Life Cycle Assessment della bioraffineria sequenziale: digestione anaerobica e pirolisi = Sequential Biorefinery Life Cycle Assessment: Anaerobic digestion and pyrolysis

In Italia, il 30-40%m/m dei rifiuti solidi urbani è composto dalla frazione organica.La frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU), è composta principalmente da scarti di cibo, scarti di potatura e da carta alimentare contaminata da residui di cibo. Se depositata in discarica senza esser prima stabilizzata, può essere fonte di produzione incontrollata di gas climalteranti e di percolazione di composti liquidi in falde acquifere sotterranee.A causa dei potenziali impatti ambientali legati allo smaltimento della FORSU, negli ultimi anni sono state investigate molteplici soluzioni impiantistiche per ridurre tali impatti.In questo lavoro è stata condotta uno studio di Life Cycle Assessment (LCA) di un processo di conversione sequenziale della FORSU in due prodotti dall’alto valore aggiunto.Il processo ha compreso le operazioni di digestione anaerobica della FORSU per la produzione di metano, seguita da un essiccamento del digestato e successiva pirolisi lenta. Il metano da digestione, gas di pirolisi e olii di pirolisi, sono stati usati per la cogenerazione di elettricità e calore.Questa filiera di valorizzazione della FORSU è stata analizzata in tre configurazioni, che saranno di seguito nominate scenario 1, 2 e 3.Lo scenario 1 ha previsto l’uso di FORSU tal quale; lo scenario 2 l’uso di FORSU pretrattata tramite enzimi; lo scenario 3 l’uso di FORSU pretrattata tramite idrocavitazione. La LCA dei tre scenari è stata condotta usando il software SimaPro 9.4 e database Ecoinvent 3.1.Per tutti i tre gli scenari, i confini di sistema dell’analisi hanno compreso gli step di digestione anaerobica, essiccamento, pirolisi, cogenerazione di energia elettrica e termica e, per gli scenari 2 e 3, il pretrattamento della FORSU.Le categorie d’impatto considerate per l’analisi sono state cambiamento climatico, riduzione dell’ozono, tossicità per l’uomo, tossicità dell’acqua pura, calcolati con il metodo ReCiPe 2016 MidPoint (H), e la richiesta energetica, calcolata con il metodo Cumulative Energy Demand.Per ciascun scenario, è stata condotta un’analisi di sensitività con una unità funzionale diversa.L’analisi di sensitività è stata condotta per convalidare i risultati ottenuti nella analisi LCA.L’ unità funzionale scelta per svolgere lo studio è la quantità di FORSU alimentata giornalmente pari a 95.89 t/d, invece per l’analisi di sensitività è stata considerata la quantità di prodotto finale uscente dall’ultimo step di conversione, ovvero il biochar pari a 3.75 t/d.Tra l’uso delle due unità funzionali, è stato osservato come i rapporti tra gli impatti legati ai singoli step della filiera di valorizzazione analizzata siano rimasti invariati, consentendo dunque di convalidare lo studio con entrambe le unità funzionali.La LCA ha mostrato come lo scenario 2 sia stato caratterizzato dai minori impatti ambientali legati al cambiamento climatico, riduzione dell’ozono e richieste energetiche. Lo scenario 2 è stato caratterizzato da emissioni pari a circa -2.1∙104 kg CO2 eq, -5.65∙10-3 kg CFC-11 eq e -451 GJ.Al contrario, lo scenario 1 è risultato avere i minori impatti sull’ecotossicità dell’acqua pura, pari a circa -1649 kg 1,4-DB eq.Lo scenario 3 ha mostrato i minori impatti sulla salute umana, pari a circa -76.78 kg 1,4-DB eq. In conclusione, lo studio ha dimostrato come gli step critici, sui quali concentrare futuri studi, siano la richiesta termica da parte della digestione anaerobica e dell’essiccamento del digestato.È inoltre stata mostrata l’importanza dei pretrattamenti per gli impatti netti.