Scorie MWIP: recupero ottimizzato dei metalli

Ogni tonnellata di rifiuti inceneriti nell'impianto di incenerimento dei rifiuti (MWIP) produce circa 200 chilogrammi di residuo solido, le scorie. La maggior parte è costituita da minerali, ma fino al 20% è costituito da metalli e vetro di valore facilmente riciclabili. Non è più un segreto: dal 2013 in Svizzera è obbligatorio il trattamento delle scorie per il recupero dei metalli. Tuttavia, è tutt'altro che banale separare i metalli dalle scorie nella migliore qualità e quantità possibile. È proprio questo l'obiettivo dell'impianto di trattamento delle scorie gestito da ZAV Recycling AG presso il sito Kehrichtverwertung Zürcher Oberland (KEZO) di Hinwil. Rispetto al trattamento convenzionale delle scorie scaricate a umido, tratta solo scorie scaricate a secco. Ma cosa significa per l'ambiente quando i metalli delle scorie MWIP vengono reimmessi nel ciclo? Uno studio di valutazione del ciclo di vita del Politecnico di Zurigo ha esaminato per la prima volta questo aspetto in dettaglio.

Circolazione anziché discarica 

Due meccanismi sono decisivi per la riduzione dell'impatto ambientale (credito ambientale): da un lato, la lavorazione delle scorie garantisce che le scorie residue, che vengono smaltite in discarica, siano prive di metalli. Ciò significa che, a lungo termine, una minor quantità di metalli pesanti viene rilasciata dalla discarica nelle acque sotterranee. Nell'articolo si parla di "riduzione delle emissioni in discarica". D'altra parte, i metalli primari prodotti possono essere sostituiti dai metalli recuperati, nel seguito denominati "sostituzione dei metalli primari". Poiché la produzione primaria di metalli è solitamente associata a un impatto ambientale enormemente maggiore, tale sostituzione riduce l'impatto ambientale complessivo. Il prerequisito per questo è che vengano sostituiti i metalli primari e non altri metalli secondari, cosa che si può ipotizzare nell'attuale situazione del mercato mondiale (IRP 2019).

Rilevazione dei flussi di materiale 

L'LCA si basa sui dati relativi al flusso di materiali per i metalli ferro, acciaio inossidabile, alluminio, rame, piombo, argento e oro. Altri metalli recuperati come zinco, stagno o palladio non sono stati presi in considerazione per mancanza di dati affidabili. Bisogna essere consapevoli: I flussi di massa dei rifiuti che passano attraverso un MWIP sono eterogenei e variano sia stagionalmente che temporalmente. Proprio per questo motivo, i dati rappresentativi del flusso di materiali sono fondamentali per la valutazione ecologica. Sono stati raccolti in una campagna di misurazione nel 2017 con un alto grado di rappresentatività e dettaglio:

• Quali quantità di quali metalli vengono recuperate e in quale qualità?
• Quali metalli primari sostituiscono e come devono essere lavorati?
• Che impatto ha questo sulla composizione delle scorie residue?

Se i flussi di metallo vengono ampliati con dati di valutazione del ciclo di vita, è possibile valutare l'impatto ambientale del ritrattamento. La situazione dei dati consente un'analisi specifica delle frazioni di metalli per quantificare il contributo delle singole frazioni di metalli al credito ambientale complessivo. Anche la qualità delle singole frazioni potrebbe essere presa in considerazione per quanto riguarda l'effetto di sostituzione. Migliore è la qualità della frazione metallica separata nel processo di lavorazione delle scorie, minori sono le perdite di metallo e le spese per i successivi processi di riciclaggio - ergo, maggiore è il credito ambientale. Per potenziale ecologico si intende sempre il credito ambientale derivante dal recupero dei metalli citati rispetto allo scenario ipotetico senza recupero dei metalli, cioè con lo smaltimento diretto delle scorie in discarica. Oltre all'impatto sul cambiamento climatico (in CO2-eq), sono considerati come categorie di impatto gli effetti eco- e umano-tossici e il consumo di risorse.

Realizzare il potenziale 

Complessivamente, il recupero dei metalli a Hinwil fornisce un credito ambientale di circa 780 kg CO2-eq per tonnellata di scorie secche. Che cosa significa esattamente e come si compone? Primo: rispetto alla sostituzione dei metalli primari, la riduzione delle emissioni delle discariche è trascurabile nel caso di un orizzonte temporale delle emissioni considerato di 1000 anni. In questo caso, la sostituzione dei metalli primari con quelli recuperati contribuisce per il 75-99% al credito ambientale totale, a seconda della categoria di impatto considerata. I contributi delle singole frazioni granulometriche e dei metalli al credito di sostituzione fanno un po' più di luce sulla situazione. In termini di massa, la maggior parte del ferro grossolano separato con un primo magnete domina, rappresentando poco meno della metà dei metalli recuperati. Da un punto di vista ecologico, tuttavia, emerge un quadro diverso: le frazioni metalliche nella gamma di granulometria inferiore tra 0,3 e 12 mm svolgono un ruolo centrale dal punto di vista ecologico, nonostante la loro bassa quota di massa, pari a circa il 15%, e contribuiscono tra il 29 (cambiamenti climatici) e il 64% (consumo di risorse) al credito ambientale totale della sostituzione dei metalli primari, a seconda della categoria di impatto (cfr. Fig. 1). I metalli pesanti non ferrosi (metalli NF) rame, piombo, argento e oro sono associati a crediti di sostituzione particolarmente elevati, poiché la loro produzione primaria causa impatti ambientali particolarmente elevati. Per questo motivo, dal punto di vista ecologico, ha particolarmente senso recuperare questi metalli. Nel caso del cambiamento climatico, l'alluminio è un fattore aggiuntivo, in quanto la produzione primaria causa ben dieci volte le emissioni di gas serra rispetto alla produzione secondaria. Poiché i metalli non ferrosi sono spesso racchiusi nelle scorie sinterizzate e si trovano nello spettro granulometrico profondo, al di sotto dei 12 mm, le scorie devono essere ridotte a granulometrie molto piccole per poter sfruttare questo potenziale. Pertanto, se si recuperasse solo il ferro, si perderebbe tra il 73% (cambiamento climatico) e il 93% (consumo di risorse) del potenziale ecologico. (vedi Fig. 1)

Dov'è il limite?

Durante la campagna di misura sono state campionate anche le frazioni di scorie residue. Oltre al contenuto minerale, contiene i cosiddetti metalli residui che non sono stati rimossi dalla lavorazione. Metalli che possono essere potenzialmente recuperati se il processo viene migliorato. E questo è l'obiettivo degli operatori: "Dovrebbe essere possibile aumentare la resa riciclabile dei metalli rilevanti per il clima del 20%", afferma Daniel Böni, amministratore delegato di KEZO e della Fondazione ZAR. Sulla base dei dati, i metalli residui possono essere distinti in metalli residui liberi e metalli residui racchiusi nelle scorie di sinterizzazione. In base a questa classificazione, i limiti teorici del recupero dei metalli a Hinwil sono stati ulteriormente analizzati in due fasi:

• (i) il massimo potenziale con l'attuale configurazione dell'impianto, recuperando tutti i metalli residui liberi.
• (ii) Potenziale totale di metallo residuo mediante la completa disgregazione delle scorie e la completa esposizione di tutti i metalli.

In questi casi non è stata rilevata la domanda di energia aggiuntiva dell'impianto di lavorazione, ma i potenziali forniscono comunque una visione vivida del potenziale ecologico ancora nascosto. In particolare, il recupero aggiuntivo di tutti i metalli residui liberi aumenterebbe il credito ambientale dal 10 (cambiamento climatico) al 44% (consumo di risorse) e, in caso di esposizione completa, teoricamente anche dal 24 all'89%. Ciò è dovuto in particolare al fatto che i metalli non ferrosi a grana fine sono sempre più presenti nelle scorie residue. Si può quindi ipotizzare che un aumento della resa in massa di pochi punti percentuali contenga un potenziale ecologico significativamente maggiore.

Una notevole riduzione delle emissioni di gas serra 

Il fatto che il recupero ottimizzato dei metalli dalle scorie apporti un considerevole valore ecologico aggiunto è evidente anche nel contesto del bilancio ambientale complessivo di un impianto MSWI: il trattamento delle scorie e il recupero dei metalli consentono di risparmiare un totale di circa 140 kg di CO2-eq per tonnellata di rifiuti urbani riciclati termicamente, pari a quasi due terzi del credito derivante dal recupero energetico totale dall'incenerimento. Se tutte le scorie prodotte annualmente in Svizzera venissero lavorate con lo stesso tasso di recupero dei metalli dell'impianto studiato, si otterrebbe un risparmio totale annuo di poco meno di 560 chilotonnellate di CO2-eq. A titolo di confronto, ciò equivale all'incirca alle emissioni annuali di gas serra della popolazione di Thun (42 600 abitanti), comprese le emissioni grigie. Il risparmio aggiuntivo rispetto al
Non è stato possibile calcolare il trattamento convenzionale delle scorie umide, poiché mancano ancora dati rappresentativi sul flusso di materiali per i metalli in questi impianti.

Già oggi la realtà dell'impianto di Hinwil si colloca a metà strada tra i risultati dello studio e l'obiettivo del più 20 per cento. Il motto è chiaro: anche i metalli che non vengono raccolti separatamente e finiscono nell'impianto di incenerimento dei rifiuti devono essere recuperati nel modo più efficiente possibile e in alta qualità. Gli operatori dell'impianto di lavorazione di Hinwil sono quindi tutt'altro che soddisfatti e vedono un potenziale di ulteriore ottimizzazione del processo di termoriciclaggio. I dati sono dalla parte degli operatori: dal punto di vista ecologico, l'operazione è un successo. ■

Riferimenti alla fonte
Pubblicazione: Mehr J., Haupt M., Skutan S., Morf L., Adrianto L.R., Weibel G., Hellweg S. (2020). Le prestazioni ambientali del recupero potenziato dei metalli dalle ceneri pesanti secche dell'incenerimento dei rifiuti solidi urbani. Gestione dei rifiuti, 119, 330-341. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.09.001

Altre fonti:
IRP 2019. Global Resources Outlook 2019: Risorse naturali per il futuro che vogliamo. Un rapporto del Gruppo internazionale sulle risorse. Programma ambientale delle Nazioni Unite. Nairobi, Kenya.