Processi di digestione anaerobica e pirolisi di digestati della Frazione Organica dei Rifiuti Solidi Urbani (FORSU) = Anaerobic digestion and pyrolysis processes of digestate of the Organic Fraction of Municipal Solid Waste (OFMSW)

Oggi, le principali opzioni per la gestione dei rifiuti organici sono il compostaggio e la digestione anaerobica. Il compostaggio (processo aerobio) risulta tecnicamente e ambientalmente vantaggioso, ma economicamente poco profittevole, poiché la composizione dei rifiuti organici influenza in modo significativo la qualità del prodotto finale (il compost, un ammendante organico), le emissioni gassose e la gestione delle impurità non biodegradabili. La letteratura scientifica indica che la digestione anaerobica offre migliori prestazioni ambientali ed economiche. In un’ottica di Economia Circolare, il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo lo studio di un sistema di bioraffineria sequenziale costituita da una prima fase di digestione anaerobica della FORSU pretrattata e una seconda e successiva fase di pirolisi lenta del digestato disidratato per produrre biochar da applicare come ammendante una volta verificata l’idoneità al Regolamento Delegato (UE) 2021/2088. Lo studio ha previsto una combinazione di attività sperimentali alla scala laboratorio e di progettazione per implementare il processo alla scala industriale. La prima fase del sistema di bioraffineria è sviluppata considerando i dati provenienti da un lavoro sperimentale pregresso di digestione della FORSU pretrattata fisicamente mediante idro-cavitazione dinamica (1 h a 25 °C con il ROTOCAV hydrodinamic cavitator della E_PIC Srl, Mongrado, Italia) ed enzimaticamente mediante enzima UltraPract ® P2 (1 mL ogni 100 g di solidi totali per 2 h a 35 °C). La sezione relativa al processo di pirolisi è stata realizzata con l’obiettivo di valorizzare il digestato derivante dalla sezione di raccolta del digestato e convertirlo principalmente in biochar per applicazioni agricole come ammendante ed energia sotto forma di pyro-gas e bio-olio. La progettazione di tale sezione è sviluppata a partire dai dati ottenuti durante l’attività sperimentale di pirolisi riportati in questo lavoro di tesi in cui, tramite parametri come temperatura operativa (500-600 °C) e velocità di riscaldamento (5-15 °C/min), le migliori condizioni di esercizio sono state individuate per i tre digestati testati (digestato tal quale, digestato da idro-cavitazione dinamica e digestato da trattamento enzimatico UPP2). Il processo di pirolisi è stato condotto sperimentalmente nel laboratorio Blu-NOX del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia (DISAT) del Politecnico di Torino. Il reattore di pirolisi è un reattore a letto fisso i cui prodotti sono poi analizzati dal punto di vista quali-quantitativo tramite l’utilizzo delle opportune apparecchiature. Il target usato per la progettazione della filiera considera un’alimentazione giornaliera di FORSU trattata di 105 t, calcolata a partire dalla quantità annuale di 35,000 t/anno trattata nello stabilimento di riferimento (San Carlo Srl) con un’operatività di 8000 h/anno. Per concludere, è stata svolta un’analisi economica per identificare le configurazioni di bioraffineria sequenziale comprendenti digestione anaerobica e pirolisi più convenienti economicamente. In particolare, le filiere processanti la FORSU pretrattata fisicamente mediante idro-cavitazione dinamica presentano valori positivi di NPV (Net Present Value) al termine della vita d’impianto ipotizzata a 20 anni.