Multi-criteria assessment of treatment routes for supermarket organic waste

The organic fraction of municipal solid waste generated by supermarkets is a waste stream with high moisture content and biodegradability, where the treatment needs to balance economic feasibility, energy demand and environmental performance. This thesis compares the technologies of anaerobic digestion, hydrothermal carbonisation, gasification and pyrolysis for a representative Italian supermarket producing 100 t/y of wet OFMSW or 25 t/y on a dry basis. The assessment involves process modelling, techno-economic analysis, gate-to-gate life cycle assessment using the Environmental Footprint 3.1 method and min-max multicriteria decision-making. The weights of energy demand, economic performance and greenhouse-gas emissions are 20%, 50% and 30%, respectively. Anaerobic digestion shows the lowest energy demand and emissions, but its economic performance is limited by the current treatment contract. Hydrothermal carbonisation achieves the best overall balance, mainly because it avoids intensive pre-drying and generates hydrochar revenue. Gasification and pyrolysis are penalised by the drying requirement of the wet feedstock. The final MCDM ranking identifies hydrothermal carbonisation as the preferred option, with a score of 0.9442, followed by anaerobic digestion, gasification, and pyrolysis.

La frazione organica dei rifiuti solidi urbani generata dai supermercati è un flusso di rifiuto caratterizzato da elevato contenuto di umidità e biodegradabilità, il cui trattamento deve bilanciare fattibilità economica, domanda energetica e prestazioni ambientali. La presente tesi confronta digestione anaerobica, carbonizzazione idrotermale, gassificazione e pirolisi per un supermercato italiano rappresentativo che produce 100 t/anno di OFMSW umido, equivalenti a 25 t/anno su base secca. La valutazione comprende modellazione di processo, analisi tecnico-economica, valutazione del ciclo di vita gate-to-gate mediante il metodo Environmental Footprint 3.1 e analisi decisionale multicriterio con normalizzazione min-max. I pesi attribuiti alla domanda energetica, alla prestazione economica e alle emissioni di gas a effetto serra sono rispettivamente pari al 20%, 50% e 30%. La digestione anaerobica mostra la minore domanda energetica e le emissioni più basse, ma la sua prestazione economica è limitata dall’attuale contratto di trattamento. La carbonizzazione idrotermale raggiunge il miglior equilibrio complessivo, principalmente perché evita un pre-essiccamento intensivo e genera ricavi dalla vendita dell’hydrochar. Gassificazione e pirolisi risultano penalizzate dal requisito di essiccamento del substrato umido. La classifica finale dell’analisi MCDM identifica la carbonizzazione idrotermale come l’opzione preferita, con un punteggio pari a 0,9442, seguita da digestione anaerobica, gassificazione e pirolisi.