Co-processing of Poultry Biowaste in MSW-to-Energy Kilns: Technical and Financial Feasibility of Wet Flue-Gas Desulfurization Sorbent Isolation in Varanasi, India

Le centrali elettriche e gli impianti di valorizzazione energetica dei rifiuti affrontano una sfida costante e a due fronti: devono bruciare combustibile per generare elettricità e, contemporaneamente, devono filtrare il gas tossico biossido di zolfo dai loro scarichi prima che questo si disperda nell'atmosfera. Per pulire questo gas, queste strutture si affidano tradizionalmente ai lavatori a umido (wet scrubbers), enormi torri che spruzzano una sospensione di acqua e calcare frantumato per assorbire l'acido. Tuttavia, il calcare stesso è un problema. Deve essere estratto dalla terra in miniere a cielo aperto distruttive, un processo che incide il paesaggio, distrugge gli habitat e rilascia significative emissioni di carbonio durante il trasporto. Allo stesso tempo, le rapidamente crescenti città dell'India generano montagne di rifiuti organici, inclusi tonnellate di gusci d'uovo di pollo che vengono solitamente abbandonati in discarica dove marciscono, emanano odori e inquinano il suolo. La domanda posta dai ricercatori era se questi due problemi separati potessero essere risolti con un'unica, semplice soluzione: i gusci d'uovo di scarto potrebbero sostituire il calcare estratto?

Un ricercatore guidato da V S Narasimha Sai Sangapu della NTPC Limited ha indagato questa possibilità specificamente per il distretto di Varanasi, in India. Si sono concentrati sulla struttura di valorizzazione energetica dei rifiuti della NTPC e sul vicino impianto di desolforazione di Vindhyachal. Il loro studio conferma che i gusci d'uovo sono chimicamente quasi identici al calcare di alta qualità, essendo composti per circa il novantacinque percento da carbonato di calcio. Tuttavia, usarli direttamente è impossibile perché i gusci d'uovo grezzi sono rivestiti da una membrana resistente e idrorepellente. Se gettati nel sistema di lavaggio a base acquosa, questa membrana impedisce ai gusci di mescolarsi correttamente, creando un fango denso e appiccicoso che ostruisce le tubature e distrugge le pompe. Il ricercatore ha scoperto che un semplice trattamento termico risolve questo problema. Riscaldando i gusci d'uolo a cinquecento gradi Celsius, la membrana organica brucia completamente, lasciando dietro di sé una polvere fragile e idrofila che si comporta esattamente come il comune calcare.

Lo studio delinea un sistema completo a ciclo chiuso per far sì che ciò funzioni in un contesto reale. In primo luogo, il ricercatore ha stimato che il distretto di Varanasi, alimentato dalla sua grande popolazione locale e dai milioni di turisti annuali, genera tra le tre virgola tre e le cinque virgola uno tonnellate metriche di scarti di gusci d'uovo grezzi ogni singolo giorno. Questo rifiuto viene raccolto dalle cucine commerciali e dai venditori ambulanti. Invece di inviare i gusci in discarica, essi vengono co-trattati insieme ai rifiuti solidi urbani nei reattori dell'impianto. Questo processo di riscaldamento non solo rimuove la problematica membrana, ma carbonizza anche la materia organica, trasformandola in una fonte di combustibile nota come carbone verde.

Il ricercatore ha poi progettato un sistema meccanico per separare i due materiali risultanti. Mentre la miscela calda esce dal reattore, passa attraverso una serie di rulli e vagli vibranti. Poiché i gusci d'uovo tostati sono diventati fragili e il carbone rimane denso e resistente, i macchinari possono facilmente frantumare i gusci in una polvere fine lasciando intatti i pezzi di carbone. Un sistema finale di correnti d'aria soffia la leggera polvere di gusci d'uovo in una camera di raccolta per i lavatori, mentre il carbone più pesante viene indirizzato verso i silos di combustibile dell'impianto. Questa separazione è cruciale; assicura che il combustibile utilizzato per alimentare l'impianto sia pulito, mentre la polvere è abbastanza pura da essere utilizzata come agente di lavaggio chimico.

Quando questa polvere di gusci d'uovo tostati viene introdotta nel lavatore a umido, reagisce con il biossido di zolfo nei gas di scarico. La reazione chimica neutralizza l'acido e produce un sottoprodotto solido chiamato gesso, un materiale ad alta purezza che può essere venduto per l'uso nell'edilizia e in agricoltura. Lo studio calcola che questo sistema potrebbe catturare tra l'uno virgola ottantasei e le due virgola ottantotto tonnellate metriche di emissioni di biossido di zolfo al giorno, producendo oltre sei tonnellate metriche di gesso commercializzabile.

L'analisi finanziaria suggerisce che questo non è solo un'idea ambientale, ma un modello di business redditizio. Il ricercatore ha calcolato che l'uso di gusci d'uovo lavorati costa significativamente meno rispetto all'acquisto e al trasporto di calcare estratto, specialmente se si considerano i sussidi per il conferimento dei rifiuti dalle discariche e le entrate dalla vendita del gesso. Su un periodo di quindici anni, si prevede che il progetto ripagherà i suoi costi iniziali per l'attrezzatura in poco più di tre anni. Lo studio indica un forte ritorno sull'investimento, con il progetto che rimane redditizio anche se la raccolta dei gusci d'uovo fosse meno efficiente del previsto. Il modello mostra che il sistema può resistere alle fluttuazioni dei prezzi del combustibile e ai problemi di approvvigionamento, a condizione che venga raccolta almeno la metà dei gusci d'uovo disponibili.

Oltre ai numeri, lo studio evidenzia l'impatto ambientale più ampio. Utilizzando i gusci d'uovo, l'impianto evita la necessità di estrarre fino a tremila trecentocinquanta tonnellate di calcare naturale ogni anno, preservando gli ecosistemi locali e riducendo l'impronta di carbonio associata all'estrazione e al trasporto. Elimina inoltre i pericoli ambientali rappresentati dai gusci d'uovo in decomposizione nelle discariche, come il rilascio di gas maleodoranti e la contaminazione del suolo. La ricerca conclude che questo approccio offre una via percorribile e finanziariamente solida per trasformare un comune prodotto di scarto in una risorsa industriale critica, creando un'economia circolare dove i rifiuti della città aiutano ad alimentare e pulire l'industria.