Valutazione tecnico-ambientale ed economica della digestione anaerobica in ottica di Economia Circolare. = Technical-Environmental and Economic Assessment of Anaerobic Digestion in the Context of Circular Economy

La crescita demografica ha portato negli ultimi anni ad un incremento della frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU) prodotta globalmente, di conseguenza sono diventati fondamentali sistemi di gestione con valorizzazione, in quanto lo smaltimento porta a ingenti impatti sull’ambiente per via dell’emissione di metano e percolato, nonchè a impatti economici. Inoltre, negli ultimi anni, l’urbanizzazione e la crescita demografica hanno portato a un incremento nella domanda di energia. Se si affrontasse il problema incrementando la produzione da fonti fossili, si avrebbe un ulteriore aumento dei gas a effetto clima alternate in atmosfera, nonché l’esaurimento delle fonti fossili rimaste. Quindi, è evidente la necessità di trovare soluzioni alternative per coprire tale domanda di energia crescente e per la gestione dei rifiuti urbani. La soluzione proposta dal presente lavoro riguarda la conversione di 100 t/d di FORSU in energia e fertilizzanti attraverso il processo di digestione anaerobica. La tesi si basa sullo studio di impatto ambientale, mediante la metodologia del Life Cycle Assessment (LCA) in accordo con la ISO 14040-44:2006 e di profittabilità economica, mediante un’analisi costi-benefici. Lo studio ha considerato tre regimi termici di digestione anaerobica (psicrofilia, mesofilia e termofilia) e successivo utilizzo del biogas prodotto in unità CHP o convogliato a sistemi di upgrading con PSA e MDEA. Il digestato prodotto è stato ulteriormente convertito in prodotti a valore aggiunto quali: compost (mediante processo aerobico), biochar (mediante pirolisi lenta) e struvite (mediante il processo di precipitazione). Gli scenari studiati sono un totale di 7 (MDEA+ compostaggio, PSA + compostaggio, MDEA + pirolisi, PSA + pirolisi, MDEA + produzione di struvite, PSA + produzione di struvite, CHP + digestato). Nel dettaglio, il lavoro si è articolato in tre fasi. La prima fase di dimensionamento dell’impianto, in cui per ciascuno dei tre regimi termici della digestione, si sono progettate tutte le unità costituenti gli scenari considerati, alla luce delle condizioni operative assunte tramite una preliminare ricerca bibliografica. La seconda fase è costituita dall’analisi degli impatti ambientali per ciascuno scenario analizzato, mediante il software Sima Pro® e il metodo ReCiPe Midpoint 2016 (H) e considerando quattro categorie d’impatto principali. La terza fase ha riguardato la stima dei costi capitali, operativi e dei guadagni per ogni scenario impiantistico, da cui si sono stimati il Net Present Value e il Payback Period. I risultati ottenuti evidenziano come non sia opportuno né ambientalmente né economicamente svolgere una digestione psicrofila. Si osservano miglioramenti innalzando la temperatura della digestione e valorizzando il digestato tramite pirolisi. In regime termofilo, lo scenario in cui si alimenta il biogas direttamente in unità CHP risulta poco impattante a livello ambientale ma con limiti economici, per via del Payback Period sopra i 20 anni di vita dell'impianto. Invece, con uno scenario PSA+ pirolisi, si otterrebbe un impianto economicamente sostenibile ma con limiti ambientali. In definitiva, le migliori performance ambientali ed economiche si ottengono implementando una digestione termofila e combinando Upgrading tramite MDEA e pirolisi.