Il trattamento dei rifiuti di plastica

Da Lca rifiuti.

Lo studio ha come obiettivo la valutazione di impatto ambientale dei possibili scenari di smaltimento delle materie plastiche: riciclo, termovalorizzazione e discarica. Per il riciclo sono stati esaminati scenari realmente esistenti; per la termovalorizzazione, dal momento che allo stato attuale la plastica non viene smaltita in questo modo, è stato creato un modello virtuale, sulla base di dati relativi ad impianti per rifiuti solidi urbani, adattati opportunamente; per la discarica, infine, ci si è serviti di banche dati specializzate. Le materie plastiche studiate sono il polipropilene, per quanto riguarda riciclo, produzione di materiale riciclato e termovalorizzazione, e il polistirolo espanso, per quanto riguarda riciclo e produzione di materiale riciclato.

Sono stati inoltre reperiti, da banche dati europee, i dati relativi alla produzione di polimero vergine, per valutare il beneficio del riciclo, in termini di prodotto evitato (cioè quel prodotto vergine del quale, grazie alla disponibilità del materiale riciclato, viene evitata la produzione, e quindi l’impatto ambientale associato, da parte di terzi).

Grazie a questo è stato possibile analizzare l’impatto ambientale dello smaltimento delle materie plastiche in questione in un anno in una provincia.

Questo studio indica strade percorribili nella valutazione di possibili miglioramenti sia nel sistema di smaltimento provinciale, sia nei singoli processi di smaltimento.

A tutto questo è stata affiancata una valutazione dei costi ambientali, che sono la monetarizzazione dei danni provocati all’ambiente. Secondo la logica Total Cost Assessment, il costo totale di un prodotto o di un processo è dato dalla somma dei costi economici effettivamente sostenuti e dei costi ambientali.

a cura di Paolo Neri

Titolo della tesi: Analisi LCA dei possibili scenari di smaltimento delle materie plastiche

Autore della tesi: Luca Ferrari

Relatori: Riccardo Melloni, Paolo Neri, Paolo Pozzi

Università: Università di Modena e Reggio Emilia, Facoltà di Ingegneria


Indice

Struttura dello studio

La prima parte del lavoro è bibliografica: vi è una descrizione accurata della metodologia utilizzata per lo studio, viene presentata la normativa sui rifiuti e vengono descritti i polimeri esaminati e i relativi processi di smaltimento.

Nella seconda parte vengono studiati i processi di smaltimento delle materie plastiche e di produzione di polimero riciclato.

Per il polipropilene sono state esaminate due diverse metodologie di riciclo (con e senza l’operazione di estrusione e rigranulazione), studiando processi di aziende emiliane. È stata inoltre studiata la produzione del materiale vergine presso uno dei tre stabilimenti italiani produttori. Per la termovalorizzazione, sono stati raccolti sul campo i dati di un impianto all’avanguardia, e sono stati corretti i dati di processo in base alla diversa composizione chimica del polipropilene rispetto ai rifiuti solidi urbani. Del termovalorizzatore in esame è riportata anche un’analisi completa riferita alle normali condizioni di funzionamento (cioè incenerimento di RSU), ed è stato fatto un confronto tra l’impatto ambientale dovuto alla produzione di energia bruciando PP, RSU e i più comuni combustibili fossili.

Per il polistirolo espanso è stato studiato il processo di riciclo, presso aziende lombarde.

Per entrambi i polimeri è stato analizzato l’impatto ambientale della produzione del materiale secondario, ed è stato confrontato con quello del materiale vergine.

Nella terza parte si è considerato uno scenario provinciale ed è stato valutato l’impatto ambientale dovuto allo smaltimento di polipropilene e polistirolo espanso conferiti in modo differenziato al sistema di raccolta in un anno, e sono stati calcolati i costi ambientali.

Infine, nella quarta parte sono state confrontate le diverse modalità di smaltimento (riciclo, termovalorizzazione e discarica) ed è stata effettuata un’analisi di sensibilità, al fine di validare alcune stime effettuate durante il lavoro e allo scopo di verificare quanto potrebbero incidere eventuali modifiche ai processi sull’impatto ambientale totale.

Il lavoro è stato svolto interamente presso ENEA.

Lo studio permette di stabilire, sia per ogni singolo scenario di smaltimento, sia per il caso provinciale in esame, l’impatto ambientale sulle diverse categorie di danno (salute umana, qualità dell’ecosistema, risorse) e anche, più specificatamente, sulle singole categorie di impatto, che sono più di una per ogni categoria di danno (ad esempio, per la salute umana possono essere: cambiamenti climatici, riduzione dello strato di ozono, effetti delle sostanze cancerogene…). L’utilizzo di più metodi permette di avere diversi punti di vista: ogni metodo è impostato in modo diverso dagli altri, e quindi fornisce informazioni che altri metodi non danno.

L’analisi LCA, mettendo in evidenza le aree più impattanti dei processi, permette di capire dove conviene spendere risorse per apportare miglioramenti al processo che siano efficaci dal punto di vista ambientale.

Dallo studio risulta che entrambe le modalità di smaltimento producono un danno evitato, all’incirca dello stesso ordine di grandezza, ed emerge in modo particolare una convenienza del riciclo rispetto all’incenerimento.

Per la termovalorizzazione, il danno evitato dalla produzione di energia elettrica è superiore di due ordini di grandezza rispetto al danno provocato dal processo di incenerimento. Per il riciclo, il danno evitato dalla produzione di polimero secondario è superiore di un ordine di grandezza rispetto al danno provocato dal processo di riciclo.

Per quanto riguarda i prodotti evitati, è emerso che l’utilizzo di energia elettrica derivante da termovalorizzazione di polimero permette, rispetto alle fonti tradizionali usate in Italia, un considerevole risparmio di risorse, e si ha un vantaggio anche per quanto riguarda i danni alla salute umana. Per quanto riguarda i polimeri riciclati, essi risultano di gran lunga più convenienti dei polimeri vergini sotto tutte le categorie. A questi vantaggi ne va inoltre aggiunto uno ulteriore: produrre energia e polimeri da rifiuti risolve il problema dello smaltimento di quei rifiuti.

Tutti questi risultati sono ampiamente descritti attraverso un’analisi per sostanza e per processo, per stabilire quali sono i processi più impattanti e le emissioni e i consumi di risorse responsabili dei maggiori danni, al fine di individuare possibili aree di intervento migliorativo.

Analisi LCA del processo di riciclo delle materie plastiche

Obiettivo dello studio

L’obiettivo dello studio è valutare il danno ambientale del ciclo di vita dello smaltimento, tramite riciclo, di rifiuti in polipropilene e in polistirolo espanso raccolti in modo differenziato.

Campo di applicazione dello studio

Il sistema oggetto di studio è il processo subito da un chilogrammo di rifiuti plastici, dalla raccolta (esclusa) in poi. La funzione del sistema è lo smaltimento dei rifiuti definiti in precedenza. I confini del sistema vanno dal trasporto dei rifiuti all’impianto di riciclo, fino alla produzione del polimero riciclato e al contestuale fine vita degli scarti. Il sistema è del terzo ordine, cioè sono considerati anche, seppur in modo semplificato, impianti, macchinari e infrastrutture. L’unità funzionale (cioè l’unità di riferimento rispetto al quale tutti i dati che compongono il bilancio ambientale del sistema in esame saranno normalizzati) è 1 kg di rifiuti. Le aziende che effettuano il riciclo hanno fornito i dati relativi ai trasporti e alle operazioni di trasformazione a cui vengono sottoposti per diventare nuova materia prima. Per rappresentare processi “standard”, come i trasporti, l’energia elettrica, l’energia termica, la produzione e la lavorazione dei materiali costituenti gli impianti e i processi di fine vita degli impianti, si utilizzano processi presenti nella banca dati del programma SimaPro 5.0 e in altre banche dati in possesso di ENEA. Il calcolo dell’impatto ambientale viene effettuato con l’aiuto del software SimaPro 5.0. La valutazione dell’impatto viene eseguita utilizzando i metodi Eco-indicator 99, EPS 2000 e EDIP 96.

Inventario

Il riciclo del PP

Le fasi del processo sono mostrate nel diagramma di flusso riportato in Figura 1 .

Il Life Cycle Inventory (LCI) è riportato in Tabella 1, assieme al contributo percentuale di ciascuna sostanza al danno totale che emerge dalla valutazione usando i tre metodi.

Tabella 1 Il risultato del Life Cycle Inventory del processo Riciclo PP (solo macinazione)
Tabella 1 Il risultato del Life Cycle Inventory del processo Riciclo PP (solo macinazione)
Figura 1 Diagramma di flusso del processo Riciclo PP (solo macinazione)
Figura 1 Diagramma di flusso del processo Riciclo PP (solo macinazione)

Valutazione ambientale e interpretazione dei risultati

Tabella 2 La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo Riciclo PP solo macinazione
Tabella 2 La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo Riciclo PP solo macinazione


Figura 2 Il diagramma della valutazione per punteggio singolo con Eco-indicator 99 del processo Riciclo PP solo macinazione
Figura 2 Il diagramma della valutazione per punteggio singolo con Eco-indicator 99 del processo Riciclo PP solo macinazione

Il riciclo del polistirolo espanso

Il caso del polistirolo espanso è molto differente da quello del polipropilene: mentre per quest’ultimo, il recupero può avvenire anche dove non si effettua la raccolta differenziata per polimero (ottenendo però un prodotto di qualità molto inferiore) mediante la raccolta e il recupero di plastica mista (è il caso, ad esempio, dei cassonetti stradali), questo non è possibile per il polistirolo espanso, che normalmente non viene raccolto se non in modo differenziato, in quanto è incompatibile con gli altri tipi di plastica.

Inoltre, il prodotto che si ottiene dal riciclo non può essere utilizzato per la fabbricazione di imballaggi, che è lo scopo per il quale si produce il 60% circa del prodotto vergine. Infatti, il riciclo degli imballaggi in polistirolo avviene mediante la macinazione dei rifiuti, ottenendo un prodotto inerte (le “palline” di polistirolo) che trova applicazione nel campo dell’edilizia (che è lo scopo per il quale si produce il 40% circa del prodotto vergine), soprattutto per la produzione di massetti alleggeriti e di isolanti termoacustici.

Le polveri che si originano dalla macinazione vengono raccolte, per essere anch’esse riutilizzate, sempre nel campo dell’edilizia.

L’impossibilità di riutilizzare il polistirolo riciclato allo stesso modo del vergine non pone comunque problemi nella definizione del prodotto evitato, dal momento che il polistirolo vergine viene usato normalmente nell’edilizia per le stesse applicazioni per le quali ha mercato il riciclato.

Il Life Cycle Inventory (LCI) è riportato in Tabella 3, assieme al contributo percentuale di ciascuna sostanza al danno totale che emerge dalla valutazione usando i tre metodi.

Tabella 3 Il risultato del Life Cycle Inventory del processo Riciclo PS (EPS).
Tabella 3 Il risultato del Life Cycle Inventory del processo Riciclo PS (EPS).

Le fasi del processo sono mostrate in Figura 3.

Figura 3 Diagramma di flusso del processo PS (EPS) riciclato 100%
Figura 3 Diagramma di flusso del processo PS (EPS) riciclato 100%

L’analisi dei risultati con Eco-indicator 99

Tabella 4 La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo Riciclo PS (EPS)
Tabella 4 La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo Riciclo PS (EPS)
Figura 4 Il diagramma della valutazione per categoria di danno con Eco-indicator 99 del processo Riciclo PS (EPS)
Figura 4 Il diagramma della valutazione per categoria di danno con Eco-indicator 99 del processo Riciclo PS (EPS)


Analisi LCA dei rifiuti smaltiti mediante incenerimento

L'impianto di Brescia è composto da due unità di combustione collegate ad un gruppo turbina a vapore di potenza efficiente lorda pari a 58 MW elettrici e 102 MW termici. Oltre alla produzione di energia elettrica, si recupera dunque l'energia termica, immessa nella rete di teleriscaldamento.

È stata inoltre inserita nel giugno 2004 una terza linea destinata esclusivamente al recupero energetico di biomasse (residui di origine prevalentemente vegetale), che al momento di questo studio, però, è ancora in fase di avviamento e messa a punto, pertanto non verrà considerata.

L’inceneritore produce scorie inerti, grazie alla combustione, e concentra i composti inorganici pericolosi (metalli pesanti) nelle polveri residue dell'impianto di depurazione fumi.

Le sostanze metalliche ferrose, che il processo di combustione non può distruggere, vengono separate da un apposito impianto, a valle della combustione.

All’impianto vengono conferiti i rifiuti solidi urbani, i rifiuti speciali e le biomasse.

La composizione media dei RSU è[1]:

Carta e cartone35%

Materie plastiche22%

Materiale organico, tessili, legno33%

Inerti, metallo, vetro ecc.10%

Il potere calorifico dei rifiuti è compreso tra 7,5 e 10 MJ/kg.

Tutti i rifiuti conferiti accedono all’inceneritore attraverso un apposito portale di controllo situato all’ingresso, sul quale sono installati tre strumenti in grado di rilevare eventuali sorgenti radioattive. In accordo alle specifiche disposizioni di legge, nel caso in cui venga rilevata la presenza di una sorgente radioattiva, le operazioni conseguenti sono finalizzate ad individuare la sorgente radioattiva, isolarla, qualificarla e metterla in sicurezza.

La combustione dei rifiuti avviene nei combustori. I rifiuti vengono automaticamente immessi sulla griglia di combustione, costituita da 6 corsie in parallelo che hanno 15 gradini in movimento per consentire una miscelazione continua dei rifiuti e quindi la loro completa combustione. L’ossigeno necessario alla combustione è quello presente nell’aria; ogni 24 ore vengono mediamente alimentati al combustore 3000000 Nm3 di aria.

La combustione delle parti solide avviene sulla griglia, dove la temperatura della fiamma viene automaticamente regolata al valore di circa 1100 °C, così da distruggere i componenti organici presenti nei rifiuti e, nel contempo, ridurre la formazione di ossidi di azoto e monossido di carbonio.

La combustione del gas originato dalla griglia viene completata nella zona sovrastante, nella cosiddetta fase di postcombustione. In questa fase viene opportunamente immessa e vaporizzata una miscela di acqua e ammoniaca allo scopo di ridurre gli NOX.

In uscita dal combustore si hanno due prodotti: i fumi caldi che fuoriescono per entrare in caldaia, e le scorie che si raccolgono in fondo alla griglia. Le scorie contengono una grande quantità di rottami di ferro di varie dimensioni che vengono separati tramite un’elettrocalamita per poi essere riutilizzati in fonderia. La restante parte delle scorie è materiale inerte riutilizzabile, per ora soprattutto come sostitutivo della ghaia vergine necessaria per coprire i rifiuti in discarica.

La caldaia

All’interno della caldaia i fumi caldi provenienti dal combustore entrano in contatto con i tubi dell’acqua e del vapore, ai quali cedono calore. L’acqua in pressione si scalda e, nell’evaporatore, bolle e diventa vapore saturo che viene infine surriscaldato. L’acqua entra in caldaia, alla pressione di 80 bar e alla temperatura di circa 130°C; il vapore esce dalla caldaia alla pressione di 70 bar e alla temperatura di circa 460°C.

Il trattamento dei fumi

All’impianto di trattamento giungono i fumi provenienti dalla caldaia, ai quali vengono aggiunti calce idrata e carboni attivi.

La calce idrata si combina con le sostanze nocive che si trovano allo stato gassoso, in particolare l’acido cloridrico e fluoridrico e l’anidride solforosa e solforica, per formare sali di calcio che precipitano in fase solida diventando poi polveri trattenute dal filtro.

I carboni attivi adsorbono i microinquinanti (tra cui metalli pesanti, diossine e furani) incorporandoli nelle polveri.

I fumi insieme alle polveri attraversano i filtri a maniche, che sono il cuore dell’impianto di trattamento dei fumi. Le maniche sono costituite da feltri di fibre sintetiche; ciascuna manica è lunga 7 metri ed ha un diametro di 13 centimetri. Ciascuna linea ha un filtro composto da 1944 maniche.

I fumi aspirati dalla caldaia attraversano le maniche dall’esterno verso l’interno a bassa velocità (meno di un metro al minuto), il feltro delle maniche trattiene le polveri e con esse le sostanze assorbite. I fumi depurati escono dalle maniche e vengono convogliati all’esterno.

Figura 5 Lo strato di polveri e incrostazioni che si forma sull’esterno delle maniche viene scrollato meccanicamente mediante “colpi” di aria compressa
Figura 5 Lo strato di polveri e incrostazioni che si forma sull’esterno delle maniche viene scrollato meccanicamente mediante “colpi” di aria compressa

Le polveri scrollate dai filtri vengono raccolte nelle tramogge poste sul fondo del filtro e poi periodicamente convogliate ad un silo di stoccaggio.

Le polveri raccolte sono classificate tra i rifiuti pericolosi in quanto esse si trovano concentrate tra le sostanze nocive presenti nei rifiuti trattati dall’inceneritore e non eliminate dalla combustione. Per questo motivo le polveri vengono adeguatamente trattate in un sistema di inertizzazione, in grado di formare dalle polveri un prodotto stabile. Le polveri, rese così inerti, vengono poi smaltite, in conformità con le specifiche normative. Attualmente, vengono inviate in Germania, dove vengono stoccate nelle miniere di sale dismesse.

I fumi filtrati fuoriescono dal camino ad un’altezza di 120 metri. Nel camino, a varie quote, vi sono apparecchiature che misurano in continuo la concentrazione dei principali inquinanti, sia per controllare il rispetto dei limiti di legge, sia per regolare in automatico il dosaggio di alcuni additivi (calce idrata, carboni attivi, ammoniaca).

Figura 6 Schema dell’inceneritore di Brescia
Figura 6 Schema dell’inceneritore di Brescia

Definizione degli obiettivi e del campo di applicazione dello studio

L’obiettivo dello studio è valutare il danno ambientale del ciclo di vita dello smaltimento, presso l’inceneritore di Brescia, di rifiuti solidi urbani raccolti in maniera indifferenziata e non sottoposti a pretrattamenti.

Campo di applicazione dello studio

Il sistema oggetto di studio è il processo subito da un chilogrammo di rifiuti solidi urbani, dal conferimento all’inceneritore (escluso) in poi. La funzione del sistema è lo smaltimento dei rifiuti solidi urbani. Il sistema studiato va dal conferimento dei rifiuti allo smaltimento delle polveri, delle ceneri e alla produzione di energia, impianti e i macchinari inclusi (sistema del terzo ordine). L’unità funzionale (cioè l’unità di riferimento rispetto al quale tutti i dati che compongono il bilancio ambientale del sistema in esame saranno normalizzati) è 1 chilogrammo di rifiuti. I dati relativi alle fasi del processo, alle emissioni, all’occupazione del suolo, al fine vita delle scorie e delle polveri, ai consumi di materie prime e di energia e all’energia prodotta sono stati forniti dall’azienda Asm, e si riferiscono all’anno 2003. I dati costituenti gli impianti e i processi di fine vita degli impianti sono gli stessi che sono stati utilizzati per lo studio sull’impianto Silla 2 di Milano, presso ENEA. Per le materie prime, il riciclo del ferro separato dalle scorie, per le energie e per tutto quanto non è stato possibile studiare sul campo, si utilizzano processi presenti nella banca dati del programma SimaPro 5.0 e in altre banche dati in possesso di ENEA. Il calcolo dell’impatto ambientale viene effettuato con l’aiuto del software SimaPro 5.0. La valutazione dell’impatto è eseguita con i metodi Eco-indicator 99, EPS 2000 e EDIP 96.

Il risultato del Life Cycle Inventory

Il Life Cycle Inventory (LCI) è riportato in Tabella 5, assieme al contributo percentuale di ciascuna sostanza al danno totale che emerge dalla valutazione usando i tre metodi.

Tabella 5 Il Life Cycle Inventory del processo Inceneritore Brescia
Tabella 5 Il Life Cycle Inventory del processo Inceneritore Brescia

L’analisi dei risultati con Eco-indicator99

Tabella 6 La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo Inceneritore Brescia (i valori percentuali sono rappresentati in corsivo)
Tabella 6 La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo Inceneritore Brescia (i valori percentuali sono rappresentati in corsivo)
Figura 7  Il diagramma della valutazione per punteggio singolo con Eco-indicator 99 del processo Inceneritore Brescia
Figura 7 Il diagramma della valutazione per punteggio singolo con Eco-indicator 99 del processo Inceneritore Brescia
Tabella 7 La valutazione per categoria di danno con Eco-indicator 99 del processo Inceneritore Brescia
Tabella 7 La valutazione per categoria di danno con Eco-indicator 99 del processo Inceneritore Brescia

L’incenerimento delle materie plastiche

Se si ipotizza di incenerire la plastica, il processo analizzato nel paragrafo precedente deve essere modificato, in quanto la plastica ha una composizione chimica molto diversa dai rifiuti solidi urbani, pertanto cambiano le emissioni, e di conseguenza anche le quantità di agenti da utilizzare per l’abbattimento dei fumi, e, aumentando il potere calorifico (la plastica ha potere calorifico molto superiore), aumentano anche le energie prodotte.

Il calcolo delle emissioni

Le emissioni, in mancanza di dati sperimentali, sono state calcolate in base alla composizione chimica del rifiuto, dunque del PP. La banca dati ANPA contiene le emissioni per tutti i tipi di rifiuti e per diverse tecnologie di riferimento. Tutte le emissioni sono state ricalcolate con lo stesso rapporto PP/RSU fornito da ANPA.

Tabella 8 Il calcolo dei dati per l’incenerimento del polipropilene, partendo dai dati della banca dati ANPA, calcolati in base alla composizione chimica dei rifiuti
Tabella 8 Il calcolo dei dati per l’incenerimento del polipropilene, partendo dai dati della banca dati ANPA, calcolati in base alla composizione chimica dei rifiuti

Le energie evitate, invece, sono state ricalcolate in base al rapporto tra i poteri calorifici.

Tabella 9 Il calcolo delle energie evitate per l’incenerimento del polipropilene, effettuato sulla base del rapporto tra i poteri calorifici di RSU e PP
Tabella 9 Il calcolo delle energie evitate per l’incenerimento del polipropilene, effettuato sulla base del rapporto tra i poteri calorifici di RSU e PP

L’analisi del confronto tra Incen. PP Brescia e Inceneritore Brescia

L’incenerimento di solo PP con questo forno inceneritore non è possibile in realtà, in quanto il forno è progettato per incenerire un rifiuto che abbia potere calorifico non superiore a 3000-3500 kcal/kg, mentre il potere calorifico del PP è pari a 11000 kcal/kg. Però, poiché attualmente il rifiuto incenerito ha un potere calorifico basso (1800-2400 kcal/kg), diventa possibile bruciare rifiuti a potere calorifico superiore miscelandoli opportunamente con RSU (pratica peraltro già in uso quando ci sono lotti di rifiuti ad alto potere calorifico, come le farine animali distrutte in seguito al caso mucca pazza).

Tabella 10 La caratterizzazione per categoria di danno del confronto, effettuato con Eco-indicator 99, tra i processi Incen. PP Brescia e Inceneritore Brescia
Tabella 10 La caratterizzazione per categoria di danno del confronto, effettuato con Eco-indicator 99, tra i processi Incen. PP Brescia e Inceneritore Brescia
Figura 8 Il diagramma della valutazione per punteggio singolo del confronto, effettuato con Eco-indicator 99, tra i processi Incen. PP Brescia e Inceneritore Brescia
Figura 8 Il diagramma della valutazione per punteggio singolo del confronto, effettuato con Eco-indicator 99, tra i processi Incen. PP Brescia e Inceneritore Brescia

L’energia elettrica prodotta dalla combustione di rifiuti: confronto con la produzione di energia da combustibili fossili

Un inceneritore è un impianto che nasce per lo smaltimento dei rifiuti, ma la produzione di energia è un vantaggio del quale non si può non tenere conto, dato che, come si è visto, grazie all’energia prodotta si ha, complessivamente, un danno evitato.

Un moderno inceneritore è dunque una vera e propria centrale elettrica, che usa i rifiuti come combustibile (col vantaggio, dunque, di non consumare risorse fossili esauribili). Nei paragrafi seguenti vengono confrontate la produzione di energia elettrica e di energia termica con le più comuni forme di produzione di energia elettrica da combustibili fossili. L’unità funzionale oggetto di confronto è 1 MJ. Viene presentata l’analisi con un solo metodo (Eco-indicator 99).

L’analisi con Eco-indicator 99

Dalla caratterizzazione si vede che l’energia ottenuta dall’incenerimento dei rifiuti è la meno impattante di tutte, in tutte le categorie. L’energia ottenuta dal polipropilene è sempre meno impattante di quella ottenuta dai rifiuti solidi urbani.

Figura 9 Il diagramma della caratterizzazione del confronto tra la produzione di energia elettrica da combustibili fossili e da rifiuti, con Eco-indicator 99
Figura 9 Il diagramma della caratterizzazione del confronto tra la produzione di energia elettrica da combustibili fossili e da rifiuti, con Eco-indicator 99

Analisi del ciclo di vita della produzione della plastica riciclata

Le operazioni di produzione di polimero riciclato coincidono con quelle di smaltimento dei rifiuti plastici tramite riciclo: il polimero riciclato è infatti l’output di tale processo.

I polimeri riciclati dei quali si studia la produzione sono il polipropilene e il polistirolo espanso, cioè quei polimeri dei quali si è studiato il riciclo nel capitolo . Dunque si assumono come processi di trasformazione i processi di riciclo considerati in tale capitolo.

Il processo che si studia in questa fase ha per obiettivo non più lo smaltimento dei rifiuti, ma la produzione di una materia prima. Nel waste treatment il prodotto uscente è considerato prodotto evitato grazie al sistema di gestione dei rifiuti, ora invece esso diventa lo scopo del processo, e il rifiuto, che per il waste treatment rappresenta il fine (in quanto tramite il processo di riciclo deve essere smaltito), ora diventa il mezzo, cioè la materia prima per ottenere un nuovo prodotto.

Obiettivo dello studio

L’obiettivo dello studio è valutare il danno ambientale del ciclo di vita del processo di produzione di 1 chilogrammo di polimero riciclato a partire da rifiuti in polipropilene e in polistirolo espanso raccolti in modo differenziato.

Campo di applicazione dello studio

Il sistema oggetto di studio è il processo di produzione di 1 chilogrammo di polimero riciclato presso l’azienda di riciclo (che coincide con l’azienda produttrice di polimero riciclato).

La funzione del sistema è la produzione di polimeri secondari partendo dai rifiuti.

Il sistema studiato va dal trasporto dei rifiuti all’impianto di riciclo (compreso), fino alla produzione del polimero riciclato. Il fine vita degli scarti che vanno in discarica è compreso, mentre quello dei materiali destinati ad altri ricicli non è compreso (in quanto rientra nei confini del processo di produzione di quel particolare materiale riciclato). Il sistema è del terzo ordine, cioè sono considerati anche, seppur in modo semplificato, impianti, macchinari e infrastrutture.

L’unità funzionale (cioè l’unità di riferimento rispetto al quale tutti i dati che compongono il bilancio ambientale del sistema in esame saranno normalizzati) è 1 chilogrammo di polimero riciclato prodotto mediante il riciclo.

I dati utilizzati sono gli stessi del riciclo, quindi per la qualità dei dati si veda §.

Il calcolo dell’impatto ambientale viene effettuato con l’aiuto del software SimaPro 5.0. La valutazione dell’impatto viene eseguita utilizzando i metodi Eco-indicator 99, EPS 2000 e EDIP 96.

Analisi con Eco-indicator 99 del PP secondario

Il diagramma di caratterizzazione mostra che i processi più impattanti, in quasi tutte le categorie, sono il trasporto e l’elettricità.

Tabella 11  La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo PP riciclato (80% PP)
Tabella 11 La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo PP riciclato (80% PP)
Figura 10 Il diagramma della valutazione per punteggio singolo con Eco-indicator 99 del processo PP riciclato (80% PP)
Figura 10 Il diagramma della valutazione per punteggio singolo con Eco-indicator 99 del processo PP riciclato (80% PP)

La produzione del polipropilene riciclato confrontata con la produzione del polipropilene vergine

Il processo di produzione del polipropilene riciclato, analizzato nel paragrafo precedente, viene confrontato con il processo di produzione del polipropilene vergine, allo scopo di valutare il vantaggio derivante dall’utilizzo di materiale riciclato.

Il processo di produzione è stato scelto tra quelli disponibili nelle banche dati, dal momento che i produttori di polimero vergine non hanno acconsentito a fornire i dati.

Confronto con il prodotto evitato del processo di riciclo, con Eco-indicator 99

Il processo in questione è PP granulate average B250, della banca dati BUWAL B250, ed è stato scelto in quanto è lo stesso che si è utilizzato come prodotto evitato nel riciclo.

Figura 11 Il diagramma di caratterizzazione, per categoria di impatto, del confronto tra il PP vergine (PP granulate average B250) e il PP riciclato (metodo Eco-indicator 99)
Figura 11 Il diagramma di caratterizzazione, per categoria di impatto, del confronto tra il PP vergine (PP granulate average B250) e il PP riciclato (metodo Eco-indicator 99)

Analisi con Eco-indicator 99 del polistirolo espanso secondario

Il polistirolo espanso riciclato è l’output del processo Riciclo PS (EPS).

I dati di questo processo hanno la stessa origine di quelli del processo di riciclo Riciclo PS (EPS), con la differenza che ora, non trattandosi più di waste treatment, non si hanno più prodotti evitati.

Inoltre, in questo processo è presente un additivo chimico, che viene aggiunto al prodotto per renderlo idoneo all’impiego particolare che ne viene fatto, e che non era stato considerato nel riciclo in quanto si è ritenuto opportuno non inserire la peculiarità di un caso specifico in un processo dalla cui analisi si vogliono trarre considerazioni di carattere il più possibile generale.

Il diagramma di caratterizzazione evidenzia che il trasporto è il processo più impattante in tutte le categorie, eccetto Minerals.

Tabella 12 La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo PS (EPS) riciclato 100%
Tabella 12 La caratterizzazione con Eco-indicator 99 del processo PS (EPS) riciclato 100%
Figura 12 Il diagramma della valutazione per punteggio singolo con Eco-indicator 99 del processo PS (EPS) riciclato 100%
Figura 12 Il diagramma della valutazione per punteggio singolo con Eco-indicator 99 del processo PS (EPS) riciclato 100%

La produzione del polistirolo espanso riciclato, confrontata con la produzione di polistirolo espanso vergine

Il processo di produzione del polistirolo espanso riciclato, analizzato singolarmente nel paragrafo precedente, viene ora messo a confronto con il processo di produzione del polistirolo espanso vergine, per valutare il vantaggio ambientale derivante dall’utilizzo di materiale riciclato.

Il processo di produzione è scelto tra quelli presenti nelle banche dati disponibili.

Il processo in questione è PS (EPS) A, della banca dati BUWAL B250, ed è stato scelto in quanto è lo stesso che si è utilizzato come prodotto evitato nel riciclo (cfr. §).

Figura 13 Il diagramma di caratterizzazione, per categoria di impatto, del confronto tra il PS (EPS) vergine (PS (EPS) A) e il PS (EPS) riciclato (PP (EPS) 100% riciclato) (metodo Eco-indicator 99)
Figura 13 Il diagramma di caratterizzazione, per categoria di impatto, del confronto tra il PS (EPS) vergine (PS (EPS) A) e il PS (EPS) riciclato (PP (EPS) 100% riciclato) (metodo Eco-indicator 99)

Conclusioni

La domanda che ha portato ad intraprendere questo studio (“Riciclare la plastica è conveniente?”) ha una risposta:

Il metodo dell’analisi del ciclo di vita, effettuato con i metodi Eco-indicator 99, EPS 2000 e EDIP 96, indica che il riciclo è il sistema di smaltimento più conveniente dal punto di vista ambientale per le materie plastiche raccolte separando i polimeri.

Il confronto tra le diverse modalità di smaltimento è stato effettuato solo per il polipropilene, ma se si considera che l’unica modalità che può concorrere con il riciclo è l’incenerimento, dal momento che, come si è visto, il vantaggio dell’incenerimento è dato dall’energia prodotta, l’incenerimento può risultare più vantaggioso del riciclo solo se si riesce ad aumentare l’energia prodotta. Ma il polipropilene è la plastica con il più alto potere calorifico, pertanto il risultato trovato può essere esteso, più in generale, a tutti i tipi di plastiche raccolte in modo selettivo all’origine per le quali sia possibile il riciclo meccanico.

Questo risultato dunque non può essere esteso in modo così semplice alla plastica raccolta nei cassonetti stradali, per la quale occorrerebbe un’analisi a sé.

Dallo studio, inoltre, emergono altri importanti risultati:

Il danno derivante dalle operazioni di riciclo della plastica è inferiore di due ordini di grandezza a quello, evitato grazie al riciclo, dovuto alla produzione del polimero vergine.

La produzione di plastica riciclata è dunque fortemente vantaggiosa rispetto a quella di polimero vergine, grazie soprattutto al risparmio di risorse che si ha nel primo caso.

Analizzando gli impatti dovuti alle operazioni di smaltimento tramite riciclo, emerge che i danni sono dovuti soprattutto all’energia elettrica e ai trasporti. Il trasporto è particolarmente impattante nel caso in cui, come per il polistirolo espanso nel caso specifico analizzato, il punto di produzione dei rifiuti è molto distante dall’impianto di riciclo. In questo caso, una più razionale distribuzione degli impianti sul territorio comporterebbe notevoli miglioramenti. Questo in molti casi significherebbe anche un aumento del numero degli impianti, e la necessità (il cui perseguimento porterebbe un ulteriore vantaggio ambientale) di innalzare il livello di raccolta differenziata se le quantità raccolte non sono sufficienti per fare sopravvivere economicamente gli impianti, che opererebbero su un territorio più ridotto.

L’incenerimento è tanto più vantaggioso quanta più energia si riesce a produrre. Ma dal momento che il vantaggio è dato da un prodotto evitato, che in questo caso è l’energia elettrica della rete italiana, ne consegue che, essendo la nostra energia elettrica tra le più impattanti in Europa, il vantaggio è vicino a quello del riciclo. La strada per diminuire l’impatto ambientale della produzione di energia esiste (si pensi, ad esempio, al nucleare e alle fonti rinnovabili), mentre per la produzione dei polimeri non esiste, pertanto in un’ottica di ottimizzazione globale del sistema è meglio “evitare” la produzione di questi ultimi e produrre energia in maniera meno impattante.

Data la carenza di impianti inceneritori di rifiuti nel nostro paese, ragionando ancora nell’ottica dell’ottimo globale è meglio dare la precedenza ai RSU, che come alternativa hanno solo la discarica, rispetto alla plastica, che ha una valida alternativa, che in questo studio è risultata essere migliore, come il riciclo. Se la disponibilità di impianti fosse teoricamente infinita, si potrebbe ragionare in maniera diversa e converrebbe indagare più a fondo per quantificare il vantaggio con calcoli più precisi. Allo stato attuale, invece, non ne vale la pena.

La produzione di energia da rifiuti risulta essere meno impattante rispetto all’utilizzo dei combustibili fossili, soprattutto se si tratta di rifiuti plastici. Il grande vantaggio è dato ovviamente dal risparmio di risorse esauribili quali il petrolio, il gas naturale, il carbone e la lignite, ma si ha un vantaggio anche per quanto riguarda la salute, anche se occorre ricordare che il processo di incenerimento studiato utilizza le migliori tecnologie disponibili, mentre quelli di produzione dell’energia fanno riferimento alla situazione media degli impianti europei.

Sono riportati di seguito il riassunto dei principali risultati ottenuti e alcuni paragoni con altri processi che comportano danni ambientali simili. I danni riportati sono quelli, nell’ordine, di Eco-indicator 99, di EPS 2000, di EDIP 96 e di EDIP 96 (resources).


Processo Danno totale (Pt) Costo esterno (€) Processi che danno lo stesso danno in Pt (con Eco-Indicator 99)
Riciclo PP (solo macinazione)
–3,23 E–3 –0,195
–1,05 –0,077
–1,07
–4,65 E–5
18 km percorsi con un’auto diesel

Estrusione di 3,5 kg di alluminio

Produzione di 20 MJ di energia elettrica da gas naturale

Riciclo PS (EPS)
–4,8 E–3 –0,289
–2,15 –0,159
–1,36
–1,07 E–4
27 km percorsi con un’auto diesel

Estrusione di 5,3 kg di alluminio


Produzione di 32 MJ di energia elettrica da gas naturale

Produzione PP riciclato macinato
2,86 E–4 0,017
0,168 0,024
0,129
2,03 E–5
1,6 km percorsi con un’auto diesel

Estrusione di 300 g di alluminio

Produzione di 1,9 MJ di energia elettrica da gas naturale

Produzione PS (EPS) riciclato
9,2 E–5 0,05
5,7 E–2 0,004
4,45 E–2
8,85 E–6
500 m percorsi con un’auto diesel

Estrusione di 100 g di alluminio

Produzione di 0,6 MJ di energia elettrica da gas naturale

Incenerimento RSU
–3,97 E–4 –0,024
–7,5 E–2 –0,009
–4,74 E–2
–6,9 E–6
2,2 km percorsi con un’auto diesel

Estrusione di 450 g di alluminio

Produzione di 2,6 MJ di energia elettrica da gas naturale

Incenerimento PP
–2,15 E–3 –0,127
–0,619 –0,046
–0.517
–4,31 E–5
12 km percorsi con un’auto diesel

Estrusione di 2,4 kg di alluminio

Produzione di 14,2 MJ di energia elettrica da gas naturale

Tabella 13 Riassunto dei principali risultati ottenuti.


Bibliografia

L. Ferrari e altri, “Analisi LCA dei possibili scenari di smaltimento delle materie plastiche

”, Doc. ENEA PROT – P135 - 066, Bologna, 2005




  1. Analisi merceologica RSU ricavata dalle analisi effettuate per conto del CONAI.
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