Discarica con recupero di biogas
Obiettivo dello studio è la determinazione del danno ambientale e del costo dovuto alla raccolta e al conferimento di rifiuti indifferenziati nella discarica di Poiatica di Reggio Emilia.
La metodologia LCA per la valutazione ambientale della gestione dei rifiuti conferiti nella discarica di Poiatica (Reggio Emilia)con e senza recupero di biogas
a cura di Paolo Neri
Titolo della tesi: Analisi del ciclo di vita (LCA) di una discarica per RSU ed RSA con recupero energetico da biogas
Autore della tesi di Laurea: Irene Taddei
Relatore: Gigliola Spadoni
Correlatore: Paolo Neri
Università: Università di Modena e Reggio E., Facoltà di Ingegneria per l’Ambiente e per il Territorio.
Indice
- 1 Descrizione della discarica di Poiatica
- 2 LCA della discarica di Poiatica in assenza di recupero energetico
- 3 LCA del fine vita del biogas con recupero energetico
- 4 Confronto tra gli LCA senza e con recupero energetico
- 5 Bibliografia
Descrizione della discarica di Poiatica
La discarica di Poiatica si trova ad est della località omonima situata nel comune di Carpiteti (RE) nel tratto medio-basso dell'avvallamento naturale generato da un piccolo effluente di sinistra idrografica del fiume Secchia; tale avvallamento è stato in passato sfruttato per l'estrazione di argilla che è attualmente praticata nelle aree circostanti.
L'abitato più vicino è la frazione di Colombaia ad una distanza di circa 3 km.
Nella parte sud-est della discarica si trovano alcuni edifici adibiti ad uffici, allo stoccaggio del materiale ed al lavaggio degli automezzi che conferiscono i rifiuti; sempre nella stessa area vi è la cabina dell'ENEL, la stazione per l'aspirazione del biogas, la cabina con la strumentazione elettronica per il controllo del sistema biogas e la torcia di combustione.
Capacita’ della discarica e smaltimento dei rifiuti
L'impianto è attivo dal luglio ’95; i primi due lotti (divisi in settori e di capacità complessiva pari a 520.000 m3) sono attualmente in fase di completamento ed è stata cominciata la realizzazione del terzo lotto della capacità di 437.000 m3 che sarà suddiviso in quattro settori distinti; essa fa parte del progetto di ampliamento della discarica per un totale di 1.000.000 m3 autorizzato in conformità all’aggiornamento del PISR 2001 e relativamente al quale è stato presentato nel marzo 2001 un accurato Studio di Impatto Ambientale.
Nel presente studio si fa tuttavia riferimento solo alla prima fase di ampliamento (437.000 m3) ipotizzando che dopo il completamento di tale 3° lotto la discarica venga chiusa.
Tabella Errore. Nel documento non esiste testo dello stile specificato..1 area e volume lotti
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Il 1° e 2° lotto e l'area comprensiva di piazzale, pesa, uffici, vasche del percolato e viabilità interna occupano una superficie di 55.000 m2; a questa va aggiunta quella relativa al 3° lotto che è stimabile approssimativamente come pari a 28.350 m2 (il calcolo è stato effettuato in base alla planimetria dell'impianto). A completamento del 3° lotto l'impianto arriverà a coprire un'area di circa 83.350 m2.
Il bacino di utilizzo della discarica comprende i seguenti Comuni della Comunità Montana dell'Appennino Reggiano: Baiso, Busana, Carpineti, Casina, Castelnovo, Collagna, Ligonchio, Ramiseto, Toano, Vetto e Villa Minozzo; alla discarica sono conferiti anche parte dei rifiuti della città di Reggio Emilia ed una quantità limitata di RSU provenienti da altre province nell'ambito di specifici protocolli di intesa e rientranti nel PISR.
Tabella 2.2 Rifiuti conferiti in discarica fino al 2001.
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[[Image:]]La composizione merceologica media di RSU nella Provincia di Reggio Emilia[1] è:
Figura 1 La composizione merceologica media degli RSU nella provincia di R.E.
LCA della discarica di Poiatica in assenza di recupero energetico
Descrizione dell'obiettivo dello studio
Obiettivo dello studio è la determinazione del danno ambientale e del costo dovuto alla raccolta e al conferimento di rifiuti indifferenziati nella discarica di Poiatica di Reggio Emilia.
Campo di applicazione dello studio
Le funzioni del sistema
La funzione del sistema è la gestione dei rifiuti urbani raccolti in modo indifferenziato.
L’unità funzionale
L’unità funzionale è costituita da 1 tonnellata di rifiuti solidi urbani e assimilabili.
Il sistema che deve essere studiato
Il sistema che deve essere studiato è il conferimento di rifiuti indifferenziati della provincia di Reggio Emilia nella discarica di Poiatica compiuta dall’Azienda AGAC.
I confini del sistema
Si considera quella parte del ciclo di vita dei prodotti usati dai cittadini di Reggio Emilia che va dalla raccolta (indifferenziata) dei rifiuti conferiti in discarica, alla combustione in torcia del biogas ed al trattamento del percolato da essi prodotti.
Qualità dei dati
Per lo studio viene usato il codice di calcolo SimaPro5.0.
Per una parte degli elementi dell’inventario si sono usate le banche dati del codice i cui dati si riferiscono ad un periodo compreso tra il 1996 e il 2001. Per l’impianto di pretrattamento e i trattamenti successivi a cui vengono sottoposti i materiali trattati vengono usati gli ‘waste treatment’ della banca dati del codice e quelli creati in base a dati ottenuti dall’Azienda produttrice dell’impianto, dall’AGAC e da altri studi.
Metodologia di valutazione dell’impatto ambientale
La valutazione dell’impatto ambientale viene eseguita utilizzando il Metodo Eco - indicator 99 E/CW. Esso è stato ricavato dal metodo degli Eco - indicator 99 E modificato per tenere conto dei costi e del consumo di acqua.
Inventario
Tabella 3 Il waste treatment caso senza recupero energetico.
SimaPro 5.0 Processes Date: 11/03/2003 Time: 15:12:07 Project: biogas Category type Waste treatment Date 18/12/2002 Comment: lca nel caso in cui non si effetui recupero energetico. Waste treatment B caso senza recupero energetico:1ton;All waste types;Landfill Materials/fuels B Impianto captazione biogas..1.306E-6 p.....1/765600=1.306E-6 B costr.resto discarica.......1.306E-6 p.....1/765600=1.306E-6 Electricity/heat B biogas non captato...18.38 m3..nell'arco di 40 anni vengono captati 126.627.652Nm3 di biogas; nell’ipotesi che esso rappresenti il 90% del biogas prodotto, la quantità sfuggita sarà:14.069.739Nm3; rapportando alla quantità di rifiuti: 14.069.739/765600=18.38Nm3. B emissioni torcia...1592.98 m3..in base ad analisi sulle emissioni dalla torcia (due campionamenti effettuati nel 2002: N1171 e N2499) risulta una portata media di 4090.5Nm3/h; nello stesso anno si ha (considerando un tenore di metano del 40% circa) una portata media di biogas alla torcia di 608,4Nm3/h => il rapporto fumi/biogas è circa 6,7; assumendo tale rapporto come riferimento e considerando un funzionamento continuo della torcia, la quantità totale di fumi è data dalla somma delle portate orarie (20779.4) nei 40 anni (in assenza di recupero) moltiplicata per 6,7 e per il numero di ore in un anno (8760) =>1.219.584.545Nm3 => rapportando alla quantità di rifiuti: 1.219.584.545/765600=1592.98Nm3. B trasporto percolato...9.36 tkm.trasporto del percolato a Mancasale;187.2kg*50 km (distanza media tra Poiatica e Mancasale) = 9.36t*km B percolato................1 p...depurazione e percolato perso B caricamento rifiuti....8.3 min.per caricare un cassonetto da 2400 l occorrono 2 min; la quantità di rifiuti non compattati(0.1t/m3) contenuti in tale cassonetto vale: 2.4m3*0.1t/m3 =0.24t; il tempo per caricare 1t vale:2min/0.24t=8.3min/t. B trasporto rifiuti.....17.5 tkm.trasporto rifiuti dal cassonetto alla discarica (linea d’aria): -dist. discarica-RE: 42km; -dist. discarica –Ligonchio: 28km; valore medio della dist. max: 35km; come valore medio della distanza si si considera la metà del valore medio della max distanza: 17.5km. B compattaz.rifiuti.....1.35 min.si considera solo il compattatore che lavora 4.5h/g; in 1 giorno vengono compattate circa 199.8t; il tempo impiegato per compattare 1t vale: 4.5*60/199.8=1.35min/t. B Poiatica en.el. prel. senza rec.....1.306E-6 p...energia elettrica prelevata dalla rete nell'arco di tempo 1995-2035; rapportando alla quantità di rifiuti conferiti in discarica: 1.306E-6p. B Poiatica saldo senza rec...........1.306E-6 p...saldo complessivo senza rec.; rapportando alla quantità di rifiuti conferiti in discarica: 1.306E-6p. Non material emission Occup. as industrial area..10.89 m2a..L'area occupata dai primi due lotti con annessi e connessi (piazzale, viabilità interna) è pari a 55.000m2; a tale area occorre aggiungere l'estensione del 3° lotto(calcolo approssimato in base a colloquio con tecnici Agac) di area pari a 28350m2; il totale vale quindi 83350m2; rapportando alla quantità di rifiuti conferiti entro la chiusura (765600t) e moltiplicando per 100 anni si ottiene: 83350*100/765600=10,89 Conv.to industr.area...-36.28E-6 m2...conversione da area indust. a terreno originario: 83350/(30*100)/765600=36.28E-6
Calcolo e analisi dei risultati dell’LCA in assenza di recupero energetico
Nelle tabelle e figure seguenti sono riportati i risultati principali dell’LCA; nel waste treatment sia i material che i process sono rapportati alle tonnellate di rifiuti conferiti; i risultati sono invece riferiti ad 1 kg di rifiuti.
Tabella 4 La caratterizzazione
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Dall’analisi dei risultati della caratterizzazione si può notare che per 1 kg di rifiuto si ha che:
- il costo del waste treatment è di 0.00525 €/kg;
- nella categoria di danno Human Health (9.7E-8 DALY) il danno più elevato (48.6%) si ha nella categoria di impatto Climate change (4.71E-8 DALY) ed è causato per il 77% dal process biogas non captato (3.63E-8 DALY) per il quale si ha l’emissione di 7.57 g di metano;
- nella categoria di danno Ecosystem Quality (0.0114 PDF*m2y) il danno più elevato si ha nella categoria di impatto Land use (0.00934 PDF*m2y) ed è principalmente causato dall’occupazione del territorio da parte della discarica;
- nella categoria di danno Resources (0.0223 MJ Surplus) circa l’82% del danno è dovuto alla categoria di impatto Fossil fuels (0.00211 MJ surplus) ed è principalmente causato dal process caricamento dei rifiuti che richiede l’uso di 2.63 g di crude oil ETH. Oltre al caricamento dei rifiuti, l’ altro processo che contribuisce maggiormente (27.8%) al danno relativo a questa categoria è l’energia elettrica utilizzata per il funzionamento dell’impianto (0.00621 MJ Surplus). In tale categoria incidono anche i processi relativi alla raccolta, al trasporto e alla compattazione in discarica dei rifiuti (per un totale di 0.00276 MJ Surplus) ed al trattamento e trasporto del percolato (0.001962 MJ Surplus).
Tabella 5 La valutazione
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Figura 2 La valutazione per processi
Dall’analisi dei risultati della valutazione si può concludere che per 1 kg di RSU:
- il danno totale vale 0.00376 Pt;
- tale danno si riscontra per 50.5% nella categoria di danno Human Health (0.0019 Pt), per 29.5% nella categoria Ecosystem Quality (0.00111 Pt), per 20% nella categoria Resources (0.000747 Pt);
- il danno dovuto all’uso del territorio da parte della discarica è il 24.2% del totale;
- il danno dovuto alla raccolta, al trasporto, alla compattazione dei rifiuti rappresenta il 24.2% del danno totale (9.116E-4 Pt) mentre quello dovuto al trasporto del percolato (5.06E-5 Pt) l’ 1.3%;
- il danno dovuto al biogas non captato (0.000708 Pt) rappresenta il 18.8% del totale, quello dovuto alla combustione del biogas in torcia (0.000387 Pt) il 10.3% e quello dovuto al percolato (raccolto e trattato o perso) l’8.9% (0.000336 Pt);
- la categoria di impatto che contribuisce maggiormente al danno totale è Climate change (24.3% del totale con 0.000915 Pt);
- il danno dovuto all’ utilizzo di energia elettrica per il funzionamento è l’ 11% del totale (0.000416 Pt);
- il danno dovuto alla costruzione della discarica ed agli impianti di captazione del biogas (2.65E-5 Pt) e del percolato (3.17E-5 Pt) rapprenta l’1.5% del totale.
LCA del fine vita del biogas con recupero energetico
Descrizione degli obiettivi e del campo di applicazione dello studio
Gli obiettivi rimangono quelli del caso precedente fatta eccezione per i confini del sistema che vanno dalla raccolta (indifferenziata) dei rifiuti conferiti in discarica, al trattamento del percolato ed alla combustione del biogas che avviene in parte in un motore per il recupero energetico e per la restante parte in torcia con conseguente emissione di fumi.
Inventario
Tabella 6 Il waste treatment B caso con recupero
SimaPro 5.0 Processes Date: 11/03/2003 Time: 17:25:35 Project: biogas Category type Waste treatment Date 18/12/2002 Comment: lca nel caso di recupero energetico. Waste treatment B caso con recupero energetico:1ton:All waste types;Landfill Materials/fuels B Impianto captaz.biogas....1.306E-6 p impianto per la captazione del biogas (tubazioni, sottostazioni, centrale di aspirazione); rapportando alla quantità di rifiuti: 1p/765600=1.306E-6p B costr.resto discarica.....1.306E-6 p rete e vasche di raccolta del percolato, rete di drenaggio acque meteoriche; rapportando alla quantità di rifiuti: 1p/765600=1.306E-6p B impianto rec. Energetico..1.306E-6 p modulo per il recupero energetico (comprensivo di platea); rapportando alla quantità di rifiuti: 1p/765600=1.306E-6p B modulo cabina.............1.306E-6 p cabina con locale trasformatore e quadri MT e controllo motore; rapportando alla quantità di rifiuti 1p/765600=1.306E-6 Oil heavy B300.................0.073 kg olio per il motore; ciascun motore di RR consuma circa 0.83kg/h (di esercizio) mentre nella scheda tecnica è indicato il valore: 0.31kg/h: il rapporto tra consumo effettivo di olio e consumo teorico è quindi 2.68; supponendo un pari rapporto per il mot. di Poiatica, per il quale è indicato sulle schede tecniche un valore di 0.19kg/h, si ha un consumo effettivo di 0.5kg/h; considerando 7500 h/anno e 15 anni di funzionamento, si ha: 56250kg olio;rapportando alla quantità di rifiuti: 56250/765600=0.073kg
Calcolo e analisi dei risultati dell’LCA del fine vita del biogas con recupero energetico
Nelle tabelle e figure seguenti sono riportati i risultati principali dell’LCA del waste treatment caso con recupero energetico; nel waste treatment sia i material che i process sono rapportati alle tonnellate conferite; i risultati dell’analisi sono invece riferiti ad 1 kg di rifiuti.
Tabella 7 La caratterizzazione
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Costo | |
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Dall’analisi dei risultati della caratterizzazione si può vedere che:
- si ha un guadagno di 0.00064 €/kg;
- nella categoria di danno Human Health (5.8E-8 DALY) la categoria di impatto che presenta il maggior danno (73.6%) è Climate change (4.27E-8 DALY): esso è dovuto principalmente (per l’85%) al process biogas non captato (3.63E-8 DALY) con il quale vengono emessi 7.57 g di metano;
- nella categoria di danno Ecosystem Quality (0.009015 PDFm2y) la categoria di impatto che presenta il maggior danno (98.4%) è la categoria di impatto Land Use (0.00887 PDFm2y): esso è dovuto principalmente all’uso del territorio da parte della discarica;
- nella categoria di danno Resources (-0.02807 MJ Surplus) entrambe le categorie di impatto presentano un vantaggio dovuto alla produzione dell’energia elettrica mediante la combustione di biogas nel motore (-0.04684 MJ Surplus). La categoria di impatto che presenta il maggior vantaggio è Fossil fuel (-0.0234 MJ Surplus): esso è dovuto principalmente al risparmio di 0.0286 MJ Surplus prodotti impiegando 8.09 g di crude oil ETH . In questa categoria di danno il maggiore danno è dovuto al processo che rappresenta il caricamento dei rifiuti (0.00932 MJ Surplus) che consuma 2.63 g di crude oil ETH.
Tabella 8 La valutazione
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Figura 3 La valutazione per processo.
Dall’analisi dei risultati della valutazione si può concludere che:
- la discarica, nonostante il recupero di energia elettrica (-0.00271 Pt), produce un danno complessivo che vale 0.00107 Pt;
- dei processi relativi alla discarica senza recupero quello che produce il danno maggiore è l’uso del territorio della stessa (0.000865 Pt), seguito dal biogas non captatato (0.000708 Pt) e dal caricamento rifiuti (0.000703 Pt);
- delle tre parti in cui è stato suddiviso l’impianto (costruzione resto discarica: 3.17E-5 Pt, impianto di captazione: 2.65E-5 Pt, modulo per il recupero energetico e cabina: 2.85E-5 Pt) quello che dà maggior danno è la costruzione della parte di discarica relativa alla rete di raccolta del percolato e delle acque meteoriche (3.17E-5 Pt).
Confronto tra gli LCA senza e con recupero energetico
Nelle tabelle e figure seguenti sono riportati i principali risultati relativi al confronto tra i casi senza e con recupero energetico (i valori sono riferiti ad 1 kg di rifiuti conferiti).
Tabella 9 La caratterizzazione
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Carcinogens | |
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Respiratory organics | |
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Respiratory inorganics | |
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Climate change | |
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Radiation | |
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Ozone layer | |
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Ecotoxicity | |
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Acidification/ Eutrophication | |
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Land use | |
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Minerals | |
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Fossil fuels | |
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Costo | |
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Tabella 10 La valutazione
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Total | |
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Carcinogens | |
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Respiratory organics | |
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Respiratory inorganics | |
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Climate change | |
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Radiation | |
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Ozone layer | |
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Ecotoxicity | |
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Acidification/ Eutrophication | |
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Land use | |
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Minerals | |
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Fossil fuels | |
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Figura 4 La valutazione per processo
Dall’analisi del confronto si può concludere che:
- Con il recupero energetico il danno dovuto alla discarica il danno passa da 0.00376 a 0.00107 Pt con un guadagno del 71.5%;
- dal confronto tra i due LCA studiati si può notare che il danno dovuto alla combustione del biogas passa da 0.000387 Pt nel caso in cui tutto il biogas viene bruciato in torcia a 0.000602 Pt nel caso in cui il biogas sia bruciato in parte in torcia (0.000254 Pt) e in parte nel motore (0.000348 Pt); si ha perciò un aumento del danno (relativo alla combustione del biogas) pari al 55.5%;
- nella categoria di danno Human Health il danno si riduce da 0.0019 a 0.00113 Pt con un guadagno del 40.5%;
- nella categoria di danno Ecosystem Quality il danno si riduce da 0.00111 a 0.000879 Pt con un guadagno del 20.8%;
- nella categoria di danno Resources si passa da un danno di 0.000747 ad un vantaggio -0.000943 Pt con un guadagno del 226%.
Bibliografia
I. Taddei e altri, Analisi del ciclo di vita (LCA) di una discarica per RSU ed RSA con recupero energetico da biogas., Doc. ENEA PROT-P135-016, Bologna, 2003
- ↑ BERGONZONI M., BUTTOL P., CECCHINI F., NERI P., SALSI M. ARDUINI A., “Calcolo delle quantità di percolato e di biogas prodotte in 30 anni da 1 t di RSU conferiti nella discarica di Poiatica (RE) sulla base dei dati AGAC aggiornati. Determinazione della composizione e delle quantità di biogas e di percolato prodotti dagli scarti mensa”, doc. ENEA OT-SBB-00014, Bologna, 2000.