Trattamento mediante pirolisi al plasma di pneumatici fuori uso e prodotti in gomma

Una delle principali sfide della società moderna è il crescente tasso di rifiuti solidi generati dalle attività dell’uomo, che ha assunto le dimensioni di un grave problema ambientale. Lo smaltimento degli pneumatici usati – pneumatici di automobili e camion, di biciclette, di motocicli, di macchine agricole e altri prodotti a base di poliisoprene – rappresenta una quota rilevante di questo problema, poiché si stima che nel mondo 1,3 miliardi di pneumatici giungano ogni anno a fine vita.

In Plasma Power intendiamo impiegare le tecniche più economiche e avanzate per la progettazione e la costruzione dell’impianto, in modo da soddisfare contemporaneamente gli aspetti economici e quelli ambientali. Anche la valorizzazione termica si sta affermando come possibile soluzione per il ritrattamento di enormi quantità di questo materiale. Le tre principali tecnologie di valorizzazione termica sono la pirolisi, la gassificazione e la combustione.

• 01Pirolisi: degradazione termica in assenza di ossigeno.
• 02Combustione: degradazione termica in presenza di ossigeno.
• 03Gassificazione: degradazione termica in presenza di un agente gassificante (corrente di vapore acqueo, aria… ecc.).

La gassificazione è un processo termico (T > 750 °C) che consente di convertire materiali carboniosi, come i rifiuti organici o le biomasse, in monossido di carbonio e idrogeno con una quantità controllata di ossigeno o di vapore. La miscela gassosa risultante, detta anche gas di sintesi o syngas, è una fonte adatta ad alimentare turbine a gas o celle a combustibile.

Una delle tecnologie di recupero più importanti è la pirolisi. Da decenni si sviluppano conoscenze approfondite sulla pirolisi come via per convertire in prodotti utili i materiali organici di scarto (fanghi oleosi: residui sul fondo dei serbatoi di carburante, residui di combustibile accumulati sul filtro del carburante, residui della depurazione degli oli lubrificanti, rifiuti oleosi, materiali organici presenti nei rifiuti urbani come oli, saponi, pneumatici, plastica e tessili, per citarne solo alcuni). La pirolisi degli pneumatici consiste nella degradazione termica della gomma dello pneumatico a una temperatura compresa fra 300 °C e 900 °C in atmosfera inerte. La pirolisi degli pneumatici fuori uso ha ricevuto un’attenzione crescente, poiché le condizioni di processo possono essere ottimizzate per ottenere olio ad alto contenuto energetico, gas e char residuo, oltre alla carcassa metallica dello pneumatico. L’acciaio viene riciclato nell’industria siderurgica. Gli altri tre prodotti sono impiegati come risorse energetiche (combustibili) e/o chimiche.

Nel processo di pirolisi la materia organica volatile degli pneumatici si decompone in prodotti a basso peso molecolare, liquidi o gassosi. I componenti inorganici e il nerofumo non volatile rimangono come residuo solido relativamente inalterato e possono quindi essere riciclati in applicazioni utili.

Il processo di pirolisi è particolarmente adatto ai rifiuti complessi, che contengono molte plastiche diverse mescolate ad altri materiali (terra, tessili, vetro… ecc.), come nel caso dei residui di frantumazione degli autoveicoli (ASR), che non richiedono un processo di pulizia preliminare e il cui prodotto solido può essere impiegato nella produzione di metalli e nell’attivazione del nerofumo.

Impianto di gassificazione al plasma di pneumatici fuori uso e gomma: smaltimento e trattamento dei rifiuti, cracking, pirolisi, energia e produzione di idrogeno, EEA ed EPA

Il plasma è considerato da molti il quarto stato della materia, dopo i più familiari stati solido, liquido e gassoso. L’apporto di energia sufficiente a un gas trasforma il gas in plasma. In altre parole, il plasma è un gas ionizzato che deriva, per esempio, da una scarica elettrica. La pirolisi al plasma termico può essere descritta come il processo di reazione di un solido carbonioso con quantità limitate di ossigeno ad alta temperatura (10.000 °C > T > 5.000 °C). Ciò al fine di produrre un gas combustibile, con un potere calorifico compreso fra 4 e 9 MJ/Nm³, e prodotti solidi carboniosi, senza alcun prodotto liquido. Nella zona di plasma altamente reattiva è presente una grande frazione di elettroni, ioni e molecole eccitate, insieme a radiazione ad alta energia. Quando i materiali carboniosi vengono iniettati nel plasma, sono riscaldati molto rapidamente dal plasma stesso. La sostanza volatile viene liberata e sottoposta a cracking, dando origine a idrogeno e a idrocarburi leggeri come il metano e l’acetilene. L’alta temperatura, unita all’elevata velocità di riscaldamento del plasma, determina la distruzione dei rifiuti organici; si formano di conseguenza un gas e un residuo solido con proprietà variabili a seconda delle caratteristiche della carica e delle condizioni operative. La quantità di prodotto gassoso può raggiungere il 70-80% della carica; per confronto, il prodotto gassoso generato dalla pirolisi convenzionale degli pneumatici fuori uso è pari solo al 10-20% nella pirolisi lenta e al 30-50% nella pirolisi rapida. Il potere calorifico del prodotto gassoso è di conseguenza compreso fra 4 e 9 MJ/Nm³.

Può quindi essere impiegato direttamente come combustibile in diverse applicazioni energetiche, come la combustione diretta in caldaie, turbine a gas o motori a gas. Il potere calorifico dei char ottenuti dalla pirolisi al plasma è di norma paragonabile a quello della lignite e del coke; possono quindi essere utilizzati direttamente come combustibile solido.

I reattori al plasma termico richiedono un notevole apporto di energia per raggiungere le loro elevate temperature di processo. Ciò li rende costosi da esercire. In Plasma Power progettiamo e ottimizziamo il processo in modo che il contenuto energetico dei prodotti di pirolisi venga utilizzato e recuperato. Il processo di trattamento mediante pirolisi al plasma risulta di conseguenza energeticamente autosufficiente, con una sensibile riduzione dei costi di esercizio. La pirolisi al plasma presenta i seguenti vantaggi:

• 01Apporto efficiente di energia termica per promuovere rapidamente e simultaneamente le trasformazioni fisiche e chimiche del materiale di scarto.
• 02Facilità nel raggiungere temperature di processo elevate ed efficaci in reattori estremamente compatti, ad alta capacità di trattamento e a risposta rapida.
• 03Le proprietà dei prodotti della pirolisi al plasma sono adatte alla produzione di energia.
• 04Processo non inquinante e in grado di distruggere le sostanze nocive per la salute umana, con prodotti prevedibili, innocui e accettabili per la salute pubblica e per l’ambiente.

L’azione termica sugli pneumatici nel reattore di pirolisi (o di pirolisi al plasma o di pirolisi al plasma ad arco) produce gas idrocarburico, che viene poi condensato in combustibili liquidi sintetici, e un residuo minerale sotto forma di scoria. La scoria è impiegata come carica per le unità di gassificazione al plasma, mentre i combustibili sintetici liquidi possono essere commercializzati nella produzione di frazioni benzina e gasolio. Lo steel cord viene separato in fase di preparazione oppure scaricato attraverso il sistema di estrazione del residuo minerale ed è utilizzato come materia prima destinata alla vendita.

Il metodo completo e sicuro per l’eliminazione dei rifiuti pericolosi (farmaci scaduti, pesticidi vietati, ingranaggi in plastica, rifiuti patologici, contenitori ecc.) è la pirolisi ad alta temperatura (al plasma). I reattori plasmochimici di Plasma Power, impiegati come componente principale di qualsiasi impianto di gassificazione, sono progettati, ottimizzati e costruiti in funzione della composizione dei materiali e delle applicazioni di ciascun cliente, con assemblaggi e configurazioni differenti per:

• 01Rifiuti sanitari
• 02Rifiuti biologici
• 03Gassificazione dei rifiuti urbani
• 04Distruzione di rifiuti liquidi di verniciatura quali solventi organici, pitture, vernici, adesivi, mastici e resine
• 05Rifiuti del condizionamento delle acque di depurazione e del riutilizzo idrico e rifiuti liquidi degli impianti di trattamento delle acque reflue
• 06Distruzione di componenti di armi chimiche e biologiche
• 07La nostra tecnologia al plasma a scarica ad arco è uno strumento efficace per molte tipologie di applicazione, compreso il trattamento dei rifiuti pericolosi

L’interesse per la tecnologia al plasma nelle applicazioni ai processi di neutralizzazione delle sostanze nocive è enorme. Possiamo impiegarla per condurre reazioni chimiche in ambiente di plasma (pirolisi del metano, produzione di ossido di titanio, riduzione di sostanze pure dai loro ossidi e cloruri: uranio, titanio, germanio, tantalio ecc.), per la produzione plasmochimica di ossidi di uranio destinati alle centrali nucleari, per l’idropirolisi del tetrafluoruro di silicio SiF4 con conseguente produzione di fluoruro di idrogeno HF e di ossido di silicio ultradisperso Si02, per la produzione di biossido di titanio Ti02 dal cloruro di titanio TiCl4 ecc.