ANALISIS DE LOS SISTEMAS DE APROVECHAMIENTO DE LA FRACCION RESTO DE RESIDUOS URBANOS

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1 ANALISIS DE LOS SISTEMAS DE APROVECHAMIENTO DE LA FRACCION RESTO DE RESIDUOS URBANOS RESUMEN

2 Objetivo del Estudio El paradigma de la gestión sostenible del trinomio recursos productos - residuos se basa en la aplicación jerarquizada y secuencial de los siguientes principios: - disminución de la generación real de residuos mediante acciones de prevención y reutilización - obtención del máximo aprovechamiento material de los recursos contenidos en los residuos, potenciando los sistemas de recogida selectiva - valorización de la fracción no recogida selectivamente, fracción resto, (FR), tanto de forma de recuperación material como de valorización energética. El objetivo de este Estudio es el análisis y la comparación de diferentes sistemas de aprovechamiento de esta fracción de los residuos urbanos, obtenida mediante exclusión de las diferentes recogidas selectivas; las comparaciones se establecerán en términos económicos y mediante el análisis de los impactos ambientales originados por la gestión. Como los resultados pueden variar en función del grado de implantación de los sistemas de recogida selectiva y recuperación de materiales se impone, como condición previa, que están implantados los sistemas eficientes de recogida selectiva de materiales reciclables (envases, papel y cartón y vidrio) y que los resultados de los mismos sean los señalados como objetivos en la planificación; estas condiciones previas se describen y justifican en el Estudio. Estas condiciones hacen que el Estudio tenga un marcado carácter de proyección futura, ya que se analizan los distintos escenarios de gestión cuando se establezcan los mecanismos de prevención y de aprovechamiento material que conduzcan a los objetivos ecológicos previstos a medio plazo. Junto a la proyección de objetivos de generación y recogida, el Estudio se basa, en la utilización de las tecnologías actuales de gestión, con la inclusión de algunas formas de gestión emergentes; aunque es posible una evolución tecnológica a medio plazo se ha entendido que las tecnologías actuales tienen aún un largo recorrido, sin descartar algunas mejoras tanto en los aspectos ambientales como energéticos; en resumen, es posible la optimización de la gestión de la fracción resto sin esperar la materialización de nuevas tecnologías que pueden tardar aún en cristalizar como aplicación práctica

3 Se han analizado los escenarios correspondientes a dos unidades de gestión, (Mágina y Macondo), de y habitantes, respectivamente; de esta forma se pretende analizar la influencia del factor de escala en los resultados de la gestión, especialmente desde el punto de vista económico. Debe resaltarse que no se han considerado los costes de recogida selectiva de materiales reciclables ni de la fracción resto, más allá de las consideraciones que más adelante se realizan en relación con la recogida selectiva de materia orgánica

4 Generación de residuos urbanos Para cada uno de los escenarios se ha supuesto una generación neta de RSU de 522 kg/hab-año, previsible tras la implantación y desarrollo de medidas de prevención en la generación. La proyección de la generación sin estas medidas podría situarse en torno a 580 kg/hab-año; el PNIR contempla una estabilización en la generación hasta el año 2010, y una reducción progresiva que llegaría al 10 % para el año Esta generación se ha supuesto dividida en dos grandes grupos: - los residuos de origen domiciliario, (RD), que suponen hasta el 70% de la generación y cuya gestión es directamente imputable a las unidades de gestión - los residuos de origen industrial, comercial o institucional (RICIA) asimilables a los residuos domiciliarios; la recogida y la gestión pueden ser objeto de imputaciones económicas diferenciadas. Para cada uno de los grupos se han establecido composiciones típicas, considerando la materia orgánica, los materiales reciclables, los metales y otras fracciones. La composición estimada para cada grupo de residuos es como se indica: Composición de los residuos generados, en función del origen, en % RD RICIA TOTAL Materia orgánica 36,00 39,33 37,00 Papel y cartón 20,71 21,67 21,00 Plásticos totales 10,13 29,69 16,00 Vidrio 12,33 1,22 9,00 Metales férricos Metales no férricos Madera 1,20 0,53 1,00 Textil 2,82 0,08 2,00 Celulosa 4,29 0,00 3,00 Varios 7,03 0,27 5,00 TOTAL

5 Una vez más debe hacerse mención al carácter del Estudio, en el sentido de que las composiciones señaladas más adelante se aparten de las obtenidas en la actualidad en las unidades de gestión; en este sentido se ha proyectado la evolución de disminución de la cantidad de materia orgánica y aumento del porcentaje de reciclables y plásticos en la composición de los residuos urbanos, debida a la evolución del consumo; estas especificaciones se han comparado frente a las habituales en otros países europeos, como referencia más cercana. A partir de los datos de generación específica, de la población y del origen de los residuos se determina la generación total en cada unidad de gestión ficticia, que asciende a 626,000 t/a en Mágina y t/a en Macondo

6 Recogida de los residuos generados Se suponen establecidos y en funcionamiento los diferentes sistemas de recogida selectiva de materiales reciclables; se han considerado los siguientes resultados para cada material o fracción: - para los envases ligeros de origen domiciliario se supone una recogida selectiva del 60% del peso total; por materiales, se supone una recogida selectiva del 70% de vidrio y papel/cartón, 50% de envases metálicos y 30% de envases plásticos - para los envases ligeros procedentes de RICIA se supone una recogida selectiva del 75% de los envases para cada material - para los materiales distintos de los envases se supone una recogida del 33.2 % del papel y cartón presente en los residuos domiciliarios y un 75% del presente en los RICIA Además de la recogida selectiva de los materiales reciclables, en tres fracciones distintas, se han supuesto dos alternativas en relación con la materia orgánica: - que no exista recogida separada de la materia orgánica en ninguna extensión; el sistema de recogida tendría 4 contenedores y se obtendría una fracción resto FR1. - que se recoja selectivamente un 30 % de la materia orgánica presente en los residuos domiciliarios y el 66% de la contenida en los RICIA; esta materia orgánica así recogida tendría un contenido máximo de impropios del 18%. En consecuencia, la gestión de la FR contemplaría dos alternativas: Unidad gestión Alternativa 1 Alternativa 2 Mágina t/a FR t/a FR t/a MO Macondo t/a FR t/a FR t/a MO - 5 -

7 Gestión de la materia orgánica recogida selectivamente La alternativa 2 señalada en el punto anterior contempla la gestión de la materia orgánica recogida selectivamente, como gestión complementaria a la de la FR2, para su compasión con FR1. Se han analizado dos formas de gestión, por vía aeróbica o anaeróbica, que conducen en ambos casos a la producción de compost para uso agrícola. En el primer caso el proceso es el convencional de compostaje, con digestión y maduración aerobia, seguida de un afino con separación de impropios; el proceso se completa con una separación previa de chatarra férrica. EMISIONES (CO2, AGUA) MO BIOGAS PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO BIOLOGICO AFINADO DE COMPOST COMPOST RECUPERACION DE METALES VERTIDO En el segundo caso se realiza una digestión anaerobia, en reactores cerrados, recuperando la totalidad del biogás producido y permitiendo una recuperación energética importante en forma de electricidad. ALIMENTACION Biogás VALORIZACION DEL BIOGAS ENERGIA PRETRATAMIENTO DIGESTION ANAEROBICA MADURACION AEROBICA EMISIONES RECUPERACION DE METALES AFINADO DE COMPOST COMPOST VERTIDO La cantidad de compost producida en caso es la misma, ya que viene determinada por el grado de transformación de los componentes biodegradables de la materia orgánica alimentada: el tiempo para alcanzar la transformación

8 Del análisis de ambas alternativas se obtienen las siguientes conclusiones: - la aplicación del proceso de biometanización, permitiría la generación de casi 14 GWh/a, que supondría un ingreso potencial de ; sin embargo, la venta de la energía excedentaria no compensa los mayores costes de operación e inversión de la biometanización frente al compostaje aerobio. - La biometanización da lugar a una menor emisión de unas t/a de CO2 eq, por el crédito en debido a la generación eléctrica. - el incremento de coste es del orden de 19 /t de materia orgánica tratada Debe señalarse que estas comparaciones están basadas en una composición de la materia orgánica del orden de 38% en base seca; la producción de biogás y la generación de energía pueden ser bastante diferentes si se parte de una materia orgánica con un mayor contenido de C biodegradable, como la procedente de algunos productores específicos, (RICIA); en este caso es posible que la comparación sea mucho más favorable a la biometanización. La profundización entre las dos formas de tratamiento no es objeto del presente Estudio pero puede ser motivo de una profundización específica sobre el tratamiento de la materia orgánica, que puede presentar diferencias notables entre las fracciones procedentes de recogidas domiciliarias y de RICIA, tanto en composición como en calidad. Por esto, en el Estudio sólo se incluye el compostaje como opción complementaria para la gestión de la materia orgánica recogida selectivamente, añadiendo los resultados a los de FR2 para su comparación con FR

9 Escenarios de gestión de la FR En el Estudio se han analizado diferentes escenarios de gestión de las dos fracciones FR1 y FR2 ya definidas; estos escenarios se clasifican en tres grupos diferentes: Escenarios A: Se caracterizan por la ausencia de vertederos de residuos; en consecuencia, la casi totalidad de la fracción resto es sometida a un proceso de incineración, tras distintos procesos de recuperación material o pretratamiento biológico. La recuperación material adicional a la obtenida en la recogida selectiva se produce especialmente en una etapa de clasificación previa a la incineración y a los tratamientos biológicos, si existen. Escenarios B: Se caracterizan porque al menos una parte de la fracción resto se destina a vertedero; esto obliga a establecer tratamientos de estabilización de los residuos biodegradables, acelerando la biodegradación de los mismos hasta extremos que sean aceptables para su depósito. En todos los casos constan de una etapa inicial de clasificación de los residuos que permitiría una recuperación adicional de materiales y la clasificación en dos fracciones: - una fracción húmeda que debe ser sometida a un tratamiento de estabilización por vía biológica aerobia; esta fracción estabilizada se deposita en vertederos, sin recuperación material ni energética posterior. - una seca que puede ser incinerada o usada como combustible alternativo en plantas de cemento o en otras instalaciones térmicas; los escenarios se diferencian en las distintas formas de gestión de la fracción seca Escenarios C: El elemento determinante de estos escenarios es la existencia de un biorreactor que permite el aprovechamiento, vía biológica, de la energía procedente del C biodegradable; consisten en una primera etapa orientada al secado de la fracción resto; el residuo seco es clasificado en dos fracciones principales, produciéndose un ligero incremento de la cantidad de materiales recuperados: - 8 -

10 - la fracción combustible se valoriza mediante incineración aunque, mediante alguna modificación de la etapa de clasificación, esta fracción puede destinarse a cementeras o a otras plantas térmicas, como CSR. - la fracción más fina, que contiene la mayor parte de la materia orgánica biodegradable seca, se destina a un biorreactor donde, por humectación controlada, puede reactivarse con producción de biogás, en un proceso muy similar al que tiene lugar en vertederos; el biogás es valorizado para producción de energía eléctrica. Los escenarios A y B pueden ser considerados como los tradicionales en la gestión de la fracción resto, orientados a la valorización energética o al vertido de residuos estabilizados; el elemento diferenciador entre ambos tipos de escenarios es la existencia o ausencia de vertederos de residuos estabilizados. En este sentido debe hacerse otra observación: los tratamientos de estabilización considerados en el Estudio conducen a la estabilización total del residuo depositado; en consecuencia, la actividad biológica de los vertederos es completamente distinta de la que tiene lugar en los vertederos diseñados y operados de acuerdo con el Real Decreto 1481/2001, que permite cantidades importantes, aunque decrecientes, de materia orgánica biodegradable. Los escenarios C se basan en la existencia de biorreactores, como alternativa energética a la estabilización de la materia orgánica biodegradable, manteniendo un cierto paralelismo con la biometanización y el compostaje aerobio de la materia orgánica. También se contempla, separadamente, un escenario de utilización de tecnologías emergentes, mediante gasificación vía plasma, basado en los resultados de algunas plantas semiindustriales; este escenario podrían encuadrarse dentro de los de tipo B o C

11 Escenarios A: Gestión en ausencia de vertederos Se han analizado tres escenarios que se basan en la incineración de la fracción resto, aunque precedida de una etapa de recuperación material que complementa las recogidas selectivas de materiales reciclables; los escenarios se diferencian en los pretratamientos. La tecnología considerada es la incineración en hornos de parrilla, para los que se supone un rendimiento eléctrico neto del 24.5%. La producción de escorias se estima entre un 17% y un 20% de la cantidad de residuos tratados, dependiendo de la fracción resto; para estas escorias se supone un aprovechamiento total, como áridos o como material alternativo de construcción. En todos los escenarios casos será necesario un vertedero de cenizas, aunque en el Estudio se ha sustituido este vertedero por el coste de la gestión externa de las mismas como residuos peligrosos. Escenario A1: Consiste en la incineración de la fracción resto recogida, tras una etapa de clasificación mecánica para recuperación de materiales reciclables. El objetivo fundamental de este escenario es la obtención de la mayor cantidad de energía posible, de forma directa, aprovechando que los residuos recogidos ya tienen un elevado PCI. En la figura se muestra el esquema del escenario: Escenario A t Alu; t Fe; t Plast MATERIALES RECUPERADOS FRACCION RESTO t/a TRATAMIENTO MECANICO t/a 8.65 MJ/kg INCINERACION 219 GWh/a t ENERGIA DEPOSITO SEGURIDAD t RECICLADO ESCORIAS

12 La exportación neta de energía del escenario para FR1 es del orden del 19.1% de la energía primaria contenida en la fracción resto; en el caso de la FR2, la energía neta exportable se reduce ligeramente, por la reducción del contenido energético total de la misma. El escenario de gestión variaría con la fracción resto considerada: - para FR1 estaría compuesto por 2 líneas de incineración 30 t/h de capacidad, con una carga térmica de 75 MWt por línea. - para FR2, además de la instalación de compostaje de la materia orgánica, para una capacidad de 115,000 t/a, el escenario de incineración incluiría 2 líneas de 25 t/h de capacidad, con una carga térmica de 60 MWt por línea. Además, debe incluirse una instalación de clasificación para recuperación de los materiales reciclables, como tratamiento previo a la incineración de cualquiera de las fracciones. Escenario A2 Además de la recuperación de materiales reciclables, en este escenario se realiza una separación en dos fracciones: la fracción húmeda se estabiliza por un tratamiento biológico aerobio que conduce a una eliminación de humedad y de una parte del C biodegradable; tanto la fracción seca como la húmeda estabilizada se incineran posteriormente. Escenario A2 FRACCION RESTO TRATAMIENTO MECANICO t/a t/a 13.5 MJ/kg t/a t 4.25 MJ/kg 2.145t Alu; t Fe; t Plast 152 GWh/a MA TERIA LES RECUPERADOS ENERGIA TRATAMIENTO BIOLOGICO t/a 8.85 MJ/kg INCINERACION t/a t/a DEPOSITO SEGURIDAD RECICLADO ESCORIAS t/a PERDIDAS de TRATAMIENTO La diferencia fundamental con el escenario anterior es la estabilización biológica

13 de la fracción húmeda separada, que conlleva una eliminación de humedad importante pero también una pérdida de carbono biodegradable, que disminuye la energía disponible. Debe notarse que el PCI a la entrada de la planta de incineración no aumenta sensiblemente en relación con el escenario A1, precisamente por la pérdida de C biodegradable; en consecuencia, la exportación neta de energía se reduce considerablemente, especialmente para la fracción FR1. Este escenario exigiría el funcionamiento de plantas de clasificación y tratamiento biológico de la fracción húmeda separada y de plantas de incineración para la fracción combinada, aunque éstas tienen una capacidad más reducida que en A1. Escenario A3 En este escenario se incluye un pretratamiento de la fracción resto mediante biosecado con aire, con una eliminación muy intensa de la humedad libre de los residuos; este proceso conlleva una pequeña pérdida, ineludible, de C biodegradable; la totalidad el residuo seco se incinera posteriormente. Escenario A3 FRACCION RESTO t/a TRATAMIENTO BIOLOGICO Aire t/a t/a de agua t/a de CO2 PERDIDAS de TRATAMIENTO t/a t/a alu; t/a Fe GWh/a MATERIALES RECUPERADOS ENERGIA TRATAMIENTO MECANICO t/a MJ/kg INCINERACION t t DEPOSITO SEGURIDAD ENERGIA RECICLADO ESCORIAS La diferencia con el escenario anterior es que el tratamiento biológico se realiza sobre la totalidad de la fracción y se orienta hacia la reducción de la humedad; en este caso el PCI es sensiblemente mayor, porque la pérdida de C es mucho menor que en el escenario A2; la exportación neta de energía se reduce respecto al escenario A1 pero es superior al escenario A

14 Comparación de los resultados energéticos de los escenarios de incineración La energía neta exportada en cada escenario es como se indica en la tabla: Exportación de energía en Escenarios A1, A2 y A3, para Mágina. FR1 FR2 GWh/a % GWh/a % Escenario A1: Incineración tras clasificación 220, , Escenario A2: Incineración tras estabilización , Escenario A3: Incineración tras biosecado 189, , En la tabla también se indican los rendimientos energéticos netos del escenario, en relación con la energía primaria de la fracción resto FR1, que representaría el máximo potencial energético disponible de la fracción resto. Como era previsible, la exportación neta de energía es máxima en el escenario A1 y disminuye cuanto más intenso es el tratamiento de estabilización y/o secado; esta evolución se indica también claramente en el rendimiento energético del escenario; sin embargo, debe tenerse en cuenta que este valor del rendimiento se refiere a la totalidad del escenario, lo que da una idea más clara de la eficiencia energética global. Desde el punto de vista energético la incineración tras la clasificación para recuperación de materiales es siempre preferible a la incineración de fracciones tratadas biológicamente, ya sea por estabilización o por biosecado. La estabilización previa carece de sentido energético, porque acarrea una pérdida importante de energía; si a ello se suma un aumento de la inversión y de costes de operación, este escenario sería difícilmente justificable. La incineración con biosecado previo, tiene rendimientos energéticos intermedios; sólo parece tener sentido tiene sentido si las instalaciones de secado y de incineración están desacopladas físicamente, con distintos emplazamientos para el secado que confluyen en una única planta de incineración; de esta forma se reducirían costes de transporte y se facilitaría el manejo de los residuos estabilizados

15 Escenarios B: Tratamientos mecánico biológicos + vertido parcial o total El diagrama de bloques básico de estos escenarios es como se indica: Escenarios B FRACCION RESTO TRATAMIENTO MECANICO FRACCION HUMEDA TRATAMIENTO BIOLOGICO AFINO MATERIALES RECUPERADOS - Plásticos - Chatarra férrica -Aluminio FRACCION SECA A: - Incineración (B1) - Combustible RDF (B2) -Vertedero (B3) PERDIDAS de TRATAMIENTO -Emisiones de CO2 - Emisiones de vapor de agua FINOS A VERTEDERO ENMIENDA ORGANICA PARA USOS NO EXIGENTES El elemento característico de estos escenarios es que, en todos los casos, se produce el vertido de una fracción estabilizada, para lo que debe realizarse una separación de la fracción resto en tres partes: - una, constituida por materiales destinados a la recuperación, que debe ser considerada como complementaria de la recogida selectiva. - una fracción seca que contiene la mayor parte del papel y cartón, plásticos, vidrio, madera, textiles y celulosa; esta fracción seca tiene un PCI más elevado que la fracción resto de la que proviene y se destinará a valorización energética, bien en una planta de incineración o en otras instalaciones alternativas. - una fracción húmeda, que contiene la mayor parte de la materia orgánica de la fracción resto, pero también cantidades apreciables de papel, cartón, plásticos y vidrio; esta fracción se somete a un proceso de estabilización biológica para reducir la cantidad del C biodegradable por vía aerobia, dando lugar a un producto estabilizado que puede tener diferentes destinos, ya sea vertedero o como enmienda orgánica para usos no exigentes. Dependiendo de la forma de gestión de la fracción seca y del estabilizado de la fracción húmeda se pueden definir varios escenarios

16 Escenario B1 La fracción seca se incinera en una planta de incineración de lecho fluido, ya que el PCI de la fracción seca es suficientemente elevado, (en torno a 13 MJ/kg), con un mejor rendimiento energético que los hornos de parrilla; la fracción estabilizada se destina a vertedero. Escenario B t Alu; t Fe; t Plast MATERIALES RECUPERADOS GWh/a ENERGIA FRACCION RESTO t/a TRATAMIENTO MECANICO t/a MJ/kg INCINERACION t/a DEPOSITO SEGURIDAD t/a t/a ESCORIAS t/a PERDIDAS TRATAMIENTO BIOLOGICO AFINO t/a VERTEDERO t/a ENMIENDA ORGANICA La cantidad de residuos destinados a incineración se ha reducido respecto a los escenarios tipo A, lo que se traducirá en un diseño mecánico más reducido; la energía exportada también se reduce considerablemente frente a los escenarios tipo A, especialmente por la menor cantidad de residuos incinerados y por la perdida de C, reduciéndose hasta el 12% de la energía primaria presente en FR1. Escenario B2 La fracción seca se clasifica se destina a producción de combustible alternativo para cementeras, realizando una clasificación posterior para incrementar el PCI hasta kcal/kg. Debe notarse que la selección introducida en la fracción seca obtenida de la primera clasificación mecánica está orientada a alcanzar los elevados valores de PCI y bajos valores de humedad requeridos por las cementeras; el contenido de materia orgánica debe ser inferior al 5%, tanto para evitar humedad como para garantizar la manejabilidad y reducir olores en las plantas de cemento

17 Escenario B t Alu; t Fe; t Plast MATERIALES RECUPERADOS FRACCION RESTO t/a TRATAMIENTO MECANICO t/a MJ/kg PREPARACION RDF PARA CEM t/a 20.8 MJ/kg AHORRO DE COMBUSTIBLE FOSIL t/a t/a t/a t/a PERDIDAS TRATAMIENTO BIOLOGICO AFINO t/a VERTEDERO t/a ENMIENDA ORGANICA En todo caso, la preparación de combustibles para cementeras es una operación específica, ya que cada planta cementera suele imponer sus especificaciones particulares. Escenario B3: En este escenario no se realiza ningún tipo de recuperación energética; las fracciones no recuperadas se destinan a vertido o a su utilización como enmienda orgánica para usos no exigentes. Escenario B t Alu; t Fe; 5369 t Plast MATERIALES RECUPERADOS FRACCION RESTO t/a TRATAMIENTO MECANICO t/a t/a t/a PERDIDAS TRATAMIENTO BIOLOGICO t/a AFINO t/a VERTEDERO t/a ENMIENDA ORGANICA

18 Comparación de los escenarios B A diferencia de los escenarios A, que tienen una marcada justificación por el aprovechamiento energético, los escenarios tipo B tienen en común el deposito de residuos estabilizados en vertedero; esto supone una pérdida muy importante de energía potencialmente recuperable; salvo el escenario B1, que tiene rendimiento global equiparable al A2, el resto de los escenarios considerados son muy deficitarios, ya que no conducen a ningún aprovechamiento energético. La potencialidad de estos escenarios se basa en la menor inversión necesaria al tiempo que presentan una ventaja importante, desde el punto de vista ambiental, en relación con la emisión de GEI, por la capacidad de fijación y secuestro de carbono, como se indicará más adelante. La menor inversión debería conducir, necesariamente, a costes de operación más reducidos; sin embargo será necesario disponer de vertederos de gran capacidad. Para estos escenarios se ha supuesto que la casi totalidad de los residuos biodegradables han sido completamente estabilizados mediante el tratamiento previo al vertido; en este sentido, los tratamientos biológicos contemplados en los escenarios B van mucho más allá de las exigencias legales establecidas en el Real Decreto 1481/2001 en relación con la limitación de la materia orgánica biodegradable admitida en vertederos de residuos; este aspecto debe ser tenido siempre muy en cuenta al considerar las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero. Un vertedero convencional, diseñado y operado de acuerdo con la legislación actual podrá aceptar cantidades importantes, aunque decrecientes, de materia orgánica biodegradable; esto ocasionará efectos ambientales mucho más importantes que los señalados más adelante, especialmente en relación con las emisiones de GEI. Se ha contemplado, en todos los escenarios con estabilización de la materia orgánica, la posibilidad de utilizar una parte del residuo biológicamente estable como enmienda para usos poco exigentes; de esta forma se reduce en coste total del vertido; las posibilidades de aplicación de esta alternativa al vertido dependen mucho del entorno de las instalaciones

19 Escenarios C: Tratamientos biológico mecánicos con biorreactores El tratamiento biológico se orienta a la estabilización temporal por anulación de la actividad bacteriana como consecuencia de la pérdida de humedad con una ligera reducción del carbono biodegradable y una reducción importante de la humedad. Como la estabilidad biológica sólo se debe a la falta de humedad ni el material seco ni ninguna de sus fracciones pueden ser depositadas permanentemente en vertederos. El elemento fundamental, e innovador, en estos escenarios es la inclusión de sistemas de biorreactores, que, mediante la adición controlada de agua, permiten la reactivación biológica de la materia orgánica biodegradable y la recuperación de la energía del C biodegradable en forma de biogás. En consecuencia, la justificación de los escenarios no se deriva de la etapa de biosecado sino en la valorización energética de la materia orgánica biodegradable; en este sentido, puede considerarse como una alternativa a los procesos de biometanización de la materia orgánica separada de la fracción resto. El diagrama de bloques básico de estos escenarios es como se indica: Escenarios C FRACCION RESTO TRATAMIENTO BIOLOGICO PERDIDAS de TRATAMIENTO -Emisiones de CO2 - Emisiones de vapor de agua MATERIALES RECUPERADOS - Chatarra férrica -Aluminio TRATAMIENTO MECANICO FRACCION COMBUSTIBLE - Incineración (C1) - Combustible CSR (C2) BIORREACTOR Biogás MOTORES ENERGIA FRACCION COMBUSTIBLE - Incineración La biometanización tiene lugar de una forma parecida a la que tiene lugar en un vertedero, pero de forma controlada y acelerada; tras la reacción de biometanización, el material depositado en el biorreactor es biológicamente

20 estable pero sigue teniendo un poder calorífico elevado, lo que debe permitir su posterior valorización energética; de esta forma la energía recuperada se acercaría a la totalidad de la energía primaria disponible en la fracción resto de partida. Tras la etapa de biosecado se considera una etapa de clasificación mecánica orientada a la preparación de diferentes tipos de combustibles alternativos y, de forma complementaria, permite un ligero aumento de la cantidad de materiales recuperados. La fracción fina separada contiene la mayor parte de la materia orgánica seca y constituye la fracción metanígena, que se deposita en el biorreactor para su posterior valorización controlada. Los distintos escenarios considerados se diferencian en la forma de valorización de la fracción seca; la fracción metanígena se gestiona, en todos los casos, a través de biorreactores, que son los elementos innovadores de estos escenarios; precisamente por este carácter innovador, los resultados indicados deben ser considerados con cierta prudencia; en el Estudio se ha considerado una transformación en biogás del 80% del C biodegradable durante un periodo de 5 años de operación, con una recuperación efectiva del 90%, lo que conduce a un aprovechamiento de unos 100 Nm3 de biogás por t de residuo seco depositado en el biorreactor. Al final del ciclo de funcionamiento anaerobio el biorreactor se somete a una aireación y secado, que completa la estabilización del residuo, que puede ser depositado en vertederos convencionales. El residuo final contiene todo el carbono fósil y renovable no biodegradado del residuo seco, lo que supone un PCI del orden de MJ/kg, que podría ser valorizado mediante incineración. En conclusión, el biorreactor permitirá aprovechar, como biogás, más del 70% del C biodegradable y, en una segunda recuperación, la casi totalidad del carbono fósil y renovable no biodegradable. Escenario C1: La fracción seca se incinera en un horno de lecho fluido burbujeante, con

21 recuperación de energía, como se indica en la figura: Escenario C1 FRACCION RESTO t/a t/a TRATAMIENTO BIOLOGICO TRATAMIENTO MECANICO t/a t/a Aire t/a alu; t/a Fe GWh/a t/a MJ/kg INCINERACION t t PERDIDAS de TRATAMIENTO MATERIALES RECUPERADOS ENERGIA DEPOSITO SEGURIDAD RECICLADO ESCORIAS BIORREACTOR Biogás MOTORES GWh/a ENERGIA El balance energético del conjunto, (planta de compostaje + tratamiento biosecado + clasificación + incineración), se ha estimado considerando un régimen estacionario de producción del biorreactor, pero sin tener en cuenta la valorización marginal del residuo estabilizado, que se supone que sería enviado a un vertedero. El rendimiento energético global del escenario C1, sin tener en cuenta la potencial valorización del residuo estabilizado del biorreactor, es del orden del % para FR1 y del 12.37% para FR2, ambas en relación con la energía primaria de la FR1 antes de cualquier tratamiento. Comparando este rendimiento con el del escenario A3, de incineración de la totalidad de la fracción seca, se observa que aquel es ligeramente superior; en consecuencia, desde el punto de vista energético no tiene mucho sentido la separación en fracciones para su posterior valorización energética en una instalación de incineración + biorreactor

22 Escenario C2 Es un escenario paralelo el B2.1 de producción de combustible alternativo para su utilización en cementeras; el esquema se indica en la figura: Escenario C2 FRACCION RESTO t/a TRATAMIENTO BIOLOGICO Aire t/a PERDIDAS de TRATAMIENTO t/a t/a alu; t/a Fe MATERIALES RECUPERADOS TRATAMIENTO MECANICO t/a MJ/kg PRODUCCION DE CSR CEMENTERAS t/a BIORREACTOR Biogás MOTORES GWh/a ENERGIA Como puede observarse, la producción de CSR y la de RDF del escenario B2.1 son prácticamente iguales, porque en ambos casos se recupera la práctica totalidad de los plásticos; la diferencia fundamental entre ambos escenarios es el destino del residuos estabilizado, ya sea a vertedero o a biorreactor; esto conduce a diferencias energéticas relativamente importantes. La energía neta exportada desde este escenario procede del aprovechamiento energético del biogás; este excedente energético es muy reducido, comparado con el resto de los escenarios que incluyen generación de energía eléctrica. Sin embargo, en este escenario debe tenerse en cuenta que los procesos de producción de CSR y de generación y valorización del biogás no son simultáneos, con lo que este escenario será deficitario en la exportación de energía. En definitiva, el biorreactor es un procedimiento de rentabilizar económicamente la transformación en CSR de alta calidad, frente al procedimiento de tratamiento de RDF, que es un demandante neto de energía; el incremento de la inversión y los costes de operación pueden amortiguar esta ventaja energética

23 Análisis de costes de los distintos escenarios Se han analizado los diferentes costes de los distintos escenarios ficticios considerados, considerando precios actuales para personal, energía auxiliar y servicios para los escenarios futuros; debe recordarse que el objetivo pretendido es a comparación de escenarios ficticios entre sí, no la comparación de éstos con los costes de funcionamiento de las instalaciones actuales en las condiciones actuales. Los costes se han dividido en: - costes de recogida, para tener cuenta que las cantidades recogidas como materia orgánica y como fracción resto son diferentes en FR1 y FR2 y los previos unitarios escenarios son igualmente diferentes. - costes de operación de las instalaciones, incluyendo los costes de personal, energía, mantenimiento, vertidos de residuos estabilizados, escorias y cenizas y el pago a cementeras por retirada de los residuos combustibles. - gastos de amortización del inmovilizado; dentro de estos costes no se han incluido los costes de los terrenos, que pueden ser muy variables en función de los emplazamientos; para todos los escenarios las superficies necesarias son razonablemente parecidas, en torno a 6 8 Has. - gastos de gestión, correspondiente a la remuneración del gestor de las instalaciones Junto a los gastos, se han calculado los ingresos procedentes de la gestión de las instalaciones, concretados en la venta de la energía eléctrica excedentaria, las ventas de compost y las ventas de los materiales recuperados. Costes de recogida Al considerar dos opciones de recogida de la materia orgánica, debe considerarse la diferencia de gastos originados cuando ésta se recoge separadamente o junto con la fracción resto. En este sentido se han realizado las siguientes consideraciones, no económicas, que tienen una gran importancia en los resultados finales: - el coste de la recogida selectiva de la materia orgánica procedente de

24 grandes consumidores no será soportado por las unidades de gestión sino por los propios generadores. - el coste de la recogida selectiva de la materia orgánica de origen domiciliario será soportada, completamente, por las unidades de gestión - los costes de recogida de la fracción resto son soportados, íntegramente, por las unidades de gestión. Las tres consideraciones anteriores tienen una justificación ambiental, de aplicación de algunos de los principios estratégicos básicos en relación con la gestión de los residuos y de la prevención en la generación. Los precios de recogida considerados para cada una de las fracciones son: - para la materia orgánica, recogida separadamente mediante un quinto contenedor indiscriminado, con cuatro recogidas semanales se supone un coste de recogida de /t - para la fracción resto se considera una recogida mediante contenedores de carga lateral, con seis recogidas semanales, con un coste de recogida de /t. Tomando como referencia el coste de la recogida de FR2, los mayores costes que deben ser imputados a FR1 y FR2 serían: - para FR1, el mayor coste de recogida correspondiente a t/a recogidas como fracción resto - para FR2, el mayor coste de la recogida de la materia orgánica de origen domiciliario (43,597 t/a recogidas de forma separada); como se ha indicado, la recogida de la materia orgánica procedente de RICIA no sería imputada a los costes de la unidad de gestión. Si no se considerasen diferencias en la imputación del coste de la recogida selectiva de la materia orgánica, imputando ambas a los costes de la unidad de gestión, los costes obtenidos para FR2 (que se detallan más adelante) se incrementarían en millones de euros, equivalentes a /t de FR generada; este incremento se produce en todos los escenarios analizados y para cualquiera de las unidades de gestión

25 Gastos de personal Se han analizado, para cada escenario, las necesidades normales de personal propio para el adecuado funcionamiento de las instalaciones, sin incluir personal de mantenimiento; en cada escenario se ha señalado, separadamente, el personal necesario y su asignación orgánica aproximada. Gastos de combustibles Se incluyen en este apartado los gastos de combustible usado por la maquinaria asociada a la operación de la instalación que no pueda ser operada con electricidad; también se incluye el coste de combustible para la puesta en marcha de las instalaciones de incineración tras la parada anual para mantenimiento. Gastos de energía eléctrica Cubriría los suministros de energía distintos del consumo directamente imputable a los propios procesos, especialmente en los periodos de puesta en marcha de las instalaciones; se establece un importe anual proporcional a la potencia térmica de las plantas de incineración y a la capacidad de las plantas de tratamiento biológico Gastos de mantenimiento Se suponen proporcionales a la inversión en inmovilizado, según el siguiente baremo: /a como material fungible, para todas las instalaciones - 2% anual de la inversión en equipos - 1% anual de la inversión en obra civil Estos gastos de mantenimiento incluyen el personal necesario, salvo el de supervisión; los gastos de personal no incluyen asignación para personal de mantenimiento. Gastos de reactivos Cubren los costes de carbón activo y otros reactivos para la depuración de los gases de las plantas de incineración y los tratamientos de aire de las plantas de tratamiento biológico. En cada escenario son proporcionales a la capacidad térmica de la planta de

26 incineración y a las emisiones de gases de las plantas de tratamiento biológico, que determinan los caudales de gases a tratar; el coste de referencia para las plantas de incineración es de 800,000 /a mientras que para los TMB es de 300,000 /a. Vertido de ceniza Se ha supuesto un coste de 100 /t de ceniza producida, con independencia de que, a corto plazo, es posible el reciclado total de la misma a coste nulo o considerablemente menor que el indicado ahora. Gestión y vertido de escorias de incineración Se ha supuesto un coste de 10 /t de escorias, teniendo en cuenta que serán recicladas en su casi totalidad; el coste indicado cubre el secado, acondicionado y transporte hasta los puntos de reciclado; alternativamente, sería el precio, en las instalaciones, para su vertido como residuos inertes. Vertido de residuos estabilizados Se supone un coste neto, en las instalaciones, de 40 /t de residuo depositado, tanto procedente de rechazos de compostaje como de cualquier otra corriente de las instalaciones; se entiende que este precio cubre la totalidad de los costes originados en el vertedero y el transporte de los mismos desde la planta de tratamiento. Para considerar diferentes situaciones de precios, que podrían ser muy distintos en función de los emplazamientos, para cada escenario se ha analizado los costes finales para distintos precios de vertido, entre 20 y 60 /t. Gestión de las enmiendas orgánicas para usos poco exigentes En los escenarios con estabilización, tipo B, el residuo estabilizado se somete a un proceso de afino, de forma que una parte pueda ser aprovechada como enmienda orgánica para usos poco exigentes. A efectos del cálculo de costes se ha supuesto que el residuo clasificado y destinado a enmienda orgánica para usos poco exigentes será retirado de las instalaciones de gestión abonándose un canon equivalente al 25% del precio del vertedero, en concepto de gastos de transporte

27 Pago a cementeras por retirada de RDF o CSR Las cementeras suelen establecer un canon por retirada de los combustibles alternativos; estos precios pueden estar referidos al coste evitado por menor vertido y a la calidad del combustible, expresada fundamentalmente en función del PCI y de la humedad; aunque en España no existe ninguna referencia concreta, se ha estimado un coste de 30 /t, incluyendo el transporte hasta las instalaciones cementeras. Seguros Se ha estimado una prima de seguro que cubra las inversiones de las instalaciones y los riesgos industriales más importante; el coste anual de la misma se estima en el 0.2% de la inversión total del escenario. Gastos generales Se estiman en un 10% de los gastos de operación señalados más arriba, (personal, combustibles, energía, mantenimiento, etc.); cubren todos los gastos de operación no imputados directamente en los epígrafes anteriores. Amortización del inmovilizado El total de la inversión necesaria, sin incluir los costes de los terrenos, se amortiza en periodos razonables, en relación con la vida de las instalaciones. Se calcula una tasa anual constante de amortización, con un interés del 5,5 % pero con dos periodos distintos de amortización: - 12 años para las inversiones en equipos e ingeniería - 20 años para las inversiones en obra civil. Gastos de gestión Se ha incluido el coste de la remuneración el gestor de las instalaciones, con independencia de que sea la propia unidad de gestión o una entidad distinta; se ha supuesto un coste del 6% del coste total de operación, excluyendo la recogida y las ventas de materiales reciclables y energía

28 Ingresos Se refieren, fundamentalmente, a la venta de energía excedentaria, del compost producido y a la de materiales recuperados para reciclado. Para la venta de energía se ha calculado un precio neto de /kwh, que es el precio vigente en la actualidad. La energía deficitaria, distinta de la señalada en los costes de operación, se adquiere a /kwh. El precio neto de venta de compostaje ha estimado en 7 /t y se supone la venta de la totalidad del compost producido En relación con los materiales recuperados, se establecen los siguientes precios netos de venta: 102 /t de chatarra de aluminio, 59 /t de chatarra férrica y 150 /t de plástico

29 Costes de los distintos escenarios Se han analizado los diferentes costes de gestión en los diferentes escenarios para las dos fracciones resto (FR1 y FR2 + MO), y para las dos unidades de gestión, (Mágina y Macondo); los resultados se muestran en la tabla Resumen de costes de gestión, por escenarios, en /t de FR Escenario A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 MAGINA MACONDO FR1 77,32 88,17 90,01 84,24 77,72 75,33 97,55 70,50 FR2 69,84 79,98 85,24 76,31 69,17 67,19 87,33 64,38 FR1 93,84 114,13 118,14 100,76 85,49 85,59 112,34 92,61 FR2 89,78 102,44 108,79 93,12 77,64 77,62 99,08 85,40 En la gráfica se muestran los costes de gestión de los diferentes escenarios analizados, para las dos unidades de gestión 140,00 MAG-FR1 MAG-FR2 MAC-FR1 MAC-FR2 120,00 100,00 80,00 /t 60,00 40,00 20,00 0,00 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 Escenarios Los comentarios principales son: - la recogida selectiva de materia orgánica, en las condiciones de costes establecidas, no supone un incremento del coste de gestión (FR1>FR2); sin embargo, el cambio de las condiciones económicas de la recogida alteraría

30 de forma muy importante el coste total, haciendo que los costes de FR2 se incrementen en casi 25 /t, que los haría 20 /t superiores a los de los escenarios sin recogida selectiva de materia orgánica. - el incremento de costes y la pérdida de eficiencia energética podrían aconsejar un replanteamiento de la planificación de recogida selectiva de la materia orgánica, establecida con carácter casi general en las planificaciones de numerosas CCAA y en el PNIR: en este sentido deben hacerse algunas consideraciones: - si la motivación de la recogida selectiva de materia orgánica es la obtención de un producto de valor económico, como el compost, pueden considerarse otros materiales de partida, incluso residuos, para cubrir las necesidades del producto. - la fracción orgánica procedente de residuos domiciliarios suele tener una proporción muy elevada de impropios, que difícilmente va a cumplir, ni siquiera en los escenarios virtuales considerados, el bajo nivel de impropios necesario para la producción de compost; por otra parte, la recogida de esta fracción debe ser realizada con una gran frecuencia, especialmente en las zonas más cálidas del país y su separación no contribuirá a una mejora de la limpieza de los sistemas de recogida. - la fracción orgánica procedente de RICIA, suele tener una calidad mucho más homogénea y asegurable mediante un control en origen; esta fracción es una buena candidata a la transformación en compost; incluso puede tener rendimientos energéticos muy interesantes, vía biometanización, dependiendo del origen. - los escenarios de gestión más realistas dependen de la posibilidad de incinerar parte de la fracción resto, con un tratamiento mecánico previo, que incremente la recuperación material ya obtenida con la recogida selectiva; si esta posibilidad existe, el coste del escenario A1 es el menor, por lo que los tratamientos previos de estabilización o secado carecen de sentido económico, (y ambiental, como se verá más adelante) - existe una marcada diferencia entre los costes de los escenarios A2, A3 y B1 en relación con su capacidad de tratamiento; una gran parte de esta

31 diferencia está relacionada con la amortización de las instalaciones de incineración, pero también es importante recordar que los escenarios A2, A3 y B1 son progresivamente menos eficientes, desde el punto de vista energético. - si la incineración no es viable, por diferentes causas, el vertido completo, tras la estabilización biológica, (B3) parece la solución más adecuada, desde el punto de vista económico; los costes calculados son ligeramente inferiores a los de incineración tras recuperación material, A1, pero una parte de la diferencia debe ser imputada a la bonificación indirecta del coste de vertido, por la utilización potencial de la enmienda orgánica. - la dependencia de los costes de escenarios B y C con los precios de vertedero son muy importantes, especialmente en los primeros; un incremento del precio de vertido puede suponer un coste mayor de estos escenarios frente a los de incineración, que no exigen vertederos. - el vertedero de balas ofrece algunas ventajas estratégicas, ya que permite el aprovechamiento de infraestructuras existente o fácilmente adaptables a costes parecidos a los del vertido completo. - los escenarios de tipo C dan lugar a los costes superiores, pero en el análisis no se ha tenido en cuenta la posible recuperación energética de los residuos estabilizados; en cualquier caso, debe tenerse en cuenta que el límite del aprovechamiento energético es el representado por el escenario A1; las hipotéticas mejoras de rendimiento mediante la obtención de biogás pueden verse reducidas por pérdidas de reacción o de captación de CH4. - los escenarios basados en la utilización de RDF o CSR en cementeras, (B2.1 y C2) presentan unos costes ligeramente superiores a los de vertido y equivalentes a los de incineración; estos costes se incrementan por las exigencias de calidad de los combustibles alternativos, que no siempre son homogéneos para todas las cementeras. Para estos escenarios se ha supuesto que las cementeras realizan la retirada completa y simultánea de toda la producción de CSR/RDF; esto implica que en el entorno de las plantas de gestión de residuos deberían existir plantas cementeras autorizadas para la utilización de estos combustibles con una producción de clínker considerable

32 Influencia de los precios de vertedero En la actualidad existe una gran dispersión en los precios de vertido, que en numerosos casos se debe a la no imputación de algunos costes que legalmente deberían ser incluidos; es probable que en el futuro pueda seguir manteniéndose un abanico amplio de precios, no tanto por la imputación parcial de gastos sino porque las condiciones de los residuos previas al vertido permitan reducir los gastos de los vertederos. Por esto, interesa desglosar los costes de gestión de la fracción resto calculados, de forma que sea fácil recalcular el coste cuando los precios de depósito en vertedero se aparten de los 40 /t, que se han señalado como precio base. El uso de vertedero en cada escenario es distinto, por lo que la repercusión del precio de vertido será también diferente: - en los escenarios A, que tienen en común la ausencia de vertederos, la participación del vertido es muy escasa - en los escenarios B, basados en la utilización del vertedero para recibir al menos parte de los residuos estabilizados, la influencia del coste de vertido es considerablemente más importante; esta influencia debe extenderse a los costes de gestión de las enmiendas orgánicas para usos no exigentes, ya que no es garantizable que la totalidad de la generación de enmiendas pueda ser utilizada fuera de los vertederos. - en los escenarios C, basados en la utilización de biorreactores, el coste de vertido es también importante, ya que se asume que el residuo estabilizado obtenido tras el tratamiento en el biorreactor debe ser depositado en vertedero. Se ha recalculado el coste de gestión en cada uno de los escenarios suponiendo precios de vertederos de 60 /t y 20 /t; el coste para cualquier valor del coste de vertido puede ser calculado fácilmente; - en el caso de los escenarios B la repercusión en el coste llega hasta el 50% del incremento de coste de vertido. - los escenarios de tipo C tiene el mismo comportamiento que los de tipo B, ya que el residuo estabilizado del biorreactor es un porcentaje muy elevado de la fracción resto