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Inceneritori e termovalorizzatori

Sarebbe auspicabile una civiltà che non producesse così tanti rifiuti, spesso neppure biodegradabili, ma viviamo invece in problematiche condizioni di emergenza, perché nel mondo se ne producono miliardi di tonnellate, che finiscono in enormi quantità nelle discariche. Quelle autorizzate hanno il fondo della cavità ricoperto da teli impermeabilizzati e l’accumulo compresso è poi ricoperto da terra, a strati, ma con eventuali perdite possono inquinare le falde acquifere, mentre quelle abusive non hanno neppure questo strato di sicurezza, con gravi danni per la salute umana. Nelle discariche controllate, in tubature fessurate, poste al loro interno, tra tanti rifiuti di natura diversa, si raccoglie il biogas che si forma dalla decomposizione delle sostanze organiche e che poi è utilizzato per produzione di energia elettrica e teleriscaldamento. Si cerca di convertire i rifiuti in risorse, riducendone la quantità, con il recupero di ogni tipo di materiali da riciclare: plastica, carta, metalli, in modo da riutilizzare nuovamente le materie prime, con un maggiore risparmio, rispetto a quelle ottenute naturalmente. Si ottiene in questo modo il migliore procedimento di smaltimento, ma non si elimina totalmente il fattore rischio dell’inquinamento, che, come in ogni settore produttivo, richiede perciò migliori sforzi per un risparmio energetico nel rispetto dell’ecologia. Sarebbe anzitutto necessario risalire all’origine, proibendo la produzione di prodotti inquinanti, soprattutto prodotti chimici di sintesi come plastiche, fitofarmaci, fertilizzanti, solventi ecc. Per eliminare i rifiuti, si usa invece incenerirli in diverse tipologie d’inceneritori, i più attuali, detti termovalorizzatori. In essi però si producono scorie molto inquinanti, che si devono trasportare nelle discariche. Trattate, si possono riutilizzare nella produzione di calcestruzzo con dubbia tossicità, recuperando sia i metalli ferrosi, sia quelli senza contenuto di ferro e riducendo notevolmente le scorie da discarica. Con i fumi di questo processo, inoltre, s’immettono nell’ambiente diossina e numerose emissioni molto tossiche, che costituiscono le polveri sottili, o il particolato fine e ultrafine, rispettivamente con particelle di diametro 2,5 μm e 0,1 μm, pericolose per gli esseri viventi e che non possono essere ridotte totalmente con i filtri di captazione. Controlli sulla popolazione esposta a queste emissioni hanno evidenziato l’incidenza di malattie cardiovascolari, polmonari e aumento di tumori. Materie plastiche, anche se unite a carta o alluminio e fibre sintetiche che non contengono cloro, si riuniscono in ecoballe, che sottoposte a trattamenti, costituiscono il combustibile derivato dai rifiuti (CDR), oppure RDF, che è l’acronimo di “refuse derived fuel”. E’ utilizzato nei forni in varie industrie o per produrre energia elettrica. Dalla combustione dei rifiuti, uniti al metano, infatti, si ottiene il vapore necessario per produrre energia meccanica, trasformata in elettrica da un alternatore. Nella produzione di questo combustibile la scelta delle materie plastiche che non contengono cloro e quindi l’eliminazione del PVC, materiale plastico, che bruciato nei termovalorizzatori, libera maggiormente diossina, non risolve comunque il problema dello smaltimento di questo pericoloso materiale. Esistono poi diversi tipi di plastica e rifiuti clorurati, che per combustione non controllata, producono, oltre che diossina, un’enorme quantità di sostanze inquinanti e tossiche. Si ricorda che la diossina, per esempio, può essere trasportata a grande distanza nell’ambiente terrestre e acquatico e che si accumula irreversibilmente nei tessuti con gravi danni della salute, poiché è cancerogena e non è decomposta dai microrganismi.

Processo Neutrec

Con il processo Neutrec, brevettato e applicato in Italia per la prima volta dalla Solvay, si depurano i fumi dei termovalorizzatori, rispettando, nella quasi totalità, le normative europee di emissioni. Nel condotto dei fumi, s’introduce bicarbonato di sodio. Per l’elevata temperatura, si trasforma in carbonato di sodio poroso che reagisce con l’acido cloridrico e fluoridrico e con il biossido di zolfo… ecc. Neutralizzando gli acidi, infatti, esso forma, rispettivamente, cloruro, fluoruro, solfato di sodio, ecc. Questi sali poi sono recuperati per filtrazione. Nello stesso condotto sono immessi anche il carbone attivo o il coke e si ottiene un assorbimento di metalli pesanti, diossine e furani. I prodotti sodici residui sono stoccati in un silos sul posto e poi sono messi insieme all’acqua in un dissolutore, dove regolando il ph, si fanno precipitare i metalli pesanti. La sospensione ottenuta attraversa prima un filtro a pressa, dando un residuo solido umido da inertizzare, ma da discarica (1-2 Kg per tonnellata di rifiuto incenerito), poi uno a sabbia, per eventuali particelle in soluzione. Si elimina infine tutto ciò che è ancora in soluzione con carbone attivo e con resine a scambio ionico, così definite, per la presenza di ioni nei loro granuli. I prodotti sodici residui sono recuperati e così pure le acque utilizzate per la depurazione e rimessi nuovamente nel ciclo.

Plasma processing

Un altro tipo di tecnologia rivoluzionaria per lo smaltimento dei rifiuti è il plasma processing. In questo tipo di tecnologia si utilizza il plasma con temperature che superano i 10000° C, per il passaggio di un arco elettrico tra le particelle di aria, gas nobili, ecc. Con questo processo ogni tipo di rifiuto si distrugge e ogni molecola si scompone in elementi semplici, con vantaggio rilevante dell’eliminazione di scorie pericolose e con formazione di una massa vetrosa simile alla lava, riutilizzabile per vetri inerti, syngas. Le emissioni inquinanti prodotte sono inoltre minime, rispetto alla combustione dei rifiuti nei termovalorizzatori.

Compost

Dalla decomposizione di materia organica di origine vegetale e animale: foglie, erba, scarti di cucina, letame, paglia da lettiera, escrementi di animali da cortile (pollina)… per azione dei microrganismi in opportune condizioni e alla presenza di ossigeno, si ottiene il compost, che porta alla produzione di humus. Esso è un ottimo concime per i terreni agricoli. Le piante assorbono dal terreno gli elementi nutritivi e lo impoveriscono e i concimi organici naturali rendono nuovamente fertile il terreno. La concimazione dei terreni agricoli è un’altra valida ragione per praticare il riciclaggio degli scarti domestici da cucina nei centri urbani, anche perché la disponibilità dei concimi organici naturali non soddisfa le reali necessità di una sana agricoltura e il processo di fermentazione per ottenere materiale di compostaggio richiede diversi mesi.

Biomasse

L’energia può essere ricavata anche dalla biomassa, ottenuta dal mondo organico, producendo biocombustibili. Con processi biochimici, per l’azione dei microrganismi, da rifiuti organici vegetali e animali, come liquami, letame, insilati, rifiuti organici urbani, scarti agroalimentari, fanghi di depurazione, in precedenza mescolati e omogeneizzati, si può ottenere biogas nei digestori anaerobici, che sono dei contenitori chiusi ermeticamente, continuamente rimescolati, con pareti isolate termicamente e riscaldate. Dal processo anaerobico di vari microrganismi, che interagiscono tra di loro, degradando i carboidrati, i grassi e le proteine del substrato organico, si ottengono vari prodotti di degradazione: zuccheri semplici, acidi grassi, amminoacidi. A questa fase d’idrolisi segue quella di acidogenesi, in cui i microrganismi danno come prodotti della reazione alcoli, acidi grassi volatili, quali il proprionato, il butirrato … Inoltre si ottiene ammoniaca dalla degradazione delle proteine e acido solfidrico da quelle che contengono zolfo. Con l’acetogenesi, per opera dei batteri acetogeni, si forma poi acido acetico e formico, biossido di carbonio e idrogeno. La metanogenesi è l’ultima fase, in cui si ottiene il metano con due processi differenti. Esso, nel primo, si forma con la seguente reazione dalla dismutazione anaerobica dell’acido acetico, con creazione di biossido di carbonio:

Nel secondo processo, il metano si forma dall’ossidazione anaerobica dell’idrogeno:

E’ rilevante precisare che il tipo di sostanza organico utilizzato induce una variazione percentuale tra il 50% e 80% nella produzione di metano. La fermentazione con sviluppo di batteri mesofili, a temperature fra 30-40°C, dura generalmente una quindicina di giorni, fra 50-60°C con batteri termofili dura una trentina di giorni e a 10-25°C con gli psicrofili anche novanta giorni. Nella combustione del metano si ha emissione di CO², lo stesso che le piante per il processo della fotosintesi clorofilliana sottraggono all’ambiente, formando materia organica insieme con l’acqua e i sali minerali, prelevati con le radici dal terreno o che gli animali assumono, nutrendosi con le stesse piante. Per questo motivo si crea un equilibrio tra sottrazione di CO² all’ambiente per opera delle piante e combustione di metano. La combustione dei gas naturali e del carbone fossile, che si sono formati in epoche geologiche passate sviluppa invece CO² da energia non rinnovabile. Lo sfruttamento di scarti di origine vegetale, animale e di liquame nei digestori fornisce energia calorica ed elettrica e un concime che migliora le condizioni igieniche, eliminando anche i cattivi odori. Il metano può essere utilizzato inoltre come carburante nei mezzi di trasporto o può essere aggiunto al gas naturale nella rete domestica. Le aziende agricole possono quindi aumentare il loro reddito, producendo energia, che può essere ceduta alla rete elettrica e utilizzata nell’azienda stessa per il funzionamento dei digestori. Possono inoltre vendere i rifiuti organici a chi possiede un impianto per la produzione del metano, quando ne sono sprovvisti.

Biocarburanti

I biocarburanti, come per definizione della parola stessa, forniscono energia dalla biomassa, per il funzionamento dei motori a combustione interna. Il bioetanolo, infatti, utilizza come carburante l’etanolo, con formula CH₃–CH₂OH, che bolle a 79°C, l’alcool contenuto nel vino, nella birra, nei liquori, dall’aspetto di un liquido incolore. E’ ottenuto dalla fermentazione dei cereali e di sostanze zuccherine, come per esempio barbabietola e canna da zucchero, utilizzato in percentuale del 20% insieme alla benzina. In questo caso, allo stesso modo che in tutte le biomasse, si crea un equilibrio tra sottrazione di CO² all’ambiente per opera delle piante e quello che si reimmette nell’ambiente con la combustione dell’etanolo. Le sovvenzioni per favorire la produzione di bioetanolo al fine di eliminare le emissioni di CO² per i gravi problemi climatici, causati dell’effetto serra e l’esaurimento delle riserve petrolifere hanno incrementato enormemente questa produzione in diversi stati. E’ stato rilevato che il bioetanolo riduce le emissioni cancerogene delle auto, come per esempio il benzene, il toluene … ma ne aumenta altre: acetaldeide, formaldeide. L’acetaldeide ha un odore soffocante ed è tossica. Per ossidazione dell’alcol etilico si ha:

Alcol metilico + ossigeno = aldeide formica + acqua

La formaldeide o aldeide formica (CH₂O) a temperatura ambiente è un gas. Le soluzioni acquose agiscono come disinfettante ed è usata per la fabbricazione della plastica. A basse dosi irrita le mucose e gli occhi; per ingestione o esposizione a dosi elevate è cancerogena. Il biodiesel si ottiene con un processo chimico (transesterificazione con metanolo) da oli vegetali e grassi ed è interamente utilizzato come carburante nei motori diesel, oppure mescolato con gasolio. Non contiene zolfo e quindi non emette ossido di zolfo e anche se le emissioni di benzopirene sono minime, tuttavia aumentano quelle di ossidi di azoto.