Riciclaggio del fosforo: utilizzo sostenibile delle materie prime
Il fosforo è un elemento vitale e, insieme ad azoto e potassio, è tra i più importanti elementi costitutivi delle cellule e delle ossa. Inoltre, in qualità di portatore delle informazioni genetiche, anche il DNA umano è costituito da acido fosforico. Anche la crescita delle piante dipende dal fosforo: un campo di grano di superficie pari a un ettaro necessita ogni stagione di 60 chilogrammi di questo nutriente. In agricoltura il fosforo è la principale componente di tutti i prodotti fertilizzanti. Negli impianti di depurazione e nei centri di trasformazione degli scarti di macellazione e delle carcasse di animali sono presenti grandi quantità di residui contenenti percentuali consistenti di fosforo. La gestione dei rifiuti attuale, tuttavia, comporta la perdita di questo nutriente.
Dal 2026, il fosforo contenuto nelle acque di scarico, nei fanghi di depurazione o nelle loro ceneri deve essere recuperato e utilizzato come concime. In questo modo, l’agricoltura svizzera sarà in grado di soddisfare il proprio fabbisogno di fosforo da fonti locali, senza dover importare concimi minerali di origine problematica e metalli pesanti dannosi. Inoltre, grazie al riciclaggio del fosforo, si chiude un importante ciclo delle materie prime e si conservano riserve primarie di fosfato.
Nel 2018, al fine di creare basi decisionali per il riciclaggio del fosforo in Svizzera nel quadro di un processo partecipativo che vedesse coinvolti tutti gli attori, l’Ufficio federale dell’ambiente (UFAM) ha avviato i lavori per SwissPhosphor.
Riserve globali di fosforo
In natura il fosforo (P) si trova quasi esclusivamente combinato sotto forma di fosfato (P2O5). I fosfati vengono estratti da rocce ricche di fosfato (minerali fosfatici), che derivano perlopiù da depositi marini (depositi sedimentari marini), anche se in misura inferiore il fosfato è presente anche nelle rocce magmatiche. Anche se a medio termine sono disponibili quantità sufficienti di minerali fosfatici, le riserve naturali di minerali contenenti fosforo si concentrano in pochi Paesi (p. es. Marocco, Cina, Russia) e in regioni instabili dal punto di vista geopolitico. Inoltre, a seconda del sito di estrazione, si pongono gravi problemi legati alle ripercussioni negative sull’ambiente e sulle persone.
Valori limite severi per il cadmio, maggiore dipendenza dalle importazioni
I depositi sedimentari marini hanno un contenuto di fosfati maggiore rispetto ai depositi magmatici. Quelli sedimentari marini presentano però anche una percentuale maggiore di impurità, dovute per esempio al cadmio e all’uranio. La Svizzera ha valori limite molto severi per quanto riguarda le concentrazioni di metalli pesanti nei concimi minerali, per cui fa affidamento soprattutto su depositi magmatici di fosfati a basso contenuto di cadmio e può acquistare il fosforo per la produzione di concimi soltanto da poche miniere. Per questo motivo, la Svizzera finora ha importato molti concimi minerali contenenti fosforo dalla Russia. Con la guerra in Ucraina ciò non è più possibile, il che mostra ancora una volta l’importanza e l’attualità di un tema come quello dell’indipendenza dalle importazioni di fosforo.
Consumo di fosforo in Svizzera
La Svizzera importa annualmente 14 600 tonnellate nette di fosforo sotto forma di concimi minerali (4200 t), alimenti per animali (6200 t), derrate alimentari (2600 t) e prodotti chimici (1600 t). Dal momento che non dispone di riserve primarie di fosforo (minerali fosfatici), il fabbisogno di fosforo e, in particolare, di concimi contenenti fosforo, può essere soddisfatto attualmente soltanto con le importazioni. Questa dipendenza dall'estero desta preoccupazioni. Lo spargimento diretto di fanghi di depurazione contenenti fosforo come concimi in ambito agricolo è vietato dal 2006. In questo modo viene sì evitata l’immissione di inquinanti nel suolo, ma viene interrotto il ciclo del fosforo impedendone il ritorno nell’agricoltura.
Recupero del fosforo: la chiusura di un importante ciclo delle materie prime
Non esiste la vita senza il fosforo. Sia i vegetali che gli animali e le persone hanno bisogno del fosforo per la propria crescita e il metabolismo energetico. Il limite mondiale per il ciclo di questa materia prima è stato ampiamente superato. Al momento, in Svizzera, il fosforo non ha un ciclo chiuso. In passato i fanghi di depurazione venivano utilizzati come concimi in agricoltura, reimmettendo così il fosforo nel ciclo; tuttavia, l’utilizzo diretto dei fanghi di depurazione come concimi è connesso a dei rischi. Per via, tra le altre cose, della crisi della mucca pazza (encefalopatia spongiforme bovina, BSE), questa procedura è vietata dal 2006 e vige l’obbligo di incenerire (tramite trattamento termico) i fanghi di depurazione. Attualmente, il fosforo per l’agricoltura viene estratto sotto forma di fosfato dalle rocce, trasformato in concime, importato e sparso sui campi svizzeri. Questo nutriente viene assorbito dai vegetali che, a loro volta, diventano alimenti per animali o per il consumo umano. Tramite il consumo di alimenti animali o vegetali, il fosforo entra nel corpo umano e, attraverso gli escrementi, nelle acque di scarico, finendo in gran parte nei fanghi di depurazione. Questi vengono inceneriti e il fosforo che contengono finisce nelle discariche sotto forma di ceneri dei fanghi di depurazione o di scorie oppure nei cementifici, dove i fanghi di depurazione e le farine animali e ossee vengono utilizzati come combustibili alternativi.
Riuscire a chiudere i cicli delle materie significa poterle utilizzare in maniera efficiente e più a lungo possibile. Nell'ottica di preservare le risorse naturali e raggiungere una maggiore indipendenza dalle importazioni, il riciclaggio del fosforo e la chiusura del ciclo della materia prima convengono da un punto di vista ecologico ed economico. Per questo motivo, nel 2016, il Consiglio federale ha introdotto l’obbligo di recupero del fosforo nell’OPSR.
Basi legali del recupero del fosforo
La legge sulla protezione dell’ambiente (LPAmb; RS 814.01), la legge sulla protezione delle acque (LPAc; RS 814.20) e l’ordinanza sui rifiuti (OPSR; RS 814.600) contengono le prescrizioni principali per una gestione ecocompatibile dei rifiuti.
L’articolo 15 capoverso 1 OPSR è alla base dell’obbligo di recuperare il fosforo e sancisce che il fosforo contenuto nelle acque di scarico, nei fanghi di depurazione provenienti dagli impianti centrali di depurazione delle acque di scarico o dalle ceneri risultanti dal trattamento termico di tali fanghi deve essere recuperato e riciclato. Lo stesso vale per il fosforo contenuto nelle farine animali e ossee, a condizione che dette farine non siano impiegate come alimenti per animali (art. 15 cpv. 2 OPSR). Con l’articolo 51 OPSR, il Consiglio federale ha stabilito che l’obbligo di recuperare il fosforo si applica a partire dal 1° gennaio 2026. ll riciclaggio deve essere effettuato secondo metodi conformi allo stato della tecnica (art. 12 cpv. 2 OPSR). L’obbligo di esecuzione spetta ai Cantoni.
Requisiti quantitativi e qualitativi
Fondamentalmente, da ogni flusso di rifiuti andrà recuperato quanto più fosforo possibile in base allo stato della tecnica. Sul lungo termine, in Svizzera, verrà recuperato almeno tanto fosforo quanto ne viene attualmente importato tramite concimi minerali e prodotti chimici. Affinché sia possibile raggiungere questo obiettivo, secondo l’aiuto all’esecuzione è necessaria una quota di recupero pari ad almeno il 50 per cento. Il modulo dell’aiuto all’esecuzione «Rifiuti ricchi di fosforo» fornisce ai Cantoni e alle organizzazioni dell’economia interessate un quadro di riferimento per un’esecuzione il più possibile uniforme nell’ambito del recupero del fosforo. L’aiuto all’esecuzione illustra i requisiti legislativi e descrive lo stato della tecnica in materia di recupero del fosforo. Se conforme alle disposizioni dell’ordinanza sui concimi (Ocon; RS 916.171), il fosforo proveniente da questi flussi di rifiuti può essere impiegato come concime nell’agricoltura. Attualmente l’utilizzo di concimi contenenti fosforo recuperato è consentito nell’agricoltura convenzionale, ma non in quella biologica.
Potenziale di recupero del fosforo in Svizzera
Ogni anno dai flussi di rifiuti in Svizzera è possibile riciclare 6900 tonnellate di fosforo. I fanghi di depurazione, con 5700 tonnellate di fosforo all'anno, sono la più importante categoria di rifiuti ricchi di fosforo. Il modo più efficiente di recuperare il fosforo è partendo dai fanghi di depurazione e dalle loro ceneri. Dall'entrata in vigore del divieto di spargimento diretto dei fanghi di depurazione come concimi in ambito agricolo, occorre tuttavia procedere con il trattamento termico. Il secondo flusso di rifiuti ricco di fosforo per importanza è costituito dai sottoprodotti di origine animale (farine animali e ossee): con questi rifiuti, vanno perse ogni anno in Svizzera circa 1200 tonnellate di fosforo. Rispetto ai fanghi di depurazione, i sottoprodotti di origine animale contengono alte concentrazioni di fosforo e poche impurità. Di conseguenza, la tecnica per recuperare il fosforo nei sottoprodotti di origine animale è piuttosto semplice. Per esempio, su una quota di recupero dell’80 per cento sarebbe teoricamente possibile coprire quasi il 40 per cento del fabbisogno annuale di fosforo.
Recupero del fosforo: possibilità
Il recupero del fosforo contenuto nei fanghi di depurazione, nelle ceneri risultanti dal trattamento termico di tali fanghi e nelle farine animali e ossee costituisce un nuovo settore della tecnologia. Negli scorsi anni sono state sviluppate varie tecnologie, testate e ottimizzate nel quadro di progetti e impianti pilota. I processi si basano su vari principi e si differenziano per l'approccio adottato. Nel caso dei processi decentralizzati, il fosforo viene recuperato direttamente dai flussi di acque di scarico e fanghi di depurazione negli impianti di depurazione delle acque di scarico (IDA). I processi centralizzati, dal canto loro, partono attualmente dalle ceneri dei fanghi di depurazione, in particolare dopo l’incenerimento dei fanghi, e sono indipendenti dall’azienda e dall'ubicazione degli IDA.
Sviluppo attuale dello stato della tecnica
Negli ultimi anni la gamma dei processi possibili con un grado di sviluppo sufficiente si è ristretto fortemente. Sembrano affermarsi in particolar modo processi di recupero che partono dalle ceneri dei fanghi di depurazione. Si tende a preferire il processo di estrazione chimica a umido o la digestione chimica a umido a partire dalle ceneri dei fanghi di depurazione. Il grado di recupero è alto e durante la fabbricazione del concime i valori limite per i concimi minerali ottenuti dal riciclaggio vengono rispettati. Attualmente, in Svizzera, vengono impiegati i processi Phos4Life, REALphos e ZAB. Si presume che i processi decentralizzati non avranno un ruolo rilevante nel recupero del fosforo data, tra le altre cose, la loro bassa quota di recupero. Gli impianti di depurazione con un’eliminazione biologica del fosforo ben funzionante potrebbero raggiungere al massimo il grado di recupero minimo del 50 per cento.
Impianti di recupero del fosforo previsti
Phos4Life (Emmenspitz, SO)
Presso il sito dell'impianto KEBAG e dell'associazione Zweckverband der Abwasserregion Solothurn-Emme (ZASE) a Zuchwil (SO) è in programma un grande impianto industriale che impiegherà il processo Phos4Life (P4L). I partner che partecipano al progetto sono ZAR, acr (TI), ERZ (ZH), Epura (VD), erzo (AG), REAL (LU), saidef (FR), SIG (GE) e ZASE (SO). Mediante un’estrazione chimica a umido dalle ceneri dei fanghi di depurazione, l’impianto consentirà di ottenere un acido fosforico tecnico di alta qualità, che potrà essere commercializzato direttamente in Svizzera e in tutta Europa nell’industria chimica e tecnica. L’acido fosforico tecnico si presta inoltre per la fabbricazione in Svizzera di concimi poco inquinanti come il TSP46. Secondo lo stato attuale del progetto, l’impianto P4L consentirebbe di recuperare circa 2200 tonnellate di fosforo all'anno. L’avvio dei lavori di costruzione è previsto per la metà del 2027 e la messa in esercizio avverrà presumibilmente nel 2030.
Phosphor26 (Oftringen, AG)
Presso il sito dell'associazione Verband Entsorgung Region Zofingen (erzo) a Oftringen (AG), in collaborazione con l'azienda Holcim, è in programma, nel quadro del progetto Phosphor26, un grande impianto industriale che impiegherà il processo REALphos. I partner che partecipano al progetto sono erzo (AG), REAL (LU) e Holcim. Il processo REALphos o processo di lisciviazione delle ceneri punta sulla fabbricazione di un acido fosforico per concimi mediante estrazione chimica a umido delle ceneri dei fanghi di depurazione, per il quale è prevista un’ulteriore lavorazione in concime contenente fosforo da parte dell'associazione ZAB di Bazenheid. Secondo lo stato attuale del progetto, questo permetterebbe di recuperare circa 1300 tonnellate di fosforo all'anno. L’avvio dei lavori di costruzione dipende da quando verrà presa una decisione relativamente agli investimenti; la messa in esercizio è fissata a circa tre anni e mezzo da tale decisione.
ZAB (Bazenheid, SG)
L'associazione Zweckverband der Abwasserregion Solothurn-Emme (ZASE) ha in programma un grande impianto industriale presso il suo sito a Bazenheid (SG) volto all'implementazione del processo ZAB. I partner che partecipano al progetto sono la comunità d'interessi Klärschlamm-Interessengemeinschaft Ost (KIGO) insieme all'associazione Abwasserverband Altenrhein (AVA), alla cooperativa Landi Aachtal (Obstverwertung Oberaach TG, OGO) e all'associazione ZAB nonché la società TMF Extraktionswerk SA. La responsabilità sarà assunta da una società per azioni («P-AG Bazenheid») di cui è prevista la fondazione. Con l’acido fosforico ottenuto mediante digestione chimica a umido delle ceneri dei fanghi di depurazione, delle farine animali e ossee nell’impianto verranno fabbricati i concimi P30, P38 o TSP46. Il TSP46 (perfosfato triplo 46 %) verrà venduto e impiegato in Svizzera come concime oppure sottoposto a un’ulteriore lavorazione in concime composto. Per la fabbricazione del TSP46 si presterebbe l’acido fosforico tecnico del processo P4L. Per i concimi con una percentuale di fosfato del 30 o del 38 per cento (P30, P38) è prevista l’esportazione, ma potrebbero essere impiegati anche nell’agricoltura svizzera. Per la fabbricazione dei concimi P30 e P38 è possibile impiegare acido fosforico per concimi ottenuto con il processo REALphos. Secondo le indicazioni progettuali, è prevista la fabbricazione annuale di 14 000 tonnellate di concime TSP46 con 3000 tonnellate di fosforo e di 15 000 tonnellate di concimi P30/P38 con 2300 tonnellate di fosforo. L’avvio dei lavori di costruzione è previsto per la primavera 2025 e la messa in esercizio per il 2026.
Prodotti e mercato
A partire dal fosforo recuperato vengono fabbricati principalmente l’acido fosforico di diverse qualità e i concimi P30, P38 o TSP46. L’acido fosforico tecnico può essere impiegato nell’industria chimica/tecnica oppure per la fabbricazione di concime TSP46. L’acido fosforico per concimi viene utilizzato specificamente per la fabbricazione di concimi P30 o P38. Tutti i concimi menzionati (P30, P38, TSP46) rispettano i requisiti legali e potrebbero quindi essere impiegati nell’agricoltura in Svizzera. Tuttavia, non adempiendo i requisiti attuali dell'industria svizzera dei concimi, i concimi P30 e P38 sono al momento destinati all’esportazione; il concime TSP46 soddisfa invece tali requisiti ed è quindi destinato alla vendita sul mercato svizzero. I progetti Phos4Life, Phosphor26 e ZAB permetteranno di recuperare il fosforo da grandi quantità di ceneri di fanghi di depurazione. Tuttavia, i tre progetti non saranno in grado di esaurire l’intero potenziale di recupero di fosforo da fanghi di depurazione. Se da un lato alcuni attori hanno deciso di partecipare a più progetti, dall’altro molti Cantoni non hanno ancora stabilito dove e in che modo procedere al recupero del fosforo.
Finanziamento
Gli oneri per lo sviluppo, la costruzione e l’esercizio degli impianti per il recupero del fosforo supereranno presumibilmente i ricavi di mercato provenienti dalla vendita di prodotti derivanti dal fosforo riciclato. A seconda del processo scelto, i costi non coperti si aggireranno intorno ai 5 franchi a persona all’anno. A copertura di tali costi andranno i proventi della tassa federale sulle acque di scarico.
Il finanziamento di tali costi supplementari tramite la tassa federale sulle acque di scarico trova il suo fondamento nell’ordinanza sulla protezione delle acque (OPAc; RS 814.201). È conforme al principio di causalità («chi inquina paga»), si fonda su processi di esecuzione consolidati ed è pertanto attuabile immediatamente. Secondo lo stato attuale delle conoscenze, i supplementi sulla tassa federale sulle acque di scarico necessari a coprire i costi supplementari si collocherebbero al di sotto del 10 per cento, quindi ben al di sotto delle differenze attualmente esistenti in termini di tasse tra i vari IDA/Comuni.
Uno sguardo all’estero
L'ordinanza tedesca sui fanghi di depurazione (Klärschlammverordung, AbfKlärV) in vigore dal 2017 obbliga, a partire dal 2029, gli impianti di depurazione con una capacità di almeno 100 000 abitanti equivalenti a recuperare il fosforo dai fanghi di depurazione e, a partire dal 2032, anche gli impianti più piccoli. Anche a questi impianti di depurazione è vietato riciclare i fanghi di depurazione nei settori dell’agricoltura e del paesaggismo. Ora, con l’entrata in vigore del regolamento sul mercato di prodotti fertilizzanti dell’Unione europea nel 2022, vengono disciplinati anche i concimi contenenti fosforo provenienti dai fanghi di depurazione.
