L’impiego congiunto della tecnologia CSP in impianti di termovalorizzazione rappresenta una tecnologia molto promettente, che tuttavia non ha ancora raggiunto piena maturità
di Barbara Mendecka
La Direttiva Quadro Europea sui Rifiuti (Waste Frame Directive – WFD) 2008/98/EC stabilisce una gerarchia delle operazioni di gestione dei rifiuti solidi. L’obiettivo è quello di estrarre dal rifiuto quanto più materiale possibile, prima dell’invio in discarica, e tale recupero di materia è reso possibile dalla separazione a monte dei materiali attraverso la raccolta differenziata.
In questo contesto, il recupero dell’energia contenuta nei rifiuti avviene prima del loro smaltimento finale controllato. Il trattamento termico con recupero di energia (detto “termovalorizzazione”) rappresenta la strategia più diffusa, a livello mondiale, per una gestione sostenibile dei rifiuti urbani indifferenziati o residuali. Sostanzialmente, tale processo di termovalorizzazione consiste nella produzione di energia elettrica e, potenzialmente, di energia termica, a seguito della combustione dei rifiuti. Tecnicamente, la termovalorizzazione si realizza mediante un ciclo termodinamico a vapore acqueo di tipo Rankine-Hirn e, in generale, ci si riferisce a questo processo con il termine Waste-to-Energy (WtE).
I vantaggi legati al processo di termovalorizzazione sono rappresentati sia dal recupero di energia che dalla significativa riduzione della massa e della reattività del rifiuto da destinare alla discarica. Tuttavia, per confermarsi anche in futuro come una tra le più idoenee soluzioni adottabili, il processo WtE necessita di essere ulteriormente sviluppato, al fine di migliorarne l’efficienza e ridurne l’impatto ambientale, in generale sempre presente.
In particolare, fra le cause che limitano fortemente l’efficienza del processo WtE, la più importante è rappresentata dalla corrosione indotta dai fumi di combustione. Infatti, la sezione di recupero termico, ossia il generatore di vapore, ed in particolare i fasci surriscaldatori presenti al suo interno, è soggetta all’azione aggressiva dei fumi a temperature elevate, all’interno dei quali è presente inevitabilmente del cloro. Il fenomeno di corrosione limita i livelli di temperatura massimi raggiungibili, a discapito dell’efficienza globale dell’impianto. Nonostante esistano diversi sistemi e trattamenti atti a ridurre la corrosione dei componenti, gli impianti WtE tipicamente sono quindi di piccola taglia, con valori di temperatura del vapore surriscaldato intorno ai 400-450°C, pressioni di circa 40-45 bar e valori di efficienza netta di produzione di energia elettrica relativamente bassi, ossia pari al 18-22%.
Tra le tecnologie adottate nell’ambito degli impianti WtE vi sono poi quelle basate su cicli a vapore non convenzionali. Fra questi, alcuni prevedono la realizzazione esterna della fase di surriscaldamento del vapore utilizzando sistemi alimentati con combustibili fossili. In tale ambito, la strategia più semplice e affidabile per il surriscaldamento esterno del vapore è attualmente basata sull’utilizzo di una caldaia a gas naturale, come avviene nell’impianto di Heringen in Germania: questo sistema assicura un incremento di efficienza ad un costo conveniente. In tal modo infatti si aggira il problema della corrosione dei fasci surriscaldatori, non più esposti a contatto diretto con i fumi di combustione. Per contro, si utilizza un’ulteriore fonte di energia, peraltro fossile e quindi non rinnovabile, incrementando le emissioni di CO2 in atmosfera.
Una alternativa interessante, dal punto di vista della sostenibilità ambientale, a quella dell’utilizzo di combustibili fossili per il surriscaldamento esterno del vapore, è legata all’impiego della tecnologia del solare termodinamico. Negli impianti basati su questa tecnologia, il surriscaldamento esterno del vapore è realizzato attraverso l’utilizzo dell’energia solare, captata sotto forma di energia termica ad alta temperatura. La tecnologia del solare termodinamico, detto anche solare a concentrazione (Concentrating Solar Power – CSP) può utilizzare diverse soluzioni impiantistiche a seconda del fluido termovettore e del ciclo termodinamico utilizzati. In ogni caso, la combinazione di un impianto WtE con un siffatto impianto solare (“ibridizzazione”) favorisce valori di efficienza netta elevati, minori emissioni specifiche di CO2 e un costo livellato dell’elettricità inferiore rispetto a quello relativo agli impianti WtE convenzionali.
Nonostante i numerosi potenziali benefici, è bene tenere presente che la realizzazione di impianti ibridi WtE-CSP richiede un’attenta analisi della fattibilità tecnica, nonché del conseguente impatto economico ed ambientale: la loro convenienza infatti è legata a diversi fattori, tra i quali ad esempio la geolocalizzazione dell’impianto, la disponibilità di ampi spazi e il contesto politico-economico.
L’impiego congiunto della tecnologia CSP in impianti di termovalorizzazione rappresenta una tecnologia molto promettente, che tuttavia non ha ancora raggiunto piena maturità, e che per questo meriterà nel futuro prossimo grande attenzione da parte del mondo accademico ed industriale.
