per la produzione di carbon black da pirolisi di PFU
• Stimolare l'innovazione e gli investimenti
• Certificazione della sostenibilità dei prodotti
• Standard sulla qualità dei rifiuti da trattare
• Accesso alla materia prima
• Quadro regolatorio favorevole
Attività di ricerca ENEA nel campo della pirolisi I
Upgrading di olio di pirolisi prodotto da plastica RAEE
Sintesi, caratterizzazione e performance di catalizzatori da rifiuti
• Pirolisi catalitica
• Idrogenazione
• Distillazione Coal Fly Ash Red Mud
Zeolite Faujasitica
Processi idrotermali
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Attività di ricerca ENEA pirolisi termoindurenti I
Microchip da schede elettroniche sottoposte a trattamento di
idrometallurgico
Residuo solido da pirolisi a 500 °C
Frazioni separate dopo la frantumazione
Facilmente frantumabile
RESIDUO NON METALLICO
RECUPERO DI MATERIA
METALLI
14
Prima della pirolisi Metallo
(%)
Residuo non metallico
(%)
Olio (%)
Gas (%)
10.2 77.3 8.4 4.2
I metalli recuperati
Metallo
%wt rispetto al peso dei metalli recuperati dopo
pirolisi
Ag 0,12
Al 0,01
Au 0,03
Cr 0,02
Cu 43,32
Fe 16,93
Mn 0,22
Ni 11,41
Pb 0,34
Si 0,033
Sn 0,02
Attività di ricerca ENEA pirolisi termoindurenti II
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COMPOSIZIONE CENERI Contenuto (%)
Si 87.65
Sb 6.95
Bi 2.6
Al 0.93
Cu 0.43
Residuo carbonioso
Wafer di silicio
T di pirolisi
(°C)
N (%)
C (%)
H (%)
Umidità (%)
Solidi volatili
(%)
Carbonio Fisso
(%)
Ceneri
(%) PCI (MJ/kg)
500 0.13 ± 0.04 11.5 ± 0.6 0.44 ± 0.06 1.80 10.6 20.1 67.5 4
RECUPERO DI MATERIA Residuo non metallico
Attività di ricerca ENEA pirolisi termoindurenti III
T di pirolisi
(°C) H
2CO CH
4C
2H
4C
2H
6CO
2PCI
(MJ/kg)
500 n.d. 46% 26% 1% 4% 24% 19.60
Gas
Olio
PCI = 29 MJ/kg
N (%)
C (%)
H (%)
S (%)
Composizione elementare
Attività di ricerca ENEA pirolisi termoindurenti IV
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