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Materiali, risorse e ambiente: Materiali, risorse e ambiente: le tecnologie di riciclo dei materialile tecnologie di riciclo dei materiali
Facoltà di IngegneriaCorso di laure di Ingegneria Industriale
Attività seminariali
Nuovi Materiali per le Tecnologie del Futuro
Prof. Flavio Deflorian
RICICLORECUPERO DI MATERIE PRIME SECONDE
PRESSIONI:
ECONOMICHE
TECNOLOGICHE
STORICAMENTE SI FA DA SEMPRE
perché si parla così tanto di riciclo oggi?
RICICLOSMALTIMENTO DEI RIFIUTI
PRESSIONI:
CULTURALI
LEGISLATIVE
ECONOMICHE
FONTI:
RIFIUTI PRE-CONSUMO ( SCARTI, SOTTOPRODOTTI) o INDUSTRIALI
RIFIUTI POST-CONSUMO (RSU)
MATERIALE PRODUZIONE MONDIALE 1996 RISERVE RISERVE/PRODUZIONE ANNUA (PRIMARIA) [milioni di tonnellate] [milioni di tonnellate] Ferro 1000 232000 232 Alluminio (Bauxite) 111 28000 252 Rame 10 610 61 Piombo 2.8 120 43 Zinco 7.2 330 46 Nickel 1.1 110 100 Stagno 0.190 10 53 Tungsteno 0.030 3.3 110 Cobalto 0.024 9 375 Mercurio 0.003 0.24 80
RICICLO
PRE-CONSUMO SOTTOPRODOTTI
SCARTI-SFRIDI
POST-CONSUMO PRIMARIOSECONDARIO (energia?)
VALUTAZIONI ECONOMICHE
X – Y <= ZX = costo di recupero
Y = costo di smaltimento
Z = costo materia prima
Cosa si ricicla?
•Volume nei RSU (Es. Carta)
•Problemi di smaltimento nei RSU (es. batterie)
•Sottoprodotti industriali con volumi notevoli (es. loppe)
•Scarti industriali di valore (purezza) (rigenerazione polimeri)
•Sottoprodotti industriali con problemi di smaltimento (ambiente)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Incremento della raccolta differenziata nella Provincia Autonoma di Trento (%)
VETRO RICICLATO ED ENERGIA:
UN ESEMPIO DI “INFORMAZIONE”Per produrre 1 kg di vetro riciclato si consuma 1 Kg di petrolio, anziché 350 come per produrre 1 Kg di vetro nuovo(http://www.manitese.it/faenza/rifiuti.htm)
per produrre il vetro necessario per una bottiglia da materie vergini servono 90 grammi di gasolio, per una riciclata 10 grammi.(http://www.cm-casentino.toscana.it)
Per produrre 1Kg di vetro riciclato occorre un terzo dell’energia necessaria per produrre 1Kg di vetro.(http://www.bdp.it/~genet/gio-3/ambient.html), comune di Genova
per produrre 1 Kg di vetro nuovo è necessaria una quantità di energia più che doppia di quella che serve per 1 Kg di vetro riciclato (6,3 Kwh contro 3 Kwh) (http://www.usaeprogetta.it/rami/red_vetro003.htm)
L'impiego di rottame di vetro nuovo consente di risparmiare il 25% dell'energia necessaria per produrlo con le sole materie prime tradizionali.(http://www.afpdronero.it/afp/kanguro.htm)
Il risparmio energetico corrisponde più o meno al 2,5 per cento del combustibile impiegato per ogni 10 per cento di rottame utilizzato: un impiego dell’80 per cento di rottame di vetro comporta dunque un risparmio energetico del 20 per cento(http://www.usaeprogetta.it/003.htm)
ogni incremento del 20% di rottame di vetro nella miscela vetrificabile consente un risparmio medio del 2,5%-3,0%(http://www.ines.org/ctm/altromercato/06-96/vetro.html)
LA RACCOLTA DIFFERENZIATA
Modelli tecnologici
Esistono diverse tipologie di raccolta adottate in Italia.Possiamo suddividere le modalità di raccolta secondo tre criteri:
•in base al rapporto con la raccolta ordinaria di RSU;•in base al ciclo di trattamento dei materiali raccolti;•in base al tipo di utenza a cui si rivolge il servizio.
Secondo il primo criterio potremo parlare di raccolte aggiuntive o integrate, per il secondo criterio di raccolte a recupero diretto o raccolte seguite da trattamento, in base al terzo criterio avremo raccolte a utenza generalizzata o specifica.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 35 100 400 800 1400
Distanza abitazione - campana (mt.)
% di cittadini
disposti a
partecipare
alla raccolta
differenziata
Il caso dei materiali poliaccopiati:
Recupero
Termico
Termovalorizzatori
Recupero
Termico
CDR
RICICLO
RICICLO CONGIUNTO
Le 171 analisi merceologiche - effettuate da Comieco sui propri convenzionati, che effettuano la raccolta differenziata congiunta di carta - hanno riscontrato una presenza di cartoni per bevande avviati a riciclo nelle cartiere nazionali pari allo 0,58%. La stima del macero raccolto a livello nazionale per l’anno 2001 é pari a 1.300.000 ton. Pertanto applicando la percentuale riscontrata dalle analisi merceologiche di Comieco, si certifica una presenza di cartoni per bevande pari a 7500 ton.
RICICLO DEDICATO
Si intendono le quantitá di materiale post-consumo derivanti da sperimentazioni e dalle raccolte differenziate avviate negli ultimi tempi. Come noto, allo stato attuale l’unica cartiera che in Italia effettua il riciclo dedicato dei soli cartoni per bevande a marchio Tetra Pak, é la cartiera di Santarcangelo. Tale cartiera ricicla sia la cellulosa sia le altre componenti dei cartoni per bevande, alluminio e polietilene.
Per l’anno 2001, la cartiera di Santarcangelo attesta un riciclo di cartoni per bevande post-consumo pari a 350 ton.
Dati di sintesi: CPB 2001
Cartiera dedicata di Santarcangelo di Romagna
La Cartiera Santarcangelo, unica in Italia a riciclare contenitori per bevande in poliaccopiato ha messo i 54 dipendenti in cassa integrazione ad inizio 2004 e successivamente ha chiuso definitivamente l’attività.
Alcune cartiere riciclano la parte cellulosica assieme ad altra carta da macero (la parte polimerica viene combusta)
Analisi comparativa del ciclo di vita tra contenitori per latte fresco e latte UHT:
Tetra Rex – PET e Tetra Brik Aseptic – HDPE
Fonte: Università degli Studi di Padova 2003
Life Cycle Assessment.
Comprende le ipotesi di:•smaltimento in discarica, •recupero (termovalorizzazione, recupero energetico, compostaggio), •riciclo.
Tetra Pak (dati Comieco): Discarica 69,4%, Termovalorizzazione 23,9%, Riciclo congiunto 6,3%, Riciclo dedicato 0,3%, Compostaggio 0,1%.
bottiglie in plastica (dati Corepla)Discarica 61,6%, Riciclo meccanico 19,5%,
Recupero energetico 18,9%.
Fine vita
CHE COS’E’ IL PET?CHE COS’E’ IL PET?
Il PET o Il PET o polietilentereftalatopolietilentereftalato è è
un poliestere termoplastico un poliestere termoplastico semicristallino di sintesi ottenuto semicristallino di sintesi ottenuto dalla dalla policondensazionepolicondensazione dei due dei due
monomeri: monomeri:
glicole glicole etilenicoetilenico e acido e acido tereftalicotereftalico..
LE CARATTERISTICHE LE CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEL PETPRINCIPALI DEL PET
�� Ottime proprietà barriera ai gas (OOttime proprietà barriera ai gas (O22 e COe CO22))
�� Elevato modulo elasticoElevato modulo elastico
�� Scarsa deformazione sotto carico costante (Scarsa deformazione sotto carico costante (creepcreep))
�� Trasparenza e brillantezzaTrasparenza e brillantezza
�� Sensibilità all’umidità alle temperature di Sensibilità all’umidità alle temperature di lavorazione (260lavorazione (260-- 280°C)280°C)
�� Sensibilità all’azione di soluzioni fortemente basicheSensibilità all’azione di soluzioni fortemente basiche
PER PRODURRE 1 KG DI PET PER PRODURRE 1 KG DI PET VERGINE DA BOTTIGLIAVERGINE DA BOTTIGLIA
Energia necessaria (pari a circa 1,9kg di petrolio):Energia necessaria (pari a circa 1,9kg di petrolio):Elettricità Elettricità 8,97 MJ8,97 MJ
OliiOlii combustibilicombustibili 46,56 MJ46,56 MJ
Altri combustibiliAltri combustibili 28,28 MJ28,28 MJ
Totale:Totale: 83,81 MJ83,81 MJ
Materie prime necessarie:Materie prime necessarie: 19,28 kg19,28 kg
Per riciclare 1 kg di PET occorre il 60% in meno di energia.
LA PRIMA SELEZIONELA PRIMA SELEZIONE
DAL MULTIMATERIALE INDIFFERENZIATO (contenitori DAL MULTIMATERIALE INDIFFERENZIATO (contenitori in vetro, metallo e plastica) VALORE DI MERCATO in vetro, metallo e plastica) VALORE DI MERCATO
0,00 €/kg0,00 €/kg
AL MULTIMATERIALE COSTITUITO SOLO DA AL MULTIMATERIALE COSTITUITO SOLO DA CONTENITORI IN PLASTICACONTENITORI IN PLASTICA
LA SELEZIONE MANUALELA SELEZIONE MANUALE
Le fasi principali:Le fasi principali:- il “rompi sacchi”
- il dosatore/distributore a tamburo rotante
- il nastro selezione manuale- le buche di raccolta
- la pressa
Numero addetti minimo: 10
LA SELEZIONE MANUALELA SELEZIONE MANUALE
LA SELEZIONE MANUALELA SELEZIONE MANUALE
I vantaggi:I vantaggi:• investimento iniziale ridotto
• non necessario personale specializzato
Gli svantaggi:Gli svantaggi:
• elevato numero di addetti• scarsa costanza di qualità ed efficienza
• ridotta produttività
LA SELEZIONE AUTOMATICALA SELEZIONE AUTOMATICA
Le fasi principali:Le fasi principali:- il “rompi sacchi” - il dosatore/distributore a tamburo rotante- l’aspiratore frazione leggera (films, sacchetti, …)- il nastro selezione manuale ( separazione corpi estranei)- il nastro a tamburo repulsivo eddy current (separazione metalli)- l’aspiratore flaconi in plastica (separazione vetro- plastica)- le buche di raccolta- la pressa
Numero addetti massimo: 1
LA SELEZIONE AUTOMATICALA SELEZIONE AUTOMATICA
Il nastro a tamburo repulsivo (eddy current)
LA SELEZIONE AUTOMATICALA SELEZIONE AUTOMATICA
I vantaggi:I vantaggi:• elevata produttività
• costanza di qualità ed efficienza
• ridotto numero di addetti
Gli svantaggi:Gli svantaggi:• investimento iniziale consistente• necessario personale specializzato
COSA SI COSA SI PUO’PUO’ FARE CON LA FARE CON LA PLASTICA ETEROGENEA? PLASTICA ETEROGENEA?
La miscela, costituita principalmente da PE, PP e PET, La miscela, costituita principalmente da PE, PP e PET, sottoposto a:sottoposto a:
�� triturazione, frantumazione grossolanatriturazione, frantumazione grossolana
�� densificazionedensificazione
�� estrusione in barreestrusione in barre
viene infine trasformata il manufatti mediante le normali viene infine trasformata il manufatti mediante le normali lavorazioni per asportazione di truciolo usate per il lavorazioni per asportazione di truciolo usate per il legno.legno.
MANUFATTI IN PLASTICA MANUFATTI IN PLASTICA ETEROGENEA ETEROGENEA
Alcuni esempi:Alcuni esempi:
MANUFATTI IN PLASTICA MANUFATTI IN PLASTICA ETEROGENEAETEROGENEA
Problematiche:Problematiche:
�� Materiale non omogeneo a causa delle Materiale non omogeneo a causa delle differenti temperature dei polimeri miscelati e differenti temperature dei polimeri miscelati e dell’incompatibilità di alcuni ( solo piccole dell’incompatibilità di alcuni ( solo piccole percentuali di PET)percentuali di PET)
�� No forme complesseNo forme complesse
�� No spessori ridottiNo spessori ridotti
�� Elevato costoElevato costo
LA SECONDA SELEZIONELA SECONDA SELEZIONE
DAL MULTIMATERIALE COSTITUITO DA DAL MULTIMATERIALE COSTITUITO DA CONTENITORI IN PLASTICA VARIACONTENITORI IN PLASTICA VARIA
AL MONO MATERIALE FLACONI IN PETAL MONO MATERIALE FLACONI IN PET
SUDDIVISI PER COLORE (incolore, blu, verde, misto) SUDDIVISI PER COLORE (incolore, blu, verde, misto)
VALORE DI MERCATO 0,05 VALORE DI MERCATO 0,05 -- 0,15 €/kg0,15 €/kg
LA SELEZIONE MANUALE LA SELEZIONE MANUALE
Le fasi principali:Le fasi principali:- il “frangi balle”
- il dosatore/distributore a tamburo rotante
- il nastro selezione manuale- le buche di raccolta
- la pressa
Numero addetti minimo: 10
LA SELEZIONE AUTOMATICALA SELEZIONE AUTOMATICA
Le fasi principali:Le fasi principali:- il “frangi balle”
- il dosatore/distributore a tamburo rotante
- l’aspiratore frazione leggera - il nastro a tamburo repulsivo (eddy current)
- i nastri con spettrometro Nir (separazione polimeri)- i nastri con spettrometro luce visibile (separazione colori)
- le buche di raccolta- la pressa
Numero addetti massimo: 1
LA SELEZIONE AUTOMATICALA SELEZIONE AUTOMATICA
Nastro con spettrometro NIR
LA SELEZIONE AUTOMATICALA SELEZIONE AUTOMATICA
Lo spettrometro NIR:caratteristiche principali.
IL LAVAGGIO E LA IL LAVAGGIO E LA MACINAZIONEMACINAZIONE
DAI FLACONI IN PET CON RESIDUI DELDAI FLACONI IN PET CON RESIDUI DEL
CONTENUTO ORIGINALE COMPLETI DICONTENUTO ORIGINALE COMPLETI DI
TAPPO IN HDPE ED ETICHETTA IN CARTA INCOLLATA O TAPPO IN HDPE ED ETICHETTA IN CARTA INCOLLATA O IN PE TERMOSALDATO,IN PE TERMOSALDATO,
ALLA SCAGLIA DI PET LAVATA E MACINATAALLA SCAGLIA DI PET LAVATA E MACINATA
VALORE DI MERCATO 0,30 VALORE DI MERCATO 0,30 -- 0,60 €/kg0,60 €/kg
IL LAVAGGIO E LA IL LAVAGGIO E LA MACINAZIONEMACINAZIONE
Le fasi principali:Le fasi principali:
A) lo “A) lo “sfaldaballesfaldaballe” (separazione delle bottiglie)” (separazione delle bottiglie)
B) il vaglio rotante (separazione tappi, etichette, terra)B) il vaglio rotante (separazione tappi, etichette, terra)
C) il separatore di metalliC) il separatore di metalli
D) il nastro per la selezione manuale del PVC (raggi X) D) il nastro per la selezione manuale del PVC (raggi X)
E) il mulino in acqua e il E) il mulino in acqua e il frictionfriction washerwasher (riduzione in scaglia e separazione (riduzione in scaglia e separazione etichette e terra)etichette e terra)
F) la vasca separazione PET F) la vasca separazione PET -- HDPE (bottiglia affonda HDPE (bottiglia affonda -- tappo galleggia)tappo galleggia)
G) hot G) hot washingwashing batchbatch (lavaggio in acqua calda a 95°C con soluzioni basiche per (lavaggio in acqua calda a 95°C con soluzioni basiche per togliere la colla e residui del contenuto originale)togliere la colla e residui del contenuto originale)
H) il risciacquo ed asciugatura mediante centrifugazioneH) il risciacquo ed asciugatura mediante centrifugazione
I) la classificatore in aria (separazione parti leggere etichettI) la classificatore in aria (separazione parti leggere etichette e polvere)e e polvere)
COSA SI COSA SI PUO’PUO’ FARE CON LA FARE CON LA SCAGLIA? SCAGLIA?
Il materiale all’uscita dall’impianto di lavaggio e macinazione,Il materiale all’uscita dall’impianto di lavaggio e macinazione,costituito da scaglie di dimensione media 10x10x0,3mm, è costituito da scaglie di dimensione media 10x10x0,3mm, è sottoposto ad una o più fasi che in ogni caso prevedono la fusiosottoposto ad una o più fasi che in ogni caso prevedono la fusione ne e la successiva solidificazione dello stesso.e la successiva solidificazione dello stesso.
ScagliaScaglia ⇒⇒ RigranulazioneRigranulazione, , CompoundingCompounding
⇓⇓ (estrusione, stampaggio) (estrusione, stampaggio) ⇓⇓
ManufattoManufatto ⇐⇐ ⇐⇐
