Biogenic and fossil carbon emissions from waste-to-energy plants in the framework of the EU emission trading system

This thesis explores the carbon emissions of Waste-to-Energy (WtE) plants, focusing on the distinction between biogenic and fossil CO2, within the European Union regulatory context. WtE plants are crucial to properly manage municipal solid waste (MSW), as well as industrial waste and residues, while generating energy, but they also contribute to greenhouse gas (GHG) emissions. The EU's Emission Trading System mandates WtE facilities to report fossil-based CO2 emissions, starting from 2024, and eventually include them, starting from 2028, in the framework of the EU climate neutrality target by 2050. The techniques of radiocarbon dating, and selective dissolution are critically examined for their accuracy and applicability, to evaluate the biogenic carbon content of WtE CO2 emissions through direct analysis of the flue gas and of the biomass content of the treated waste. Starting from a2a Ambiente WtE plants data collection campaign, fossil carbon emission factors, specific for the type of waste, are calculated. The research develops a procedure to validate the emissions of fossil CO2 determined using a measurement-based methodology (Continuous Emission Monitoring System), through a calculation based on analyses of waste samples. Fossil carbon emission factors might be used by the competent authorities to update the current literature references for ETS purposes. Future EU emission allowances costs are estimated. The findings aim to help WtE operators comply with the EU’s regulatory framework and define an action plan, tackling the managerial and operational challenges brought up by ETS inclusion.

Questa tesi tratta delle emissioni di anidride carbonica degli impianti Waste-to-Energy (WtE), concentrandosi sulla distinzione tra CO2 biogenica e fossile, nel contesto normativo dell'Unione Europea. Gli impianti WtE sono fondamentali per gestire correttamente i rifiuti solidi urbani (MSW), nonché i rifiuti e i residui industriali, generando al contempo energia, ma contribuiscono anche alle emissioni di gas a effetto serra (GHG). Il sistema di scambio di emissioni dell'UE prevede che gli impianti di termovalorizzazione comunichino le emissioni di CO2 di origine fossile a partire dal 2024, per poi includerle a partire dal 2028, nell’ottica dell’UE di neutralità climatica entro il 2050. Le tecniche di datazione al radiocarbonio e di dissoluzione selettiva sono esaminate criticamente per la loro accuratezza e applicabilità, per valutare il contenuto di carbonio biogenico delle emissioni di CO2 tramite analisi dell’effluente gassoso e del contenuto di biomassa nei rifiuti trattati. A partire dalla campagna di raccolta dati degli impianti WtE di a2a Ambiente, sono calcolati i fattori di emissione fossili, specifici per tipologia di rifiuto. La ricerca sviluppa una procedura per validare i dati misurati relativi alle emissioni di CO2 fossile (da Sistema di Monitoraggio Continuo delle Emissioni), attraverso un metodo basato su calcoli a partire dalle analisi dei campioni di rifiuti. I fattori di emissione fossile potrebbero essere utilizzati dalle autorità competenti per aggiornare i riferimenti bibliografici attuali per scopi ETS. Vengono inoltre stimati i costi futuri delle quote di emissione dell'UE. I risultati mirano a supportare gli operatori WtE a conformarsi al quadro normativo dell'UE e a definire un piano d'azione per affrontare le sfide di gestione e operative sorte dall'inclusione nel sistema ETS.