Progetto per il risanamento ambientale di Lizzano Commissionato dal Dott. Bruno Pozzessere L’impianto potrebbe operare attraverso l’uso di N.4 tecnologie sviluppate con lo scopo di incrementare quanto possibile la quantità di energia estratta dai rifiuti cittadini, agricoli ed industriali, compresa la quota parte umida. L’obiettivo dell’impianto sarebbe quello di accomunare la valorizzazione realizzata alla massima efficienza del contenuto energetico degli rifiuti, con il rispetto del territorio dove tale impianto troverà collocazione, eseguendo la conversione dei rifiuti sopra menzionati, senza innescare cicli termici da cui verranno prodotte le emissioni inquinanti che si riverseranno nell’ambiente circostante. A differenza di qualsiasi altro sistema di valorizzazione energetica dei rifiuti (Termovalorizzatori), l’uso di questa tecnologia permetterà di eseguire tutte le operazioni del processo di conversione in ambiente anaerobico, cioè senza contatto con l’atmosfera e con temperature che si aggireranno sui 40÷50°C. Inoltre essa più che un sistema dedicato allo smaltimento dei rifiuti consisterà in una vera e propria bio-raffineria da cui ricavare una serie di prodotti ad alto valore aggiunto e in particolare carburanti per il comparto dell’autotrazione e/o Energia Elettrica, Prodotti per il comparto zootecnico, Fertilizzanti per l’agricoltura, Principi attivi biomedicali che renderanno possibile un rientro economico più che interessante dell’intera operazione finanziaria. Potenzialità impianto : 100.000 TM/anno Tipologia dei rifiuti, secchi e umidi : RSU, agricoli ed industriali Produzione Energia Elettrica : 125.486 MWh/anno Eventuale produzione di Etanolo : 28.708.000 lt/anno Eventuale produzione di Biodiesel : 7.277.000 lt/anno Sistema a moduli STD con modulo da : 50.000 TM/anno Valore dell’investimento : 150.000.000 € Fatturato annuo : 33.160.000 € 1. DESCRIZIONE DELL’IMPIANTO L’impianto occuperebbe un’area di 6 ettari ed è stato dimensionato per convertire un minimo di circa 100.000 TM/anno di RSU e/o di residui agricoli ed industriali, attraverso il processo enzimatico, in prodotti di alto valore aggiunto come carburanti, usabili in sostituzione alla benzina e al gasolio per uso autotrazione e/o energia elettrica per alimentare aree urbane. Sia la produzione dei carburanti che quella dell’energia elettrica sarà realizzata con minimo impatto sull’ambiente esterno all’impianto. L’impianto da 100.000 TM/anno servirà una comunità di circa 80.000 abitanti. 2. OBIETTIVI DELL’IMPIANTO DI CONVERSIONE DEI RIFIUTI Con 100.000 TM/anno di RSU e/o con residui industriali ed agricoli, sarebbero realizzabili i seguenti prodotti tutti caratterizzati da alto valore energetico: • Circa 28.708 TM/anno di etanolo, impiegato puro o miscelato con la benzina di origine fossile, secondo diversi rapporti ad uso autotrazione; • Circa 22.713 Mwh/anno di Energia elettrica dalla lignina/gomma/plastica convertita in syngas (simile al gas naturale) attraverso la dissociazione molecolare e convertito in elettricità; • Circa 9.098 Mwh/anno di Energia elettrica prodotta dal recupero delle calorie generate dalla dissociazione molecolare e dai tubi di scarico delle turbine, tramite i pannelli a effetto Siebeck, il minimo e massimo di energia prodotta dipende dal numero di pannelli istallati; • Circa 22.680 TM/a di CO2 che presentando un alto grado di purezza può essere impiegata per alimentare una coltivazione di microalghe per produrre; • Circa 7.277 TM/a di biodiesel oppure per essere venduta in bombole per le tecnologie della saldatura o, per essere venduta come gas additivante per l’acqua minerale o convertita in Energia elettrica. 3. L’IMPIANTO SI SUDDIVIDE IN 6 AREE L’impianto opererà mediante quattro tecnologie (etanolo da fermentazione, dissociazione, biodiesel da alghe, recupero energetico con pannelli Siebeck), ognuna delle quali sarà realizzata in un’area predisposta, in particolare tali aree saranno identificate come di seguito: 1. Reparto raccolta rifiuti e cernita Costituita da una struttura di cemento armato della capacità di circa 500 MT, equipaggiata con una serie di tramogge in modo da poter ricevere i rifiuti urbani, agricoli e industriali trasportati mediante i camion compattatori anche non indivisi poiché la tecnologia enzimatica non teme la parte umida degli RSU. In seconda fase essi con procedura semiautomatica saranno cerniti e separati in: 2. rifiuti cellulosici (legno, carta e cartoni indifferenziabili segatura, rifiuti della potatura urbana ed extraurbana) 3. plastica, gomma 4. pneumatici 5. vetro 6. ferro 7. materiali amagnetici I rifiuti urbani,agricoli e industriali legnosi, non sono di solito inquinati da sostanze pericolose, come alcuni rifiuti speciali industriali, oppure residui chimici o militari, che si devono smaltire separatamente secondo gli standard internazionali. I rifiuti ospedalieri dovranno essere trattati in un impianto di dissociazione a plasma ad altissima temperatura che non è oggetto dell’offerta. Per evitare possibili infiltrazioni di materiali radioattivi sarà montato all’inizio della linea di cernita un sensore di radioattività. 2. Reparto impianto etanolo Dove tutti i rifiuti organici/cellulosici saranno convertiti mediante processo enzimatico in etanolo, CO2, e lignina. 3. Reparto impianto di dissociazione molecolare operante in assenza di fase liquida In esso la lignina/gomma/plastica, dopo essere stata micronizzata durante la preparazione del prodotto ed essere stata fatta transitare senza subire conversioni biochimiche nelle varie fasi del processo enzimatico, verrà dissociata mediante energia termica raggiante coadiuvata da bombardamento con onde elettromagnetiche. Al momento del recupero dell’etanolo eseguito mediante membrane osmotiche, la lignina/gomma/plastica sarà prelevata mediante estrattori a coclea posizionati nel fondo dei fermentatori per essere avviata alla filtropressatura e alla centrifugazione per abbassare l’umidità intorno a valori del 10/15%. Di seguito sarà stoccata in silos preriscaldati in cui fra l’altro sarà ridotta ulteriormente l’umidità contenuta. Dagli stoccaggi, mediante movimentazioni a nastro, la lignina/gomma/plastica verrà fatta penetrare per mezzo di alimentatori a coclea all’interno di un reattore. In esso il calore radiante emesso dalle pareti interne dell’involucro, in concomitanza con certe emissioni di microonde tarate su particolari lunghezze d’onda, tenderà a superare energeticamente i legami molecolari di composizione delle molecole dei 3 elementi, scomponendoli in prodotti fondamentali quali (O2 CO CO2 H2 N2 CH4 C2H4 NOx) e prevenendo la formazione di fasi liquide costituite da macromolecole a carattere bituminoso a cui addebitare i continui “sporcamenti” tipici degli impianti di gassificazione. La polarizzazione delle molecole costituenti i vari gas in cui è stata dissociata la lignina/gomma/plastica permetterà ad un sistema magnetofluodinamico presente sulle pareti del reattore di creare delle componenti verticali che costringeranno i gas di dissociazione a muoversi con velocità opportuna verso la bocca superiore del reattore, dove sarà presente un sistema di microonde preposto ad evitare ricombinazioni molecolari e soprattutto formazioni di macromolecole. All’uscita dal reattore una fase di raffreddamento “quench” a bassa temperatura stabilizzerà le molecole dei gas ponendole in una condizione di bassa energia. 4. Reparto per la produzione dell’energia elettrica (con turbine a gas operanti con syngas derivante dalla dissociazione della lignina/gomma/plastica) In esso il syngas prodotto nel dipartimento precedente sarà usato come carburante per turbine a gas. 5. Reparto per la produzione dell’energia elettrica (con pannelli destinati al recupero dell’energia termica contenuta nei gas di scarico) In esso una quota significativa del contenuto termico dei gas esausti, all’uscita della camera di combustione delle turbine a gas, è convertito direttamente in E.E. mediante pannelli equipaggiati con celle a effetto SIEBECK. 6. Reparto coltivazione alghe e produzione biodiesel In esso l’anidride carbonica prodotta nei fermentatori, a seguito delle reazioni biochimiche innescate dal ciclo vitale dei lieviti geneticamente modificati e mirate alla scomposizione degli zuccheri, sarà utilizzata all’interno di Fotobioreattori come elemento nutriente di microalghe. La quota parte lipidica delle stesse, una volta spremute, sarà esterificata e trasformata in un biodiesel utile per l’autotrazione. La quota parte fibrosa sarà invece riportata all’ingresso dell’impianto per la conversione in etanolo essendo costituita da fibre a carattere cellulosico-emicellulosico. 4. RESA L’impianto delineato, operante con trasformazioni enzimatiche sarà capace di assicurare le seguenti rese di conversione, partendo ovviamente dal contenuto cellulosico di una particolare biomassa. Considerando 70.000MT/anno di biomassa secca che corrisponde a circa 100.000MT/anno di biomassa umida contiene di media: • ~70% Emicellulosa-Cellulosa Organica • ~25% Lignina/rubber/plastic • ~5% Proteine ed altro La Cellulosa organica e L’Emicellulosa 45+25 = 70% sarà trasformata in zuccheri al 90%, e quindi: • 70 x 0,9 = 63% di C5 e C6 zuccheri Gli zuccheri (Glucosio/Xilosio) saranno trasformati mediante cofermentazione in bio-etanolo al 50%, e quindi: • 0,63 x 0,5 = 31,5% etanolo L’etanolo verrà asciugato dall’acqua al di processo al 96% attraverso un processo di distillazione, rettificazione e filtraggio molecolare. La lignina/plastica/gomma sarà 11.625 TM/anno, essa dopo una filtropressatura e una centrifugazione meccanica, sarà dissociata molecolarmente in un reattore senza contatti con l’atmosfera e convertito in syngas con un rapporto di circa 2,115 Nm3/Kg di lignina/gomma/ plastica con un potere calorifico approssimato di circa 2779 Kcal/Nm3. Inoltre dalla reazione di fermentazione degli zuccheri scissi in due molecole una di etanolo ed una di anidride carbonica si otterranno circa 22.680 TM/a di CO2. La CO2 sarà recuperata e stoccata, e poiché è caratterizzata da un alto livello di purezza, sarà pronta per essere usata per molte applicazioni tecnologiche, specialmente per alimentare la coltivazione di microalghe mirata alla produzione di biodiesel. 4. AREA L’Impianto sarà costruito su di un’area di circa 6 ettari, che a seconda delle situazioni contingenti potrà essere resa modificabile operando in altezza o in superficie. 5. ENERGIA TERMICA PER CICLO TECNOLOGICO Il ciclo tecnologico costituito da area pretrattamento, reattori enzimatici, area distillazione, richiederà un quota di energia termica pari a circa 2.000 Kcal/Kg di etanolo prodotto. Tale energia termica sarà resa disponibile aldilà dei transitori di avviamento, dai fumi di scarico dei motori endotermici/turbine (~350°C) che adeguatamente incanalati in una caldaia a recupero, cederanno la maggior parte del loro contenuto termico sia ad una fase vapore che ad una fase di acqua surriscaldata. 6. CONSIDERAZIONI DI CARATTERE ECOLOGICO L’impianto di conversione enzimatica, NON presenterà nessun tipo di pericolosità per l’ambiente circostante e non creerà nessun tipo di impatto ambientale. Esso opererà con dei livelli di temperatura estremamente ridotti (40÷50 °C) e in regime anaerobico in modo da non emettere odori e emissioni di carattere gassoso. L’acqua utilizzata per il ciclo tecnologico secondo un rapporto 2,5÷3 con la biomassa secca, destinata a sciogliere la biomassa stessa e a mantenerla liquida durante la fasi del ciclo enzimatico, sarà fatta ricircolare in ciclo chiuso, pertanto bisognerà ripristinare soltanto la quantità evaporata durante il ciclo. La percentuale dei residui (proteine, ceneri, cere, estratti e altro) costituenti la biomassa lignocellulosica non convertiti durante le fasi del ciclo enzimatico, saranno fatti defluire insieme all’acqua ricircolante attraverso un digestore anaerobico. Essi saranno prelevati dalle vasche di fermentazione e dal pozzo freddo della colonna di distillazione, separati dalla lignina e dai lieviti che seguiranno un altro percorso e come già detto saranno introdotti nella prima sezione del digestore (fase idrolitica). Il digestore avrà il compito di trasformare in condizione anaerobica il contenuto organico contenuto nel BOD5 presente nell’acqua di ricircolazione, in un syngas costituito da (30÷40%) CO2 + (60÷70%) CH4 mentre l’inorganico precipitato durante le fasi del processo di degradazione, attivate mediante batteri, potrà essere riutilizzato come concime per uso agricolo. Tale percentuale sarà comunque di valore ridotto (4÷5%). Se l’impianto sarà destinato alla produzione di Energia Elettrica, le uniche emissioni saranno create dai motori endotermici alimentati con bio-etanolo e con syngas derivante dalla gassificazione della lignina. Saranno quindi estremamente ridotte. Per quanto riguarda i lieviti modificati geneticamente bisogna tener conto che essi grazie al fatto di essere microrganismi unicellulari di tipo Eucariota e cioè con il loro DNA contenuto all’interno del nucleo, non possono essere trasferiti ad altre strutture cellulari, mentre i batteri per contro in quanto parassiti in assenza di nucleo si completano all’interno della struttura cellulare di organismi esterni che li ospitano. Tali fermenti si comporteranno come quelli STD. I geni clonati, inseriti in maniera definitiva nei cromosomi dei fermenti non saranno assolutamente in grado di poter trasferirsi ad altri organismi animali o piante. La co-fermentazione creata dagli enzimi modificati geneticamente si realizzerà per via anaerobica, quindi in assenza di qualsiasi tipo di mercaptano (odori). 5. PERSONALE Personale stimato richiesto per operare nell’Impianto su 4 turni è di 110 unità. Con una spesa annuale stimata di € 3,300,000. 6. RENDIMENTO ANNUALE DELL’IMPIANTO a) Dalla vendita di Etanolo anidro prodotto per la motorizzazione si aggira sui: R1 = 28.708.000/ 0,79 x 0,65= ̴ 18.660.759 €/anno • 0.65 €/l prezzo di vendita dell’ Bio-Etanolo b) Dalla vendita di energia elettrica prodotta dalla dissociazione nel turbo generatore di lignite/gomma/plastica: R2 =MW22.713 x 180= ̴ 4.088.514 €/anno • 180 €/MWh prezzo di vendita dell’energia elettrica pulita. c) Dalla vendita di energia elettrica prodotta dal sistema Peltier: R3 = MW9.098 x 180= ̴ 1.637.569 €/anno • 180 €/MWh prezzo di vendita dell’energia elettrica pulita d) Dalla vendita di Bio-Disel prodotto dalla fermentazione delle alghe per la motorizzazione si aggira sui: R4 = 7.227.005 /0,85x 0,55= ̴ 4.002.353 €/anno • 0,55 €/l prezzo di vendita del Bio-Disel e) Dalle municipalizzate per lo smaltimento rifiuti: R5 = 100.000 x 20 = ̴ 2.000.000 €/anno • 20 €/MT prezzo pagato per conferimento rifiuti f) Vendita dei certificati verdi e bianchi ad un prezzo unificato di € 150 per facilità di conteggio. R6= 22.713+9.098= 31.811MWh x 150= 4.771.650/anno Totale: 18.660.759 + 4.088.514 + 1.637.569 + 4.002.353 + 2.000.000 = € 33.160.845 Totale entrate € 33.160.845/anno La situazione finanziaria di cui sopra è molto conservativa in quanto la produzione varia dal tipo di rifiuti disponibili e che non tiene in considerazione la vendita di 2.600t/anno di anidrite carbonica in bombole per l’industria chimica ed alimentare e un considerevole guadagno derivante dalla vendita di prodotti come mangimi, fertilizzanti per agricoltura, polimeri, lubrificanti e adesivi che sono il frutto degli scarti della raffineria. Nell’eventualità che il cliente richieda che tutti i prodotti dell’impianto vengano convertiti in energia elettrica la produzione stimata sarà di: • Energia Elettrica dall’ etanolo MWh 54.010/anno • Energia Elettrica dal syngas MWh 22.713/ anno • Energia Elettrica dai pannelli Peltier MWh 29.199/ anno • Energia Elettrica dal Bio-diesel MWh 19.563/ anno TOTALE DI ENERGIA ELETTRICA PRODOTTA CIRCA 125.486MWh/anno Vendita di energia elettrica prodotta dall’impianto è di circa: MW125.486 x €180 = € 22.587.517 Vendita di certificati verdi e bianchi al prezzo di €150/MW MW125.486 x€150 = € 18.822.900 Totale entrate € 41.410.417 Capacità dell’impianto 100.000 MT/anno Produzione dell’impianto Rapporto di produzione per 1 tonnellata di rifiuti lavorati 1,255 MWh/MT Produzione di E. Elettrica MWh/anno 125.486 Produzione di E. Elettrica MW/ora 14,939 Produzione di Etanolo 28.708.861 Lit./anno Produzione di Bio-Diesel 7.277.005 Lit./anno Produzione di E. Elettrica da Syn-gas 22.714 MWh/anno Produzione di E. Elettrica da sistema Peltier 9.098 MWh/anno E. Elettrica prodotta dalla conversione di tutta la produzione dell’impianto. 125.486 MWh/anno Totale stimato dei costi di produzione 7.600.000 Anno Totale stimato del numero di personale per operare su 4 turni 110 COSTO TOTALE DELL’IMPIANTO € 150.000.000 questo era ed è il progetto per risolvere il problema discarica a Lizzano. Con sincera amicizia e rinnovata stima Dott. Bruno Pozzessere
Posted on: Sun, 29 Sep 2013 17:14:15 +0000
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