Università degli Studi di PerugiaUniversità degli Studi di PerugiaFacoltà di IngegneriaFacoltà di Ingegneria

Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica e per l’Ambiente e il TerritorioMeccanica e per l’Ambiente e il Territorio

Corso di Impatto ambientale Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici Modulo b) Aspetti energetici

prof. ing. Francesco Asdrubaliprof. ing. Francesco Asdrubalia.a. 2007/08a.a. 2007/08

Energia Energia dai dai

RifiutiRifiuti

Rifiuto: qualsiasi materiale od oggetto derivante da attività umane o da cicli naturali che viene abbandonato o destinato all’abbandono.

Rifiuti Solidi:

•Urbani: provenienti da insediamenti civili;

•Speciali: cantieri edili, lavorazioni industriali, ospedali;

•Tossico nocivi: contenenti sostanze pericolose per la salute e/o l’ambiente.

PROBLEMA O RISORSA?

RSU: La produzione pro-capite è in continuo aumento nei paesi industrializzati

•USA > 2 kg/giorno persona

•ITALIA > 1 kg/giorno persona

Con il benessere tende ad arricchirsi anche la composizione dei rifiuti, poiché diminuisce la frazione organica umida putrescibile ed aumenta la frazione non

biodegradabile.

Caratteristiche medie dei Rifiuti Solidi Urbani Caratteristiche medie dei Rifiuti Solidi Urbani prodotti in Italiaprodotti in Italia

Composizione merceologica media dei rifiuti Composizione merceologica media dei rifiuti solidi urbani e rinnovabilitàsolidi urbani e rinnovabilità

CONTENUTO ENERGETICO DEI RSU IN ITALIA:

Frazione Potere calorifico inferiore [MJ/ Kg] Carta 15.2

Plastica 40.7 Scarti di cibo 6.6

Tessuti 13.5 Legno 16.7

Pannolini 7.2 Scarti di giardinaggio 6.1

Componenti elettronici 2.4 Altre (valore medio) 6

Pericolosi 6

Fonti: H. L. Erichsen, M. Z. Hauschild: Technical data for waste incineration - background for modelling of product-specific emissions in a life cycle assessment context, Department of Manufacturing Engineering, Technical University of Denmark, aprile 2000.

Sistemi di smaltimentoSistemi di smaltimento

• Raccolta differenziata;

• Discarica;

• Compostaggio;

• Incenerimento / Termovalorizzazione.

Decreto Ronchi

Sono da privilegiare nell’ordine:

Le azioni volte a ridurre la quantità di RSU prodotti;

I recuperi di materia (Riciclaggi);

I recuperi di energia.

Raccolta differenziataRaccolta differenziata

Separazione:

Materiali ferrosi;

Sosteanze organiche putrescibili;

Vetro;

Carta, Tessuti, Legno;

Plastica.

Risparmi di energia derivanti dai mancati consumi per la produzione dei materiali recuperati

Discarica controllataDiscarica controllata

È il metodo più diffuso per i bassi costi di impianto e di È il metodo più diffuso per i bassi costi di impianto e di esercizio.esercizio.

- - Comporta la perdita indiscriminata della frazione Comporta la perdita indiscriminata della frazione

merceologica riciclabile.merceologica riciclabile.

Classificazione:

1a Categoria: RSU ed assimilabili;

2a Categoria: A Inerti;

B Tossico Nocivi non altamente pericolosi;

C Altamente pericolosi.

Percolato - Scelta di terreni con buone caratteristiche di impermeabilità;

- Distanza da corsi d’acqua e falde;

- Impermeabilizzazione fondo e pareti;

- Sistemi di raccolta del percolato.

Il BIOGAS va recuperato

(cattivi odori ed effetto serra)

I processi possono durare anche 10 – 20 anni

Produzione 3,5 x 10 -4 m3/h per m3 di RSU

Potere Calorifico 15 MJ/m3

Impianti di compostaggioImpianti di compostaggio

Riguardano la frazione organica putrescibile;

Fermentazione aerobica indotta da micro organismi già presenti o inoculati nei rifiuti stessi;

Processi che avvengono in aria (BIO-OSSIDAZIONE)

o Umidità ≈ 50 %

o T > 55 °C

o Aerazione : 5 m3/h per tonnellata di materia organica

Fermentazione naturale Alcuni mesi

Fermentazione artificiale Qualche settimana

COMPOSTCOMPOST →→ Terriccio fertile per l’agricolturaTerriccio fertile per l’agricoltura

Incenerimento e termovalorizzazioneIncenerimento e termovalorizzazione

Notevole riduzione in Volume;Notevole riduzione in Volume; Possibilità di produrre energia termica e/o elettrica.Possibilità di produrre energia termica e/o elettrica.

Rapida diffusione negli anni 60 e 70;

Luglio 1976 ICMESA SEVESO (MI): nube di Diossina → messa al bando delle tecnologie di incenerimento

Oggi l’Italia è il fanalino di coda nei paesi industrializzati per la percentuale di RSU inceneriti:

Giappone 75%

Danimarca, Svezia 60%

Germania, Francia 40%

G. Bretagna, USA 15%

Italia 7%

Incenerimento e termovalorizzazioneIncenerimento e termovalorizzazione

Tecnologie: Forno a griglia

Forno rotante

Combustione a letto fluido

Post Combustione: Garantisce la termodistruzione dei microinquinanti

T 950 – 1200 °C

v 10 m/s

O2 > 6%

Limiti stringenti di emissioni 0,004 mg/m3 per diossine e furani

Combustibile:CDR (RDF) (fiocchi, pastiglie, mattonelle)

RSU tal quale

Fig.1.1: Schema tipo per combustore RSU a griglia mobile

Tab.1.2: Schema tipo per combustore RSU con tecnologia a griglia fissa

Fig.1.3:Schema tipico di combustore per rifiuti solidi urbani a forno rotante

Fig.1.4:Schema tipo per combustore di rifiuti solidi urbani a letto fluido

INQUINANTE TECNOLOGIA USATA

PER L’ABBATTIMENTO PRINCIPIO DI

FUNZIONAMENTO

GAS ACIDI (HCl, HF, SO2)

SCRUBBER (COLONNA DI LAVAGGIO

AD UMIDO) A DUE STADI: AD ACQUA E A SODA

Immissione di sospensione acquosa di soda caustica, in funzione del pH della

colonna di lavaggio DEPOLVERATORI A

MULTICICLONE Separazione inquinanti

mediante centrifugazione

DEP.ELETTROSTATICI Effetto del campo

elettrostatico per ionizzare fumi

DEP.A TESSUTO (FILTRI A MANICHE)

Captazione fisica mediante tessuto

POLVERI (ceneri volanti e prodotti della neutralizzazione dei gas acidi)

DEP.AD UMIDO Immissione

vapor d’acqua nei fumi

TECNOLOGIA S.C.R. (SELECTIVE CATALYTIC

REDUCTION)

Iniezione di ammoniaca (NH3) mista a

catalizzatori (ossidi di vanadio, tungsteno, platino

su base di titanio) direttamente in camera di

combustione a temperature inferiori al S.N.C.R.

OSSIDI DI AZOTO (NOx)

TECNOLOGIA S.N.C.R (RIDUZIONE TERMICA)

Iniezione di ammoniaca (NH3) o urea direttamente in camera di combustione con elevate temperature

METALLI PESANTI (Pb, Zn, Cd, altri)

SCRUBBER (COLONNA DI

LAVAGGIO AD UMIDO) A

DUE STADI: AD ACQUA E A

SODA

Immissione di sospensione acquosa di soda caustica, in funzione del pH della

colonna di lavaggio

TECNOLOGIA S.C.R. (SELECTIVE CATALYTIC

REDUCTION)

Iniezione di ammoniaca (NH3) mista a

catalizzatori (ossidi di vanadio, tungsteno, platino

su base di titanio) direttamente in camera di

combustione a temperature inferiori al S.N.C.R.

SISTEMI AD UMIDO

Assorbimento da parte di acqua o di soluzioni acquose debolmente

alcaline NaOH e Ca(OH)2

SISTEMI A SECCO

Assorbimento mediante sost.alcaline (calce

Ca(OH2)allo stato solido e formazione di sali

MICROINQUINANTI ORGANICI

(diossine PCDD, furani PCDF, idrocarburi policiclici aromatici

IPA)

SISTEMI A SEMISECCO Spray-drying di

sospensione acquosa di calce

TECNICHE DI ABBATTIMENTO DEGLI

INQUINANTI::

RAFFRONTO TRA VALORI LIMITE PREVISTI:

INQUINANTE (mg/Nmc) D.M.12/7/90

n.51 INQUINANTE

(mg/Nmc) D.M.503/97

Polveri totali 30-100* Polveri totali 10-30 Hcl 50-100* Hcl 20-40 HF 2 HF 1-4 NOx 500 NOx 200-400 SOx 300 SOx 100-200

COT (Composti Org.totali) 20 CO 100 CO 50-100 IPA 0,1 IPA 0,01

PCDD + PCDF (ng/Nmc) 4000 PCDD + PCDF (ng/Nmc) 0,1*** Totale altri metalli 5 Totale altri metalli 0,5

Cadmio+Tallio+Mercurio 0,2 Cadmio+Tallio+Mercurio 0,05** * limite medio giornaliero e di punta orario ** limite che si riferisce a Cd e Tl come somma e Hg separatamente *** espresso in termini di Tossicità Equivalente. Il valore si ottiene come sommatoria delle concentrazioni di massa delle diossine e dibenzofurani misurate nell’effluente gassoso, ciascuno previamente moltiplicato per il corrispondente fattore di Tossicità Equivalente (FTE)

D.M.12/7/1990D.M.12/7/1990 “Linee guida per il contenimento delle emissioni inquinanti degli impianti industriali e la fissazione dei valori minimi di emissione” aggiorna in parte le prescrizioni date dal D.P.R. 203/88

Contemporaneamente, le disposizioni relative al biossido di zolfo, al biossido di azoto, alle particelle sospese e al PM1O, al piombo, al monossido di carbonio e al benzene riportate dal D.P.R.203/88 vengono abrogate ed aggiornate al D.M. 2 aprile 2002, n. 60 con un approccio metodologico completamente differente (qualità dell’aria rilevata al recettore)

RAFFRONTO TRA VALORI LIMITE PREVISTI:

Limiti progressivamente più restrittivi

RISULTATI DI MONITORAGGI SIGNIFICATIVI:

A.E.M.Cremona: “analisi effettuate dal Politecnico di Milano** mostrano che per ciò che riguarda il contributo dell’impianto alla presenza dei principali microinquinanti, si registrano incrementi inferiori all1% per CO, NOX ,PTS e di qualche punto percentuale per SO2. La stima del contributo di metalli pesanti alle concentrazioni già presenti nell’area risulta dell’ordine di qualche punto percentuale e quindi tale da non alterare significativamente il livello esistente. Il livello di Diossine, anche nei valori massimi riscontrati, risulta largamente al di sotto dei livelli riscontrabili in aree rurali”

Ug/m3 SO2

Valori misurati Contributo stimato dell’impianto P.zza Libertà (1995) P.zza Cavour (1995)

11.5 9.4

0.013 0.035

Ug/m3 NOX Valori misurati Contributo stimato dell’impianto

P.zza Libertà (1995) P.zza Cavour (1995)

110 75

0,017 0,047

Ug/m3 PTS Valori misurati Contributo stimato dell’impianto

P.zza Libertà (1995) P.zza Cavour (1995)

50

0,0008 0,0023

Ug/m3 CO Valori misurati Contributo stimato dell’impianto

P.zza Libertà (1995) P.zza Cavour (1995)

1760 714

0,0085 0,023

Termovalorizzatore Modena: “le analisi effettuate nell’intorno dell’impianto con tecniche di tipo biologico hanno evidenziato che la purezza atmosferica della zona ove è inserito l’impianto è di pari livello ad altre zone periferiche della città, mentre nel centro cittadino, interessato dal traffico veicolare e da impianti di riscaldamento, si è riscontrata una peggiore qualità dell’aria. Parallelamente, nelle zone più lontane dalle fonti di emissione, si sono osservati consorzi lichenici e quindi indici di purezza più elevati”**A.Guareschi, “Controllo delle emissioni e rapporti con la cittadinanza” II° Congresso Naz.le Utilizzazione termica dei Rifiuti, Abano Terme 1999

EMISSIONI RISCONTRATE PER IL TERMOUTILIZZATORE A.S.M. BRESCIA:

RISCHIO SANITARIO:

IMPIANTI DI VECCHIA GENERAZIONEIMPIANTI DI VECCHIA GENERAZIONE: la presenza di effetti sulla salute associati al trattamento dei rifiuti è stata dimostrata in particolare per impianti che venivano gestiti secondo limiti alle emissioni in vigore molti anni fa con tecnologie di abbattimento fumi e di gestione della termodistruzione assolutamente inadeguate.

IMPIANTI DI NUOVA GENERAZIONEIMPIANTI DI NUOVA GENERAZIONE:: nel corso degli ultimi 20 anni la legislazione ha posto dei limiti alle emissioni degli inceneritori inferiori di vari ordini di grandezza a quelli preesistenti. Tali normative hanno consentito di raggiungere livelli di emissioni che, nel campo degli inquinanti non cancerogeni, ne hanno praticamente azzerato gli effetti tossici.

Si può affermare che attraverso l'utilizzo di opportune tecniche di abbattimento degli inquinanti negli effluenti prima della loro immissione nell'ambiente esterno, è possibile contenere l'impatto ambientale ben al di sotto dei limiti imposti dalla attuale normativa vigente, che pure consente, come vedremo, la gestione di tali impianti in condizioni di sicurezza pressoché assoluta quanto alla salute delle popolazioni interessate.

“STUDI DI “RISK ASSESSMENT” BASATI SU MODELLI CORRETTAMENTE COSTRUITI SULLA BASE DELLE NORMATIVE VIGENTI E CHE TENGANO CONTO DELLE NORMATIVE INTERNAZIONALI, DELLE VIE DI ESPOSIZIONE E DEI DIVERSI SCENARI DI CONTAMINAZIONE DELLA POPOLAZIONE HANNO EVIDENZIATO CHE IL RISCHIO LEGATO ALLE EMISSIONI NON CANCEROGENE SIA PRATICAMENTE AZZERATO, E PER QUELLE LEGATE ALLE EMISSIONI CANCEROGENE O NEL BAMBINO RISULTI DEL TUTTO TRASCURABILE, O COMUNQUE PARAGONABILE AD ALTRI RISCHI PRESENTI, E TRANQUILLAMENTE ACCETTATI, DELLA VITA QUOTIDIANA.”

Produzione pro capite di RU nei Paesi Produzione pro capite di RU nei Paesi

dell’OCSE.dell’OCSE.

0

100

200

300

400

500

600

700

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urop

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urop

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EC

D

kg

/ab

an

no

1995 2000 o ultimo anno disponibile

Contributo percentuale dello smaltimento di Contributo percentuale dello smaltimento di RU in discarica in alcuni Paesi dell’OCSE RU in discarica in alcuni Paesi dell’OCSE

(1997 – 2000)(1997 – 2000)

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

%

Contributo percentuale della raccolta Contributo percentuale della raccolta differenziata di RU in alcuni Paesi OCSE differenziata di RU in alcuni Paesi OCSE

(dati 1997-2000)(dati 1997-2000)

0,0%

5,0%

10,0%

15,0%

20,0%

25,0%

30,0%

35,0%

40,0%

45,0%

Quantità di rifiuti solidi urbani Quantità di rifiuti solidi urbani termovalorizzati nel 1999 nei Paesi membri termovalorizzati nel 1999 nei Paesi membri

dell’ISWAdell’ISWA

0

2.000.000

4.000.000

6.000.000

8.000.000

10.000.000

12.000.000

14.000.000

Pae

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assi

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0

100

200

300

400

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kg/c

ap

ita

quantità trattate totali 1999 quantità trattate pro capite 1999

Capacità media degli impianti Capacità media degli impianti

d’incenerimento in Europa (2000)d’incenerimento in Europa (2000)

83

110

114

126

132

136

166

178

246

257

390

488

91

177

Norvegia

Italia

Svizzera

Danimarca

Belgio

Francia

Svezia

Spagna

media europea

Austria

Gran Bretagna

Germania

Portogallo

Paesi Bassi

capacità media [1000 t/anno]

Ripartizione dell’energia prodotta da Ripartizione dell’energia prodotta da

termovalorizzazione di RUtermovalorizzazione di RU

0 2 4 6 8 10 12

Austria

Belgio

Danimarca

Finlandia

Francia

Germania

Italia

Paesi Bassi

Norvegia

Portogallo

Spagna

Svezia

Svizzera

Regno Unito

Energia elettrica

Energia termica

TWh

Modalità di recupero energetico negli impianti Modalità di recupero energetico negli impianti europei di termovalorizzazione (2000)europei di termovalorizzazione (2000)

0%

25%

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75%

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Cogenerazione Elettricità Calore

449

462466

492

501

516

523

451

23.000.000

24.000.000

25.000.000

26.000.000

27.000.000

28.000.000

29.000.000

30.000.000

31.000.000

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002*

anno

tota

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]

390

410

430

450

470

490

510

530

pro

cap

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[kg

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no

]

produzione totale di RU produzione pro capite di RU

* Dati provvisori per 6 regioni

Fonti: *APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2002, Roma, ottobre 2002

APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2003, Roma, novembre 2003

Produzione totale e pro capite di Rifiuti Urbani in Italia

Tasso annuo medio di incremento della produzione = 2,1 %

La produzione totale di Rifiuti Urbani è stata pari a 29,4 milioni di tonnellate nel 2001*, superando il tetto dei 510 kg pro capite prodotti in un anno.

La produzione è in costante crescita

Ripartizione per aree geografiche e regioni della produzione di RU

0

100

200

300

400

500

600

700kg

/ab

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no

1999 500 547 452 492

2000 514 557 454 501

2001 524 596 464 516

2002 532 602 468 523

NORD CENTRO SUD ITALIA

La realtà è estremamente diversificata:

Al Nord, pur essendo prodotte le maggiori quantità, il dato pro capite è

di poco superiore a quello medio nazionale

Fonti: APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2002, Roma, ottobre 2002

APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2003, Roma, novembre 2003

La produzione pro capite è massima in Toscana ed Emilia Romagna, dove mostra valori prossimi ai massimi

dell’Unione Europea(Olanda, Spagna > 600 kg/ab. anno)

Al Sud i dati sono comunque inferiori a quelli della media nazionale e vicini al limite inferiore dell’UE (Portogallo, Finlandia < 500 kg/ab. anno): Reg.Puglia 371÷400 kg/ab.anno

0%

10%

20%

30%

40%

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60%

70%

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100%

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Discarica Termovalorizzazione Compostaggio RiciclaggioSource:

RRF

Fonti: Elaborazioni ENEA su dati EUROSTAT e APAT

ASSURRE, Incineration in Europe, prepared by Juniper, ottobre 2000

La gestione integrata dei Rifiuti Urbani nei paesi dell’Unione Europea

Il quadro globale dei sistemi di gestione integrata dei rifiuti in Europa è piuttosto variegato.

La direttiva europea sulle discariche (1999/31/EC)

prescrive una riduzione del conferimento di rifiuti

biodegradabili in quest’ultime fino al 35% dei livelli del 1995

in 15 anni; tuttavia, la discarica rappresenta ancora l’opzione principale di numerosi Paesi

ITALIA SPAGNA GRAN

BRETAGNA FRANCIA DANIMARCA

Discarica 80% 73% 83% 50% 10.8% Termovalorizzazione 7% 6% 7.7% 39% 58% Compostaggio 10% 17% 1.3% 6% 1.5% Riciclaggio 3% 4% 8% 5% 29.7%

74

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7,2

8,1

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67

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0

10

20

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80

discarica incenerimentocon e senzarecupero di

energia

impianti diselezione e

bioessicazione

compostaggioda frazioniselezionate

altre forme direcupero

%

1999 2000 2001

2000 8,5% 10,3%4,1%

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72,4%

discaricaincenerimento con e senza recupero di energiaimpianti di selezione e bioessicazionecompostaggio da frazioni selezionatealtro

2001

8,7%12,7%

5,8%5,7%

67,1%

Fonti: APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2002, Roma, ottobre 2002

APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2003, Roma, novembre 2003

Si registra un calo dello smaltimento in discarica ed un aumento

significativo delle quantità di rifiuti avviati al recupero di materia (nel

complesso, il 24,2%); molto più contenuto è l’incremento della

percentuale di incenerimento (+1,6 punti percentuali).

La gestione integrata dei Rifiuti Urbani in Italia

0

500.000

1.000.000

1.500.000

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20,00

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%

Ru smaltiti nel 2001 variazione percentuale 1999-2001

Il ricorso alla discarica controllata nelle diverse Regioni

Fonti: APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2003, novembre 2003

Incenerimento e recupero energetico dai RU a livello internazionale

La quantità complessiva di rifiuti inceneriti in 14 Stati membri dell’ISWA (International Solid Waste Association) è all’incirca di 41 milioni di tonnellate: ben 13 milioni competono solo alla Germania

0

2000

4000

6000

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OECD 1996-2000

ISWA 1999

ASSURE-JUNIPER 2000

Fonti: ISWA Working Group on Thermal Treatment; OECD; ASSURRE- JUNIPER

Incenerimento e recupero energetico dai Rifiuti Urbani in Italia

0

500.000

1.000.000

1.500.000

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1996 1997 1998 1999 2000 2001

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27.500.000

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28.500.000

29.000.000

29.500.000

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RU inceneriti Rifiuti totali inceneriti

RU prodotti linea di tendenza produzione

Fonti: APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2002, Roma, ottobre 2002

4,13,7

39,5

47,1

3,2 2,4

7,45,3 5,7 5,1

23,621,8

6,1 5,9

1,4 1,1 0,9 0,7 0,7 0,6

7,2 6,3

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

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Incenerimento e recupero energetico dai Rifiuti Urbani in Italia

22,3% 21,6%21,3%

20,6%

14,3%

8,1% 8,0%7,5%

6,4%

4,7%

2,8%

0,6%

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10,0%

15,0%

20,0%

25,0%

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1999 2000

Fonti: APAT, ONR: Rapporto Rifiuti 2002,Roma, ottobre 2002

PERCENTUALE REGIONALE DI INCENERIMENTO DI RIFIUTI URBANI RISPETTO AL TOTALE NAZIONALE (2000-2001)

CONTRIBUTO PERCENTUALE REGIONALE DELL’INCENERIMENTO ALLO SMALTIMENTO DEI RIFIUTI URBANI PRODOTTI A LIVELLO REGIONALE E CONFRONTO CON LA MEDIA NAZIONALE