Aprovechamiento de residuos sólidos urbanos (RSU)

Transcripción

1 Aprovechamiento de residuos sólidos urbanos (RSU) César Alfredo Romo Millares Abstract This article describes the status of the utilization of municipal solid waste both in Mexico and internationally. The main technologies and new trends for treatment, conversion and disposal are discussed along with IIE s experience and views on the subject. A nivel mundial, el tema de la disposición de la basura urbana es sumamente relevante y se ve desde diferentes ópticas, según sea la situación particular de cada país. Hay países desarrollados, principalmente en Europa, donde se está impulsando la reducción a cero de sus residuales mediante el reciclaje, reúso y conversión térmica, mientras que en otros países, donde hay una mayor disponibilidad de espacios, se sigue confinando la basura en rellenos sanitarios y tiraderos a cielo abierto. Cada habitante en México genera en promedio 1 kg de basura por día, gran parte del cual se recolecta y dispone a través de los municipios, de acuerdo a sus propios recursos y cuotas establecidas, en sitios que van desde tiraderos a cielo abierto sin ninguna infraestructura, hasta rellenos sanitarios que cumplen con altas especificaciones. Esto significa que más de 100 mil toneladas de basura por día tienen que ser recolectadas, transportadas y, en una gran proporción, confinadas. Para darnos una idea de lo que este número significa en términos energéticos, asociando el contenido calorífico 73

2 Boletín IIE, 2015 abril-junio europeos se puede ver cómo el gravar impositivamente la confinación de RSU en rellenos sanitarios es una práctica común. Por otro lado en China, ante la falta de espacios para seguir confinando su basura, se ha incentivado la construcción de plantas de incineración con generación eléctrica, pagando el estado una tarifa preferencial por la electricidad generada, del orden del doble de lo que se paga para las plantas que la generan con carbón. Lo que se ve como una premisa fundamental de política en las sociedades más avanzadas es que se ha reconocido que el confinamiento de RSU en rellenos sanitarios no es una práctica sustentable y se están realizando acciones para diversificar sus posibilidades. promedio de los RSU, con esta basura podríamos estar alimentando centrales térmicas, con tecnologías de conversión disponibles, con una potencia de 4,000 MW. Sin embargo, el seguir enterrando RSU de la manera como lo hacemos resulta, aparte de un gran desperdicio de energía y contaminación del medioambiente, en una situación de saturación de rellenos sanitarios y la permanente búsqueda de lugares cada vez más alejados a las poblaciones (figura 1). Sin un adecuado diseño y mantenimiento, los rellenos sanitarios suelen ser altamente contaminantes del medioambiente, llegándose ya a prohibir y/o penalizar en muchos países. Por ejemplo, en Suiza, Suecia, Noruega, Holanda, Austria y Bélgica existe una prohibición expresa para confinar en rellenos sanitaros, residuales que contengan poder calorífico aprovechable. Esto ha propiciado que se desarrollen programas 3R (reducir, reutilizar y reciclar) con altos porcentajes de reciclaje y se fomente la construcción de plantas de incineración con recuperación eléctrica y térmica. Con el mismo propósito, en otros 20 países Aunque hay un esfuerzo del gobierno de México por establecer una política de gestión de RSU, nuestro país presenta un considerable atraso comparado con países de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE). Según cifras reportadas, contamos con un bajo porcentaje de reciclaje de alrededor del 5%, y un limitado número de rellenos sanitarios que cumplen con especificaciones (196 en el año 2011), sin embargo, se confina más del 30% de los RSU en sitios no controlados y rellenos de tierra. De los 196 rellenos sanitarios, sólo unos pocos tienen la infraestructura adecuada para aprovechar el biogás generado en una planta de generación eléctrica. Evidenciando más nuestro 74

3 Figura 1. Caminando por el R.S. Bordo Poniente, México, D.F e imagen del problema causado por la falta de un R.S. en Cuernavaca. atraso, no contamos con ninguna planta térmica de incineración que recupere la energía presente en los RSU, siendo que en el mundo operan más de 1,000 instalaciones de este tipo. Recuperación de energía de la basura El desarrollo de un proyecto de recuperación de energía, ya sea eléctrica o térmica, requiere del análisis del tipo y cantidad de residuales urbanos disponibles, del conocimiento de las tecnologías en cuestión para seleccionar la idónea, de identificar el portafolio y récord de operación de los proveedores, de establecer los estudios de factibilidad técnica y económica, y finalmente del conocimiento de la gestión de permisos y trámites ante la autoridad. A continuación se listan los principales procesos para el aprovechamiento de los RSU. Compostaje y digestión anaeróbica La fracción orgánica de los RSU, compuesta principalmente por basura de comida, de jardines y otros materiales similares, aporta alrededor del 50% del total, por lo que procesos de este tipo tienen un alto potencial de aprovechamiento. Si es separada en su origen, la fracción orgánica de los RSU es susceptible de utilizarse en procesos de compostaje o digestión anaerobia para obtener composta y biogás respectivamente. La diferencia entre estos dos procesos consiste en que en el compostaje, la degradación de la materia orgánica se hace en presencia de aire (aerobia), mientras que la digestión anaerobia se realiza en un digestor en ausencia de oxígeno. La composición típica obtenida en el biogás es de 45%-60% de CH 4 y 40%-60% de CO 2. El biogás se conduce a un paquete de generación que incluye motores de combustión interna, donde se quema generando electricidad en un generador eléctrico acoplado. 75

4 Boletín IIE, 2015 abril-junio Figura 2. Diagrama de una planta de incineración con recuperación de energía. Tratamiento térmico con recuperación de energía Waste to Energy (WTE) es el término en inglés que se emplea para los procesos en que se obtiene energía eléctrica o térmica a través del tratamiento térmico (combustión principalmente) de los RSU. La tecnología dominante es la incineración en calderas de parrilla móvil, acondicionadas para quemar los residuales urbanos sin mayor separación y donde el vapor que se genera alimenta, ya sea a un turbogenerador para producir energía eléctrica, o se utiliza para propósitos de calefacción en zonas urbanas (figura 2). A través de este proceso se obtiene una reducción del 80% al 95% en el volumen de los RSU, quedando únicamente cenizas de material inerte que pueden confinarse o utilizarse como insumo en la industria de la construcción. Hasta hace algunas décadas, la incineración de RSU no era bien vista por la sociedad, ya que no había un control sobre los gases y compuestos tóxicos emanados de su combustión. Hoy en día, la tecnología de incineración cuenta con un equipamiento muy efectivo en el aspecto de control de emisiones (lavadores de gases, equipo para NOx y filtros de mangas) y está reconocida a nivel mundial como una tecnología amigable con el medio ambiente, segura y eficiente en el aprovechamiento de la energía al utilizar el calor generado por la combustión. Cabe mencionar que en los últimos años han surgido nuevas variantes tecnológicas a la incineración, que incorporan procesos de pirólisis, gasificación y arco de plasma, que buscan hacer más eficientes los procesos y tener menores costos. 76

5 Figura 3. Central Waste to Energy de Lee County, Florida, Estados Unidos. cuenta con sistemas de captación de gas y lixiviados con el fin de limitar los impactos negativos al medioambiente. Se pueden tener las opciones de colectar y quemar el biogás en antorchas, o aprovecharlo como combustible dentro de un paquete motogenerador y producir energía eléctrica. Éste es el caso de instalaciones que generan energía eléctrica en ciudades como Monterrey, Aguascalientes (figura 4) y Ciudad Juárez. Algunos aspectos comparativos Figura 4. Área de tratamiento de biogás y generación eléctrica. Relleno Sanitario Aguascalientes. Confinamiento en rellenos Este proceso es el último en la cadena de gestión integral de residuales sólidos urbanos y debería considerarse como la opción menos deseable. De hecho, como ya se mencionó, algunos países desarrollados sólo consideran al material inorgánico no reciclable como el único residual sujeto a confinarse, sin embargo, en países como México donde una gran cantidad de RSU todavía es depositada sin control alguno en tiraderos a cielo abierto, los rellenos sanitarios representan una opción para mejorar la calidad de vida de la población y aminorar el impacto al medioambiente. El relleno sanitario es una obra de ingeniería diseñada para recibir RSU en un área lo más pequeña posible, que Mientras que una planta de incineración recupera de 600 kwh a 800 kwh por tonelada de RSU, en un relleno sanitario se logran recuperar de 50 kwh a 70 kwh por tonelada de RSU. Esto implica que considerando la misma masa de RSU, la tecnología de incineración con recuperación de energía es capaz de producir del orden de diez veces más electricidad que la que puede producir el relleno sanitario en un período de 8 a 30 años. El tiempo de degradación de los residuos sólidos municipales (RSM) es otro factor importante a considerar, ya que mientras que en la tecnología de incineración el tiempo de degradación es de unos cuantos minutos, para un relleno sanitario toma de 100 a 150 años. 77

6 Boletín IIE, 2015 abril-junio Finalmente, la tecnología de incineración con recuperación de energía permite recuperar metales, alrededor de 25 kg por tonelada de RSM, mientras que en el relleno sanitario no es posible recuperar nada. Economía circular Este es un concepto reciente surgido en Europa, que establece nuevas políticas de sustentabilidad en los procesos productivos y comerciales de la sociedad. En el caso de la gestión de RSU, va más allá de las actuales políticas de cero residuos, buscando apartarse del modelo actual de tomar, hacer y desechar, migrando hacia un modelo en donde los procesos se encadenan, siendo los insumos de unos los residuos de otros procesos usando energías renovables, de manera que no haya agotamiento de recursos. La aplicación de este novedoso modelo apenas inicia en países avanzados y para países como el nuestro, permitiría no repetir la historia de los primeros, acortar la brecha que nos separa de ellos y ponernos al día en los últimos conceptos de sustentabilidad. Capacidades del IIE El Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) ha trabajado en el tema de la bioenergía y los RSU por más de tres décadas, desarrollando los primeros biodigestores para producción de biogás a partir de excretas de ganado, realizando numerosos estudios en el tema de RSU, incluyendo la caracterización de los RSU del país y, últimamente, la elaboración de diversos estudios de factibilidad técnico-económica para la instalación de plantas incineradoras con recuperación de energía. Recientemente elaboró para la Comisión Federal de Electricidad (CFE) una guía de usuario en el tema de generación de electricidad mediante residuos sólidos urbanos. Conclusiones Las tecnologías que permiten gestionar la basura en toda su cadena, ya sea para su reciclaje, procesamiento, incineración o confinamiento con recuperación de energía están disponibles, por lo que es urgente que se establezcan programas gubernamentales con una visión hacia el futuro inmediato y se destinen los recursos para adoptar nuevos modelos de gestión y tecnologías de punta. 78

7 Dado que el volumen de basura que se genera diariamente tiende a crecer, tanto por el incremento de la población, como por el hecho de que cada vez producimos más basura per cápita, es imprescindible que se tomen decisiones que permitan transformar nuestros modelos de consumo y depredación de recursos hacia modelos sustentables, como el planteado por la economía circular. Sin duda alguna la brecha de atraso que tenemos se puede acortar, imitando las mejores prácticas de países industrializados, resaltando que la educación de la sociedad es fundamental para adoptar nuevos modelos de cambio. Referencias Romo C., Medrano M. C., Romero H., Arvizu J. L., Huacuz J. y Beltrán J. (2019). Guía de generación de electricidad mediante residuos sólidos urbanos. Documento elaborado por el IIE bajo contrato con CFE. Proyecto IIE SEMARNAT. Base de datos estadísticos BADESNIARN Dustin B. (2015). Circular Economy Scotland. Green Alliance and Scottish Council for Development and Industry. Currículum vítae César Alfredo Romo Millares [caromo@iie.org.mx] Doctor con la especialidad de combustión por el Imperial Collage de Londres, Inglaterra en Maestro en Ingeniería Energética por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en Master of Science en Termofluidos por el Instituto de Tecnología de la Universidad de Manchester (UMIST) en Ingeniero Mecánico Electricista por la UNAM, con mención honorífica, en Su área de especialidad está orientada al tema de la combustión, donde ha participado y dirigido proyectos tendientes a la modernización de equipos de combustión para el sector energético mexicano. Ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en agosto de 1984, donde se ha desempeñado como investigador, jefe de proyecto, coordinador de especialidad, y de febrero de 1999 a julio de 2011 como Gerente de Procesos Térmicos. A partir de ese mismo año colabora con la Gerencia de Energías Renovables en las áreas de bioenergía y generación solar fotovoltaica. Ha publicado más de 30 artículos sobre el tema de combustión en revistas y foros nacionales e internacionales. 79