IMPATTI AMBIENTALI NELLA GESTIONE DEI MATERIALI POST CONSUMO

 

Federico Valerio, Giovanni Vantaggi

 

INTRODUZIONE

 

Una moderna gestione dei Materiali Post Consumo (MPC) prevede la realizzazione di una sequenza di scelte operative, secondo una gerarchia ben consolidata: ridurre, riusare, riciclare, recuperare energia, stoccaggio, discarica. Ognuna di queste fasi studiata con Analisi di Cicli di Vita (Life Cycle Analysis) produce effetti sulla qualità dell’ambiente, sia in termini di emissioni di composti tossici e pericolosi nei diversi comparti ambientali , come pure in termini di evitate emissioni.

Analogamente i bilanci energetici di ognuna di queste scelte possono essere di diversa entità in base alla quantità di energia utilizzata e/o prodotta dal processo preso in considerazione.

Questi aspetti, in particolare gli impatti ambientali di ciascuna scelta e delle principali tecnologie ad esse associate, saranno l’oggetto di questa rassegna bibliografica che in particolare esaminerà gli studi in cui si sono messi a confronto gli impatti ambientali del riciclo, dell’incenerimento, dei Trattamenti Meccanico Biologici (TMB). Un capitolo sarà dedicato all’impatto ambientale delle tecniche di trattamento biologico delle frazioni umide e dell’uso di Combustibile Da Rifiuto (CDR) in centrali termoelettriche e cementifici.

 

Riciclaggio o incenerimento? Come fare confronti corretti.

Nella gestione dei MPC quale, tra le scelte possibili, è quella che garantisce una minore emissione nell’ambiente di sostanze tossiche?

Ovviamente, affinché questo confronto sia corretto, i parametri di riferimento devono essere tra loro omogenei.

A questo riguardo, molte delle referenze che citeremo confrontano i diversi scenari possibili in base ad Analisi del Ciclo di Vita (1) dei materiali e dei prodotti.

In sintesi, queste analisi non si limitano alla sola fase finale dello smaltimento, ad esempio valutando le emissioni prodotte dalla messa a discarica o dall’incenerimento, ma analizzano gli effetti sull’intero ciclo di vita del prodotto “smaltito” ed in particolare gli effetti globalmente indotti dalla tecnologia scelta per la chiusura del ciclo del prodotto.

Ad esempio, se un determinato scarto (un giornale o una bottiglia di plastica) viene incenerito e il calore prodotto è usato per produrre elettricità e acqua calda il corrispondente bilancio ambientale tiene correttamente conto (in positivo) dell’inquinamento evitato, ovvero l’inquinamento associato alla produzione della stessa quantità di energia elettrica con l’uso di una fonte energetica convenzionale (petrolio, carbone).

Tuttavia, se quel giornale o quella bottiglia di plastica erano nelle condizioni di poter essere riciclati, nel bilancio ambientale si deve anche mettere in conto (in negativo) che la degradazione termica di quel determinato oggetto in carta o in plastica riciclabile, obbliga a produrre quello stesso oggetto a partire dalle materie prime vergini.

Ciò comporta, l’estrazione, il trasporto e la lavorazione di queste materie prime, fino alla produzione di nuova carta da giornale o di una nuova bottiglia in plastica. E ovviamente questo nuovo ciclo produttivo obbligato, richiede consumi di energia e provoca l’emissioni di inquinanti nell’ambiente. Un bilancio negativo che si deve sommare algebricamente al bilancio positivo del recupero energetico dell’incenerimento.

Dal canto suo, il bilancio ambientale di una scelta basata sul riciclaggio di un determinato MPC (lo stesso giornale e la stessa bottiglia dell’esempio precedente) deve contare (in negativo) gli effetti ambientali ed energetici del trasporto e del riciclo, ma deve altresì tener conto, come in precedenza evidenziato, dell’evitata estrazione e lavorazione delle materie prime, conseguenza della scelta di dare nuova vita a quel giornale e a quella bottiglia, riutilizzando carta e plastica “usata”.

Nel Maggio del 2004, la PROFU, società di consulenza svedese, presentava la versione finale di un proprio studio (2) commissionato dalla Confederazione Europea dei Gestori di Inceneritori con Recupero Energetico (CEWEP).

Questo studio, impostato su criteri di rassegna bibliografica, ha esaminato circa 70 studi riguardanti valutazioni di impatto ambientale attribuito, oltre che all’incenerimento con recupero di energia, ad altri sistemi di trattamento dei rifiuti, in particolare:

*riciclaggio di carta e plastica

*compostaggio

*digestione anaerobica

*discarica

Gli impatti ambientali messi a confronto hanno riguardato l’emissione di gas serra, l’induzione di fenomeni di acidificazione e di eutrofizzazione di acque, induzione di fenomeni di smog fotochimico ed infine l’emissione nell’ambiente di composti tossici.

Di seguito sono riportate le conclusioni formulate dalla società PROFU:

-      La discarica è la peggiore opzione

- Il riciclo dei materiali, l’incenerimento dei rifiuti, e i trattamenti biologici sono opzioni complementari e tutte queste opzioni devono trovare maggiori utilizzi per sostituire il sistema di smaltimento oggi più diffuso in Europa: la discarica

1. -Per raggiungere i migliori risultati per la tutela dell’ambiente nel caso del ricorso al riciclaggio e al trattamento di materiali organici con elevato potere termico, l’incenerimento è necessario per trattare gli scarti delle operazioni di pretrattamento, e lavorazione delle riciclerie e degli impianti di trattamento biologico.
   

2. - Le scelte migliori dipendono anche dalle condizioni locali ad esempio: disponibilità di un mercato per i materiali riciclati, disponibilità di terreni agricoli poveri di humus, possibilità di realizzare forme di teleriscaldamento.
   

-   Per frazioni merceologiche ben separate in grado di ottenere materiali puliti, il riciclaggio produce un minore impatto ambientale rispetto all’incenerimento.

1. -Nel caso di rifiuti biodegradabili, la scelta tra incenerimento, compostaggio e digestione anaerobica non è ovvia.
   

2. -
   

Il penultimo punto, a nostro avviso fondamentale, sottolinea l’importanza prioritaria di organizzare raccolte differenziate di qualità, finalizzate al riciclo, un caratteristica certamente posseduta dai sistemi di raccolta denominati “porta a porta” o di prossimità che affidando ai cittadini la separazione dei loro MPC in base ad alcune semplici classi merceologiche garantisce alte rese di alta qualità, idonea al riciclo.

Numerosi altri studi basati sull’Analisi del Ciclo di Vita, confermano come il riciclaggio di materiali quali la carta e le plastiche presenti numerosi vantaggi ambientali ed energetici rispetto all’incenerimento con recupero energetico(1, 3-12).

Questi studi sono la risposta scientificamente motivata della priorità data al Riciclo, rispetto al recupero energetico dalle normative della UE, priorità che dovrebbe trovare riscontro in una percentuale di MPC avviati al riciclo maggiore di quella avviata all’incenerimento, come peraltro avviene in diversi stati europei.

Quanti MPC debbono e possono essere riciclati?

Il Decreto Legislativo 3 aprile 2006 n. 152 “Norme in materia ambientale “parte IV all’art. 205 prevede di raggiungere in ogni ambito territoriale ottimale i seguenti obiettivi percentuali di raccolta differenziata rispetto ai rifiuti prodotti:

 

a)  almeno il 35% entro il 31.12.2006

b)  almeno il 45% entro il 31.12.2008

c)  almeno il 65% entro il 31.12.2012

Numerose esperienze condotte a livello nazionale ed internazioale indicano chiaramente come risultati di questa portata siano ottenibili soltanto se vengono applicate alcune specifiche modalità operative:

*escludere o limitare fortemente la possibilità di libero conferimento del rifiuto indifferenziato nei cassonetti stradali.

*prevedere la raccolta differenziata (RD) della frazione organica

*introdurre sistemi di RD “Porta a Porta” o di prossimità e la Tariffazione puntuale, ovvero sistemi in cui il pagamento della Tariffa Rifiuti, a carico dei singoli nuclei famigliari, varia a seconda della quantità di rifiuto indifferenziato effettivamente prodotto.

Quindi, se si vogliono raggiungere quote di RD superiori al 50% è necessario passare dall’attuale sistema di raccolta con cassonetto stradale, orientato allo smaltimento, ad un sistema di raccolta orientato al recupero, effettuando grazie al Porta a Porta ,una sorta di “rivoluzione copernicana” nell’approccio alla raccolta dei rifiuti.

Il rifiuto che non c’è

Nelle premesse di tutti i Piani di Gestione dei rifiuti, si cita l’opportunità di politiche di riduzione alla fonte, ma normalmente a questo enunciato non fanno seguito leggi e normative finalizzate a realizzare questo obiettivo.

Tuttavia , nella Regione Trentino Alto Adige, in cui da qualche anno è stata avviata una energica politica di incentivi alla riduzione della produzione dei rifiuti, a partire dal 2003 si è registrata una costante sensibile riduzione della produzione pro-capite (-13, 5%), rispetto al 2000.

Riduzioni dello stesso ordine di grandezza si sono registrati nel Trevigiano (Consorzio Priula: 22 comuni, 205.000 abitanti) dove, grazie alla raccolta porta a porta e all’applicazione di Tariffa personalizzata, nel giro di due anni la produzione annua procapite di MPC è passata da 428 kg a 360 kg, con una riduzione del 16%, con una raccolta differenziata che oggi sfiora l’80 %.

Anche il compostaggio domestico è un modo per ridurre alla fonte la produzione di MPC. Infatti ogni nucleo famigliare che attua questa pratica, riutilizza nel proprio giardino, nell’orto, ma anche nei vasi da fiore tenuti in casa o sul poggiolo, il compost prodotto, sottraendo al ciclo del ritiro e del trattamento gran parte (circa il 70%) dei propri scarti di cucina, degli sfalci, delle potature.

Pertanto, ogni nucleo famigliare che attua il compostaggio domestico riduce dal 20 al 30 % la propria produzione di rifiuti da avviare ai successivi trattamenti

Gli effetti sull’ambiente di una politica di riduzione della produzione di MPC non risulta essere stata oggetto di studi specifici. E’ comunque evidente che, ad esempio la riprogettazione di oggetti di consumo e di imballaggi, finalizzata a eliminare alla fonte la produzione di rifiuti ha effetti positivi sui bilanci energetici ed ambientali. In quest’ultimo caso per ogni tonnellata di rifiuto non prodotto ci sono importanti emissioni evitate corrispondenti alla evitata produzione e all’evitato smaltimento.

 

A titolo di esempio la Tabella I mette a confronto l’entità dell’inquinamento relativo agli ossidi di azoto che , in base ad una Analisi di Ciclo di Vita si evitano o si producono nelle diverse fasi di trattamento basate sul riciclo, sull’incenerimento con recupero energetico e con politiche di riduzione della produzione di MPC sin dalla fonte, ad esempio eliminando la produzione di oggetti usa e getta. Per elaborare questi dati sono stati utilizzati i fattori di emissioni proposti da Denison (1) nella sua Analisi del Ciclo di Vita per i MPC prodotti in USA. I valori positivi indicano emissioni effettive, i valori negativi emissioni evitate. Nella stima relativa alla riduzione si sono contate le mancate emissioni nella fase di produzione, trattamento e raccolta, in un sistema di gestione basato sull’incenerimento, come pure le emissioni prodotte mancato recupero energetico, ovvia conseguenza dell’assenza di MPC inceneribili che costringe il sistema produttivo ad utilizzare combustibili convenzionali per la produzione di energia elettrica. I fattori di emissione fanno riferimento alla composizione media di MPC in USA.

 

 

I fattori di emissione degli Ossidi di Azoto presentati nella Tabella I, desunti dal bilancio complessivo dei cicli di vita oggetto di valutazione, confermano come il riciclo comporti impatti ambientali nettamente minori dell’incenerimento con recupero energetico.

La stessa Tabella segnala i maggiori vantaggi ambientali di una politica di riduzione della produzione di rifiuti, anche qualora sia conteggiato il mancato recupero energetico dell’incenerimento.

 

Fattori di emissioni dei trattamenti finali dei MPC.

In uno studio pubblicato nel 2003, il Dipartimento per l’Ambiente, l’Alimentazione e gli Affari rurali del RegnoUnito (Department for Environment, Food and rural Affaire- DEFRA) ha realizzato una rassegna dei principali sistemi di trattamento dei MPC, quali discarica, incenerimento, gasificazione e pirolisi, compostaggio, trattamenti meccanico biologici (13) e delle loro emissioni nell’ambiente (14).

Le migliori stime dei fattori di emissione di inquinanti dell’aria riportate in quest’ultima pubblicazione, con riferimento a trattamenti meccanico biologici, e incenerimento, sono riportate nella Tabella II.

I valori con asterisco, non presenti nello studio inglese, oppure considerati più congrui di quelli forniti da DEFRA, sono stati desunti da fonti diverse da queste ed esplicitati nella nota. Nella Tabella II sono stati inseriti anche i fattori di emissione di inceneritori austriaci e belgi.

 

E’ necessario precisare che nella stima dei fattori di emissione elaborati da DEFRA, la presenza di ossidi di azoto, ossido di carbonio, anidride solforosa, acido cloridrico e PCDD/F nelle emissioni di un impianto per il trattamento meccanico biologico dei MPC è dovuta a specifici trattamenti di ossidazione termica degli effluenti, al fine di termodegradare eventuali composti organici odorigeni (15).

Questo sistema di trattamento aria, previsto dalla normativa tedesca, non è comunque obbligatorio in Italia e il rispetto dei limiti di emissioni di COV si può ottenere anche con biofiltri posizionati a valle di impianti di depolverizzazione.

Con i biofiltri, le emissioni di NOx, CO, SO2, HCl, PCDD/F da impianti TMB sono assenti o molto ridotti, in quanto questi composti tipici sottoprodotti della combustione, non si formano durante la bio-ossidazione che avviene a temperature molto basse (< 80°C) .

Pertanto, i fattori di emissione utilizzati nella Tabella II, sono da considerarsi come lo scenario peggiore (worst case) per gli impianti TMB.

Per quanto riguarda i fattori di emissione degli inceneritori riportati nella Tabella II, i valori di fonte DEFRA sono le migliori stime (ossia, le più attendibili) derivanti da misure effettuate su 11 termovalorizzatori inglesi, nel corso del 2000 e del 2001. Questi impianti hanno sistemi di trattamento fumi tra di loro simili, nella maggior parte dei casi è previsto il lavaggio fumi a secco o a umido e filtri a manica; in due impianti avviene anche l’iniezione di carbone attivo.

I fattori di emissione degli inceneritori austriaci, fanno riferimento ai valori medi dei tre principali impianti operativi nel 2002.in questo paese, compreso l’inceneritore di Vienna

I fattori di emissione degli inceneritori operanti nel Belgio, si riferiscono al valore medio di 12 impianti operativi nelle Fiandre nel 1999.

Dai dati riportati nella Tabella II emerge con chiarezza che i trattamenti meccanico biologici, anche con un trattamento di ossidazione termica dell’aria, garantiscono un minor impatto ambientale rispetto all’incenerimento, ad esclusione dei composti organici volatili (COV).

A questo proposito, occorre sottolineare il fatto che i COV emessi da un impianto di bio-ossidazione sono in prevalenza terpeni, (pinene, limonene, geraniolo, mentolo, canfora…) sostanze certamente presenti in contesti naturali e di limitato impatto tossicologico ma, se presenti in grandi quantità, in grado di produrre sensazioni olfattive sgradevoli.

Al contrario, nelle emissioni da impianti di combustione dei rifiuti, i COV (16) sono spesso composti tossici quali, ad esempio, cloroderivati e benzene (17) che si possono formare durante la combustione o sono presenti nei rifiuti come contaminanti.

Anche per quanto riguarda le emissioni di diossine e furani, le migliori prestazioni appaiono essere quelle del trattamento meccanico biologico.

Per un’esame più dettagliato delle emissioni di diossine e furani (PCDD/F) si rinvia al successivo capitolo in cui le misure sperimentali effettuate su impianti italiani di bio-ossidazione (TMB) con trattamento aria a bio-filtri hanno dimostrato una emissione di PCDD/F trascurabile, nettamente inferiore alle emissioni misurate sperimentalmente in inceneritori italiani, compreso quello di Brescia.

 

IMPATTO AMBIENTALE DEGLI IMPIANTI DI TRATTAMENTO BIOLOGICO DEI MPC

Compostaggio

Il principale problema del compostaggio, in particolare nell’ambiente di lavoro, sembra essere quello di una esposizione ad elevate cariche batteriche o fungine e a COV, in parte di origine microbica, spesso causa di disturbi e fastidi, anche per il loro cattivo odore.

Emissioni di polveri, di ammoniaca e di ossido di carbonio, sono anche menzionati come problemi ambientali derivanti da impianti di compostaggio.

Molte di queste problematiche, in particolare l’esposizione a micro-organismi, sono simili a quelle che si riscontrano nella fase di raccolta, trasporto e stoccaggio dei MPC, durante la loro selezione manuale o in altre attività che comportano l’esposizione a materiale di origine biologica (depurazione acque, aziende alimentari, coltivazione funghi).

Peraltro, occorre subito chiarire che, nel compostaggio, molti dei problemi evidenziati sono associati a gestioni non corrette, anche per mancanza o carenza di norme e controlli, e sono dovuti, nella maggior parte dei casi, ad impianti a cielo aperto (cumuli) non aereati e ad una insufficiente selezione del materiale da compostare.

Peraltro, in letteratura, a carico dei lavoratori che operano in impianti di compostaggio, non risultano essere descritti effetti simili a quelli di coltivatori esposti a micotossine presenti nella polvere di grano (18).

Nei moderni impianti di compostaggio, l’automatizzazione delle operazioni di carico e scarico delle biocelle, l’aerazione spinta dei materiali biodegradabili in ambienti chiusi, il controllo dei parametri chimico fisici e microbiologici che favoriscono la bio-ossidazione ed adeguati sistemi di depurazioni delle emissioni, in particolare la bio-filtrazione, riducono drasticamente questi problemi, in particolare per l’ ambiente esterno.

Ad esempio, misure effettuate in Germania, su un moderno impianto di selezione di MPC di origine industriale e domestico e successivo compostaggio della frazione organica selezionata, verificava che la carica microbica dell’aria sottoposta a bio-filtrazione risultava simile a quella dell’aria esterna all’impianto, osservazione confermata da rilevazioni condotte in impianti di trattamento biologico italiani. Le misure nell’ambiente di lavoro di questo impianto verificavano che la polverosità più alta si riscontrava nel reparto di consegna dei MPC e che le concentrazioni nell’aria di cadmio, nichel e mercurio risultavano simili a quelle riscontrate nell’aria esterna (19).

Analogamente, le misure effettuate in un impianto olandese per il compostaggio di scarti vegetali evidenziavano che le concentrazioni indoor di COV e di idrogeno solforato erano molto più bassi di quelli previsti dalla normativa olandese per gli ambienti di lavoro, mentre la carica batterica e fungina superavano i limiti previsti.

Controllo della carica batterica patogena nel compostaggio

Esiste un’ampia documentazione in letteratura sull’inattivazione di batteri patogeni ad opera del compostaggio, grazie a diversi fattori che operano contemporaneamente: alta temperatura, competizione tra diversi batteri, azione antibatteriche di funghi (actinomiceti e streptomiceti).

Le evidenze sperimentali dimostrano chiaramente che le prescrizioni regolamentari relative alla pastorizzazione termica (in Italia, 3 giorni a 55°C) sono sufficienti a garantire la sanitizzazione del prodotto.

Ad esempio, sperimentazione in condizioni controllate di compostaggio di deiezioni bovine hanno verificato che, con una temperatura di 50 °C nel bioreattore, 24 ore di compostaggio inattivano la popolazione di escherichia coli, la quale scompariva se questa temperatura era mantenuta per un periodo da 7 a 14 giorni(20).

Sottolineamo il fatto che il trattamento di sanificazione dei MPC, realizzato con la bio-stabilizzazione, espone a rischi biologici decisamente minori i lavoratori addetti ai trattamenti successivi, ovvero la cernita e la separazione di metalli ed inerti e l’imballaggio o la pellettizzazione del bio-essiccato.

Inoltre, occorre ricordare che i moderni impianti di bio-stabilizzazione sono dotati di impianto di trattamento dell’aria, biofiltri e/o filtri a manica che sicuramente contribuiscono a ridurre ulteriormente la carica batterica emessa in atmosfera.

Anche in impianti non presidiati, come tipicamente avviene per sistemi di compostaggio di soli scarti vegetali (macrocumuli all’aperto) le evidenze dicono che una “buffer zone” di 200 m è sufficiente a dare ampie garanzie di sicurezza per chi eventualmente risiedesse intorno all’impianto, o ne frequentasse i dintorni (es. parchi pubblici).

Infatti, studi sulla carica batterica presente nell’aria intorno ad impianti di compostaggio hanno dimostrato, in alcuni casi, l’assenza di contaminazione batterica attribuibile all’impianto di compostaggio(21); in altri studi, effettuati intorno ad impianti di compostaggio, realizzati all’aperto o in luoghi parzialmente chiusi, si è riscontrato, nelle peggiori condizioni d’esercizio per l’emissioni di polveri, che la carica batterica proveniente dall’impianto di compostaggio subisce una drastica diminuzione con l’aumentare della distanza dell’impianto e si riporta ai valori naturali di fondo, entro un raggio massimo di alcune centinaia di metri (22).

Sostanze tossiche nel compost

Per garantire il minor rischio possibile nell’uso agricolo del compost sono stati effettuati numerosi studi sulla presenza, in questa matrice, di composti tossici, sia di natura organica che metalli.

Ovviamente, non stupisce il fatto che anche nel compost siano presenti composti organici persistenti che si trovano nel latte materno o metalli pesanti di origine naturale o antropica.

Infatti, questo è un risultato della diffusa contaminazione ambientale che non risparmia le derrate alimentari i cui scarti sono la base di partenza per la produzione di compost.

Tuttavia, non risulta che il processo di compostaggio, al contrario dell’incenerimento, induca la formazione ex–novo di sostanze tossiche; al massimo rappresenta un sistema di concentrazione di alcuni di questi composti per la naturale perdita di carbonio organico (e quindi di massa), durante il compostaggio.

Sottolineamo piuttosto il fatto che numerosi studi confermano che il compostaggio può essere,un sistema di detossificazione chimico-fisica e/o biologica del materiale trattato.

In particolare, si è riscontrato una significativa riduzione di Idrocarburi Policiclici Aromatici. Dopo due mesi di compostaggio, la concentrazione di fluorantene e benzo(a)pirene presenti in fanghi fognari, risultava inferiore ai valori minimi determinabili, con una marcata diminuzione rispetto alle concentrazioni iniziali (23).

Ci sono anche evidenze sperimentali che il compostaggio provochi significative riduzioni della concentrazione di pesticidi quali il clorpirifos e il pendimetalin (24).

Numerosi studi hanno anche suggerito una potenziale applicazione del compostaggio, quale metodo di bio-degradazione di composti organici clorurati quali i pentaclorofenoli (25) ed in particolare di diossine e furani.

Infatti, è stata verificata la capacità di popolazioni microbiche presente in terreni fortemente contaminati da diossine e furani, a causa dell’attività di incenerimento di rifiuti, di degradare questi composti (26). In particolare, si è osservata una significativa diminuzione di PCDD/F, mescolando terreno contaminato a compost. Ad esempio, in queste condizioni sperimentali, gli octa derivati dei PCDD/F subivano una riduzione del 31-35 %, dopo 90 giorni di incubazione.

Una particolare attività degradativa, dal 40 al 76% su specifici PCDD/F è stata riscontrata da parte del fungo Phanerochaete sordida YK-624 (27).

Altri studi confermano la declorinazione di diossine per attività microbica (28-33)

Questi risultati supportano l’ipotesi, emersa dagli studi dell’Istituto Mario Negri sugli effluenti gassosi di un bio-essiccatore, che questo tipo d’impianto ed in particolare il bio-filtro, possa essere considerato come un vero e proprio impianto di decontaminazione delle diossine presenti nell’aria ed eventualmente “strippati” dai materiali sottoposti a questo trattamento.

Peraltro, i risultati ottenuti da Eitzer (33) confermano che durante il compostaggio non si ha formazione ex novo di PCDD/F. Questi composti furono dosati prima e dopo il compostaggio effettuato in tre diversi cumuli all’aperto di scarti di mensa e di coltivazioni in serra. Non si evidenziarono differenze statistiche tra le concentrazioni misurate prima e dopo il compostaggio e la concentrazione media totale di PCDD/F (2.75 pg TEQ/g) risultava inferiore ai 5 pg TEQ/g raccomandati dal governo tedesco, per l’uso agricolo del compost.

Depurazione delle emissioni con bio-filtri

Molto promettente, sia per il miglioramento della qualità dell’aria che per l’abbassamento dei costi di esercizio degli impianti di compostaggio e di bio stabilizazzione, appare l’uso dei biofiltri (34) come tecnica biologica di decontaminazione degli effluenti gassosi.

Questa tecnica si è cominciata ad applicare intorno agli anni ‘ 70 e si è rapidamente affermata per i suoi indubbi vantaggi. Anche se sono previsti ulteriori miglioramenti delle prestazioni, la bio-filtrazione si è dimostrata particolarmente efficace per ridurre la concentrazione degli odori nelle arie intorno ad impianti di compostaggio e di TMB.

Ad esempio, con tempi di residenza nel bio filtro di 30-45 secondi si ottiene la rimozione dal 97 al 98% della concentrazione di sostanze odorigene .

Inoltre, la biofiltrazione, anche grazie all’utilizzo di ceppi batterici opportunamente selezionati, può assorbire e degradare numerosi composti organici tossici, quali idrocarburi policiclici aromatici e composti organici clorurati.

Infine, numerosi studi hanno confermato che i bio-filtri non rappresentano un rischio per il rilascio nell’ ambiente di micro organismi eucarioti.

 

Diossine: impianti TMB ed inceneritori a confronto

Misure di diossine nell’aria immessa ed emessa da un impianto TMB

L’Istituto Mario Negri, nel Novembre del 2002, ha effettuato una serie di misure nell’aria in ingresso ed in emissione da un impianto per la produzione di CDR, secondo la tecnica della bio-essiccazione realizzata con un impianto con trattamento meccanico biologico. Queste misure sono state finalizzate a misurare la concentrazione di diossine e furani negli effluenti gassosi dell’impianto e per verificare se fosse vera l’ipotesi (35) che anche gli impianti di bio-essiccazione sono una fonte di contaminazione da diossine.

Le misure hanno riguardato l’aria esterna, l’aria in ingresso nei biofiltri proveniente dall’impianto di bio-essiccazione, l’aria in uscita dai biofiltri e l’aria in uscita dal reparto per la preparazione del CDR, a partire dal prodotto bio essiccato.

In sintesi, i risultati sono riportati nella tabella III.

 

Come risulta dalla Tabella III, la concentrazione di diossine “naturalmente” presenti nell’atmosfera, si riducono progressivamente, in particolare dopo l’uscita dal biofiltro.

Questo risultato è stato confermato da misure effettuate successivamente, ma non è inaspettato. Come già detto, le condizioni operative della bio-essicazione non permettono in assoluto la sintesi ex-novo di diossine e furani.

Invece, diossine e furani sono presenti, come contaminanti, già nei MPC.

Dati di letteratura (36) riportano concentrazioni di diossine nei rifiuti urbani in quantità estremamente variabile, a seconda del livello di contaminazione dei rifiuti stessi: da 64 ng I-TEQ/kg a 2.2 ng I-TEQ/kg.

L’effetto di abbattimento di diossine e furani a valle dei biofiltri, oltre ad una spiegazione di natura chimico–fisica (adsorbimento) potrebbe essere attribuita ad una vera e propria biodegradazione che ceppi di microorganismi sviluppati sui bio filtri possono esercitare sui composti organici clorurati.

Diossine e inceneritori

E’ noto (37, 38) che in alcune fasi dell’incenerimento le diossine sono sintetizzate ex novo, a partire da precursori non tossici.

Per far fronte a questo problema è stato necessario mettere a valle dell’impianto termico complessi e sofisticati sistemi di abbattimento che tuttavia non riescono a “distruggere” tutte le diossine, ma in parte le segregano in diverse nuove matrici (ceneri volanti, carboni attivi) che devono subire ulteriori trattamenti di inertizzazione.

Questa problematica è stata studiata a fondo (36) su un impianto di termovalorizzazione di RSU da 145.000 t/a, realizzato a Tarragona nel 1991 e adeguato nel 1997 con una linea fumi (filtri a manica, iniezione di calce e carbone attivo) in grado di rispettare ampiamente (0,0012 ⎫ 0,0032 ng I-TEQ/Nmc) i limiti più restrittivi previsti dalla normativa europea sui rifiuti pari a 0,1 ng I-TEQ/Nmc.

Lo studio ha realizzato un’accurata analisi della quantità di PCDD/F presente nell’aria ambiente e nell’aria all’interno del bunker di stoccaggio dei MPC, negli stessi MPC , nelle ceneri volanti, nelle ceneri pesanti e negli effluenti da camino.

La Tabella IV riporta le concentrazioni medie di diossine riscontrate nell’aria all’esterno dell’impianto, all’interno dello stoccaggio MPC e nelle emissioni a camino.

Dalla Tabella  IV risulta che la concentrazione di diossine nell’aria all’interno dell’impianto (bunker stoccaggio MPC) è maggiore di quella riscontrata nell’aria esterna e questo inquinamento è molto variabile. Probabilmente questo fatto è dovuto alla emissione di diossine presenti nei rifiuti stoccati.

Dall’analisi dei dati riportati in Tabella IV si può anche constatare che, mediamente, la concentrazione di diossine nell’aria, all’uscita dell’impianto, è 160 volte maggiore di quella riscontrata nell’aria all’ingresso (aria ambiente).

Di fronte a questi numeri ci sembra difficile sostenere che gli inceneritori sono impianti di disinquinamento delle diossine.

Anche le analisi sulle ceneri confermano la sostanziale infondatezza di questa affermazione.

 

 

La Tabella V mostra che nei MPC inviati all’incenerimento sono presenti quantità molto variabili di diossine. Dopo la combustione, le diossine non spariscono affatto ma si ritrovano nelle ceneri pesanti ed in concentrazioni molto più elevate nelle ceneri volanti, ossia quella parte di emissioni trattenute dai diversi sistemi di controllo fumi dove, insieme alle diossine, si concentrano anche tutti i metalli tossici filtrati dai fumi.

Ogni anno, l’impianto di termovalorizzazione in esame produce 3.120 tonnellate di ceneri volanti che, a causa del contenuto di diossine e metalli, sono da considerarsi un rifiuto tossico il cui smaltimento richiede opportuni, ulteriori trattamenti di inertizzazione ed adeguati stoccaggi.

Studi sui bilanci di massa di diossine condotti su un impianto di incenerimento, operante in Italia, hanno fornito risultati simili (37, 38).

In questo caso l’impianto da 400 ton /giorno è equipaggiato con uno dei più moderni sistemi di trattamento fumi: filtro a manica, scrubber umido a due stadi e impianto catalitico per il trattamento degli ossidi di azoto e delle diossine.

Il bilancio di massa delle diossine (I-TEQ) per unità di peso di MPC trattato è risultato essere il seguente:

 

TABELLA VI: PCDD/F nei residui per chilogrammo di MPC incenerito.

 

Facciamo notare che, in base a queste misure, l’impianto in questione non avrebbe rispettato il limite di rilascio totale di PCDD/F, adottato dal governo giapponese, nel 1997.

In base a questa normativa, che si pone l’obbiettivo di garantire che l’inceneritore non sia un “impianto di produzione” di PCDD/F, la quantità complessiva di diossine presente nei fumi, nelle ceneri volanti e nelle ceneri pesanti non deve superare i 5 ng I-TEQ per chilo di rifiuto incenerito, corrispondenti alla quantità media di PCDD/F presenti nei MPC giapponesi.

Impatto ambientale dei residui messi a discarica.

E’ inevitabile che tutti i processi di trattamento dei MPC producano scarti solidi non riciclabili e/o tossici.

Dalla letteratura risulta che il riciclo di MPC raccolti in modo differenziato con sistemi porta a porta produce uno scarto mediamente pari al 10%, l’incenerimento produce rifiuti solidi di quantità variabile tra il 15 e il 30% in peso, a seconda della qualità di MPC trattati e dei sistemi di incenerimento adottati (39). I trattamenti meccanico biologici, dopo la fase di bio-ossidazione e bioessiccazione e dopo il recupero di metalli ed inerti, producono un residuo solido il cui peso corrisponde a circa il 55% di quello iniziale.

Gli unici problemi di impatto ambientale prodotti dallo stoccaggio degli scarti biostabilizzati con impianti TMB potrebbero derivare da precedenti contaminazioni degli scarti stessi, ovvero da smaltimenti illegali di rifiuti tossici, realizzati insieme allo smaltimento di rifiuti urbani.

Tale evento è minimizzabile organizzando insieme alla raccolta differenziata di MPC, capillari raccolte dei rifiuti pericolosi di origine domestica o artigianale (contenitori di solventi e pesticidi, batterie nichel-cadmio, batterie al piombo, batterie con mercurio, lampade al neon, farmaci scaduti…).

Invece, diversi studi hanno evidenziato una insospettata attività esotermica delle ceneri pesanti prodotte dagli inceneritori (40-42) con temperature fino a 90 °C registrate all’interno delle ceneri messe a discarica. E queste temperature, protratte nel tempo potrebbero creare problemi di tenuta alle membrane impermeabili come pure agli strati di argilla posti sul fondo della discarica che, essiccati, potrebbero fessurarsi.

Studi recenti hanno anche messo in discussione l’inerzia dal punto di vista tossicologico dei residui solidi prodotti dall’incenerimento, non solo delle cosiddette ceneri volanti, prodotte dalla depurazione dei fumi, ma anche delle stesse ceneri pesanti, spesso considerate inerti.

Ad esempio, uno studio condotto in Svezia sulle ceneri pesanti (bottom ash) prodotte da inceneritori di rifiuti urbani (43) ha riscontrato una concentrazione di policiclici aromatici cancerogeni tra 89 e 438 microgrammi/kg, ovvero concentrazioni che nei campioni più inquinati è superiore ai valori che la normativa svedese prevede che debbano essere rispettati per i terreni che hanno usi sensibili.

La presenza di metalli tossici facilmente lisciviabili è stata riscontrata nelle ceneri di termovalorizzatori giapponesi e coreani(44-49). In questo studio la quantità di piombo lisciviato dalle ceneri volanti giapponesi e coreani era superiore ai valori previsti dalle normative di questi due paesi. Alte anche le concentrazioni di cadmio nel lisciviato, trovato a concentrazioni superiori a quelle previste dalle normative coreane.

Le soluzioni a questi problemi sembrano essere tecniche di inertizzazione delle ceneri volanti (vetrificazione, cementificazione…) che potrebbero permettere l’uso delle ceneri pesanti per l’asfaltatura di strade o riempimenti edili. (45-49).

Studi recenti sugli effetti ecotossici delle ceneri e dei loro eluati segnalano come questi effetti siano stati sottovalutati (50-52) e come sia necessaria una comune normativa europea (53) che eviti l’attuale trasporto trans-frontaliero di ceneri con destinazione i paesi europei con norme meno restrittive riguardanti la loro inertizzazione per la messa a discarica o l’uso.

 

Impatto ambientale dell’uso del bioessiccato (CDR) in centrali termoelettriche a carbone

Le attuali tecnologie che utilizzano CDR nei paesi dell’Unione Europea e le prospettive di questa pratica sono stati oggetto di uno studio da parte della Commissione Europea-Direzione Generale Ambiente e pubblicati nel 2003 [54, 55, 56].

Le principali conclusioni di questo studio sono:

1.Nei paesi in cui la raccolta differenziata è bassa e l’incenerimento di massa è predominante, l’uso di CDR inserisce elementi di flessibilità nella gestione dei MPC tali da garantire continui progressi in politiche di riduzione, riuso e riciclo

2.Attualmente i limiti alle emissioni per polveri, NOx, SO2 nei cementifici  sono meno stringenti di quelli in vigore per gli inceneritori

3.Nei cementifici si fa un grande uso come combustibili  di rifiuti pericolosi quali solventi, oli e pneumatici; rifiuti co-inceneriti nei cementifici sono anche rifiuti di altre attività produttive quali cartiere, lavorazioni del legno, industrie tessili, scarti della rottamazione di autoveicoli.

4.Sempre nei cementifici si utilizzano come materie prime scarti solidi di altre attività, ceneri di centrali a carbone e inceneritori di rifiuti urbani.

5.Le analisi dei cicli di vita (LCA)  hanno messo a confronto gli impatti ambientali e i rischi sanitari indotti da CDR ad alto potere calorifico prodotto da TMB usato: in parziale sostituzione in centrali termoelettriche che usano brown-coal e hard coal e nei cementifici, in inceneritori alimentati con questo stesso CDR.  Le principali conclusioni sono che nessuna di queste opzioni è globalmente vantaggiosa rispetto alle altre.

6.Le Analisi di Impatto Ambientale concludono che se questi impianti adottano le migliori tecnologie operative in Europa non sono attesi impatti significativi.  Tuttavia le emissioni di mercurio dai cementifici e di cadmio dalla centrali che utilizzano brown coal possono essere i punti deboli di queste tecnologie se alimentate con CDR..

7.Dal punto di vista ambientale il punto più critico è l’impatto dei prodotti (cemento) e dei sottoprodotti (ceneri) delle co-combustioni,  in cui,  rispetto all’uso di combustibili convenzionali, si è riscontrata una maggiore concentrazione di cloruri, piombo, cadmio, rame, zinco.

8.Gasificazione e pirolisi sono valide alternative alla combustione del CDR anche per le minori economie di scala di questi impianti, tuttavia il rapporto ritiene che queste tecniche al momento siano meno collaudate delle tecniche convenzioni di combustione ed incenerimento. 

Attualmente la maggior parte degli impianti di biostabilizzazione operanti in Italia sono progettati per produrre Combustibile Da Rifiuto (CDR).

Questa pratica è prevista dalla nostra normativa e economicamente incentivata con l’attribuzione ai rifiuti urbani del riconoscimento di “fonte energetica rinnovabile “ (Decreto Legislativo 29 dicembre 2003, n° 387) .

Peraltro, l’uso del CDR in centrali convenzionali a carbone, in parziale sostituzione a questo combustibile fossile è tecnicamente possibile, previa una adeguata pellettizzazione del CDR stesso.

Il vantaggio ambientale di questa pratica è che utilizzando il rifiuto come combustibile in un impianto già esistente, non si aggiunge una nuova fonte di emissione sul territorio interessato e se il CDR ha caratteristiche migliori del combustibile convenzionale, una parziale sostituzione del carbone con CDR dovrebbe garantire minori emissioni di inquinanti nell’ambiente.

Inoltre la trasformazione del rifiuto in CDR, ne aumenta il potere calorifico, riduce la produzione di ceneri e la presenza di metalli pesanti.

In Italia per alcuni anni, presso il Comune di Venezia, sono state effettuate sperimentazioni sull’impatto ambientale derivante dalla parziale sostituzione di carbone nella centrale termoelettrica di Fusine, con CDR prodotto da un impianto di bio-essiccazione che tratta rifiuto urbano indifferenziato prodotto dai comuni di Venezia e di Mestre.

I risultati di questa sperimentazione ad oggi disponibili (Dicembre 2003) , permettono di arrivare alle seguenti conclusioni:

a)  Il CDR prodotto con tecniche meccanico biologiche a partire da rifiuti urbani indifferenziati, riesce a rispettare le specifiche previste dalla normativa italiana per questo tipo di prodotto.

b)  Rispetto al carbone, il CDR presenta maggiori concentrazioni di cloro, cadmio, mercurio, piombo, rame e minori concentrazioni di zolfo e nichel

c)  Rispetto al carbone la composizione chimica del CDR è più variabile

d)  Le emissioni di un impianto termoelettrico a carbone (120 t/h), con parziale sostituzione del carbone con CDR (3 – 9 t/h) rispettano i limiti di legge per questo tipo di impianto

e)  L’uso di CDR è correlato ad una minore emissione di polveri totali, di cromo, manganese, vanadio, arsenico, antimonio, rispetto alla combustione del solo carbone.

f)   L’uso del CDR è correlato ad una costante maggiore emissione di ammoniaca, cloro, mercurio, idrocarburi policiclici aromatici totali, diossine e furani, rispetto alla combustione di solo carbone.

In sintesi la sperimentazione effettuata a Fusina ha permesso di verificare che la sostituzione di carbone con CDR, peggiora la qualità delle emissioni in modo rilevante per diversi inquinanti, in particolare diossine e furani

A fronte di una emissione di PCDD/F di 0,179 picogrammi (I-TE)/m3 con la combustione di solo carbone, le emissioni medie di questa classe di composti nelle tre sperimentazioni con CDR sono risultate, rispettivamente: 1,369, 1,814, 4,050 picogrammi (I-TE) /m3 .

Questi dati, insieme a quelle delle portate orarie dei fumi e dei quantitativi di carbone e CDR bruciati ogni ora, permettono di fare le seguenti considerazioni:

 

a.  Per ogni tonnellata di carbone la centrale di Fusina emette in atmosfera circa 1,6 ng di PCDD/F (I-TE).

E’ una quantità di diossine molto bassa, inferiore alle migliori prestazioni degli attuali termovalorizzatori (40 ng/ton sono le emissioni di PCDD/F dell’inceneritore di Brescia), a conferma del ruolo marginale delle centrali termoelettriche a questo tipo di inquinamento.

b.  Per ogni tonnellata di CDR bruciato nella centrale si è avuta una produzione ex novo di diossine, variabile da 446 a 573 ng.

La quantità di diossine immessa nell’ambiente a seguito della co-combustione di CDR è molto elevata, tale da peggiorare significativamente l’emissione totale di diossine dalla centrale, che da una “produzione” di diossine di 1,6 ng per tonnellata di combustibile passa a 13 ÷ 40 nanogrammi per tonnellata di combustibile bruciato (carbone + CDR).

Il netto incremento della produzione di diossine con la co-combustione di CDR potrebbe avere questa spiegazione:

nelle centrali a carbone la produzione di diossine è relativamente bassa in quanto, in base a dati sperimentali, è possibile che lo zolfo inibisca la formazione di diossine, inoltre il cloro è presente nel carbone a concentrazioni molto basse (0,005 ÷0,016 nell’impianto di Fusine) e molto bassa è anche la concentrazione di rame (<1mg/kg nel carbone di Fusina) che può catalizzare la formazione di diossine durante la combustione, a partire dai suoi precursori.

Al contrario, il CDR di Fusine contiene più cloro (0,66 ÷0,38 %) e più rame (25,4 ÷3,1 mg/kg) del carbone che ha sostituito, il quale, peraltro ha una bassa concentrazione di zolfo (0,6 ÷ 0,9 %), più alta, ma non di molto, rispetto al CDR ( 0,1 ÷ 0,3%).

Pertanto è possibile che il maggior apporto di cloro e di rame da parte del CDR, annulli l’effetto di inibizione dello zolfo.

Analoghe considerazioni si possono fare per un metallo molto tossico con caratteristiche di bioaccumulo quali il mercurio la cui concentrazione nelle emissioni della centrale aumenta, sistematicamente, da due a cinque volte con l’alimentazione a CDR

 

Non si può escludere che, grazie ad una raccolta differenziata mirata a eliminare al massimo dal rifiuto indifferenziato la presenza di mercurio, rame e cloro possa permettere di produrre un CDR di qualità, tale da poter sostituire il carbone con costanti e garantiti miglioramenti della qualità dei fumi di una centrale termoelettrica.

 

Tuttavia, al momento, giudichiamo più saggio ricorrere all’applicazione del Principio di Precauzione ed evitare, con la co-combustione di CDR, di peggiorare la qualità dell’aria nelle zone di ricaduta delle emissioni delle centrali di co-combustione con composti e metalli bioaccumulabili e persistenti quali diossine, furani e mercuri

 

 

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