TRABAJO DE TECNOLOGÍA INDUSTRIAL

Transcripción

1 TRABAJO DE TECNOLOGÍA INDUSTRIAL RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU) Mónica Alexandra García Vásquez. 1ºBachillerato-C Curso Bloque I: Energías. ÍNDICE

2 1. Introducción. Pg Composición de los RSU. Pg Procesos de obtención de energía. Pg. 7 Biometanización. Pg. 7 Gasificación. Pg. 8 Incineración. Pg. 1. Conclusiones. Pg Bibliografía. Pg. 11

3 1. INTRODUCCIÓN Los residuos sólidos urbanos (RSU) son aquellos desperdicios o restos inertes producidos en la actividad doméstica y comercial en los núcleos de población o áreas de influencia. Cada uno de nosotros producimos más de 1kg de basura diaria (en USA más de 2kg) y en Madrid anualmente se generan más de dos millones de toneladas. Curiosidad: Las aguas residuales urbanas (ARU) son afluentes líquidos generados diariamente por el ser humano que contienen alto nivel de agua que es evacuada al mar, obteniendo así lodos en depuradoras donde queda casi la totalidad de la materia orgánica que se puede procesar para obtener biogás. Poseen unas características físicas y químicas fundamentales, muy tenidas en cuenta a la hora de ser sometidos a procesos de obtención energética, tales como la incineración o la fermentación de residuos orgánicos para obtener biogás, utilizado como biocombustible. La propiedades física más importante es grado de humedad presente en los RSU, normalmente de un 40%, ya que en la incineración cuanto mayor sea más difícil será de quemar. Ésta prima en la materia orgánica y escasea en la sintética. La características químicas de más relevancia son el poder calorífico y el porcentaje de cenizas producidas. La composición química asimismo también influye mucho para determinar sus características de recuperación energética y para determinar la presencia y concentración de residuos tóxicos y peligrosos y así evaluar el riesgo que tienen.

4 2. COMPOSICION DE LOS RSU Su composición depende de la calidad de vida y la actividad de la población y del clima de la región, ya que a raíz de ello se consumirán y emplearán unos u otros productos que darán lugar a determinados residuos. COMPONENTE CANTIDAD EJEMPLOS Materia orgánica 44,00% Restos alimenticios o de jardinería (podas, corado de césped, recogida de hojarasca, rastrillados de campos... etc.) Papel y cartón 21,18% Periódicos, cajas, revistas, embalajes de cartón, envases de papel... etc. Plástico 10,59% Bolsas, embalajes, botes... etc. Vidrio 6,93% Envases de cristal, frascos, botellas... etc. Una curiosidad: su consumo en España es de 33 kilogramos por persona/año. Metales férricos y no férricos 4,11% Hojalata empleada en el sector alimentario (latas de conserva) y en el industrial (recipientes de pinturas, aceites, gasolinas...) y aluminio (botes de bebidas carbonatadas y tetra-briks, restos de herramientas, utensilios de cocina, mobiliario...) Madera 0,96% Muebles Otros 12,17 % Textiles Vestidos y elementos decorativos del hogar. Escombros Varios Material electrónico Baterías de vehículos, medicamentos, barnices, colas, disolventes, ceras, termómetros, lámparas fluorescentes y bombillas de bajo consumo. Teléfonos móviles, ordenadores... Pilas Policlorobifenilos y Policlorotrifenilos (PCBs) Fluidos térmicos o hidráulicos presentes en los frigoríficos y aceites.

5 Dado que los RSU están compuestos por una gran diversidad de sustancias, antes de ser utilizados con fines energéticos han de pasar por un proceso selección, compuesto de varias fases: Recogida: Se recolectan los residuos urbanos para realizar su traslado a las plantas de tratamiento. Puede ser no selectiva, si estos son depositados sin ningún tipo de separación en contenedores; o selectiva, si se separan los residuos atendiendo a su tipo y depositándolos en los contenedores correspondientes. Transporte: La recogida puede darse por medio de vehículos especializados tales como camiones con sistemas de compresión, o por sistemas de conducciones neumáticas subterráneas, promovidos por los países nórdicos desde los 60, que llevan la basura hasta las estaciones de transferencia desde donde se trasladan a la planta de clasificación. Planta de selección: En ella se retiran manualmente papel, cartón, plásticos duros y vidrio, y con máquinas los metales férricos, por sistemas magnéticos, los metales no férricos, por corrientes de Foucault, y el plástico film, mediante sistemas neumáticos.

6 Tras esto, una parte de los residuos se recicla, otra pasa a convertirse en compost (materia orgánica fermentada), otra es eliminada y otra se invierte en formar combustible con el que poder generar energía. RESIDUOS Forestales De industrias de 1ª transformación. De fabricación de productos de madera. De fabricación de productos de corcho. De fabricación de pasta de papel. Serrines, virutas, cortezas... Serrines, chapas de tableros, recortes... Polvo de corcho. Cortezas, serrines y lejías negras... Industria De la extracción de aceite de orujo de la agroalimentaria aceituna. y agrícola De elaboración de frutos secos. De conservera vegetal. De producción de cerveza y malta. Cáscaras de piñones, almendras... Huesos de fruta, restos de animales... USO COMO... Materia prima en otras industrias. Combustible en el sector Combustible en el sector. Combustible en el sector. Combustible o como sustancias minerales. Combustible en el sector o en industrias de cerámica. Combustible en el sector o en ámbito doméstico. Combustible o biogás. Biogás.

7 3. PROCESOS DE OBTENCIÓN DE ENERGIA Biometanización o metanización Consiste en la fermentación anaeróbica de residuos orgánicos para obtener biogás, que es una mezcla de CO 2 y CH 4, principalmente, mediante bacterias que se desarrollan en ambientes sin oxígeno. Consta de varias fases: Fase hidrolítica o hidrólisis: la materia orgánica se encuentra ya disuelta y en contacto con las bacterias. Fase acetogénica o ácida: las moléculas se convierten en ácidos simples. Fase metanogénica o hidrogenada: las bacterias convierten el ácido acético en metano y dióxido de carbono. Para ello los residuos, convenientemente humedecidos, se introducen en biodigestores, estructuras cilíndricas o contenedores sellados e impermeables que crean un ambiente sin oxígeno para el desarrollo de bacterias anaerobias y que además permiten controlar sus parámetros del ph, la presión y la temperatura. El biogás es producido por dichas bacterias durante el proceso de transformación de la materia orgánica, denominado digestión. COMPUESTOS DEL BIOGÁS PORCENTAJE EN VOLUMEN METANO (CH 4 ) 40/70 % DIÓXIDO DE CARBONO (CO 2 ) 30/60 % HIDRÓGENO (H 2 ) 0/1 % SULFURO DE HIDRÓGENO (H 2 S) 0/3 % Este proceso se lleva a cabo durante un periodo de tiempo que oscila entre los 10 y 15 días con temperaturas de entre 55ºC y 60ºC. Las bacterias anaerobias se multiplican y procesan los residuos orgánicos generando gas metano, tras lo cual el agua es recirculada y reutilizada para nuevos tratamientos. Una vez producido el biogás es depurado, separando el metano del dióxido de carbono y de otros gases según su utilización energética. El valor calorífico del biogás viene a ser de unos 10 KW/h/m 3, equivalente a 0,5 litros de combustible diésel. Entre sus ventajas se encuentran la reducción de olores de descomposición, la disminución de contaminantes, las moscas y roedores no son atraídos, y la producción de compost, un residuo muy apto como fertilizante que mejora la estructura del suelo, ayudando a reducir la erosión, y facilita a las plantas la absorción de agua y nutrientes. Como inconvenientes están el hecho de que algunos diseños poseen un equipamiento grande, caro y experimental, el requerimiento de precauciones de manejo, la especial sensibilidad del proceso a la temperatura, a la presión y al ph, la ausencia de calor generado durante la digestión y la contaminación atmosférica dada por la expulsión de metano a la atmósfera, el cual es veinte veces más potente que el CO 2.

8 Gasificación Es un proceso termoquímico o pirolítico que convierte los residuos orgánicos en un gas de poder calorífico reducido, empleado solo o combinado con gas natural para producir energía térmica (en calderas comerciales), térmica y eléctrica (en motores de combustión interna) o solo eléctrica (en turbinas de gas en ciclos simples o combinados). Consiste en introducir los residuos en reactores donde se los somete a altas temperaturas, (de entre 600ºC y 1000ºC), en ausencia o con escasa concentración de oxígeno. Así se liberan aquellas sustancias que son volátiles a esas temperaturas, obteniéndose un sólido rico en carbono con una mezcla de gases y agua. Tras un proceso de transformación de moléculas complejas, como aceites, grasas, plásticos... etc, en moléculas sencillas mediante múltiples reacciones de reducción, se alcanza un gas estable al que se le darán unos u otros usos dependiendo del agente gasificante se haya empleado: si es aire, se obtiene un gas de bajo poder calorífico con aprovechamiento energético; si se usa oxígeno, el gas tendrá menor poder calorífico pero mayor calidad como combustible; si se utiliza vapor de agua se obtiene un gas rico en H 2 y CO bueno para la síntesis de gasolinas, metanol, etc; y si si se usa hidrógeno, se obtiene un gas con alta concentración de metano que puede sustituir al gas natural. Los agentes gasificantes se dividen en dos tipos atendiendo al sentido del flujo del gas y el sólido a gasificar: Updraft (reactor en contracorriente):en su interior hay una zona de secado y otra de eliminación del agua de constitución, donde el sólido se calienta a 450ºC. Cuando alcanza los 600ºC entra en la zona de gasificación donde se reducen gases como el dióxido de carbono o el agua para formar el CO y el hidrógeno. Posteriormente en la zona inferior se produce el contacto del sólido, ya casi descompuesto, con los gases de reacción produciendo las últimas reacciones de oxidación. Downdraft (reactor en corriente directa): Tras ser liberados en la zona de gasificación y pirólisis, los gases pasan por una zona de oxidación final a alta temperatura, suprimiendo alquitranes y el agua retirada alcanza los niveles más altos de conversión. Entre sus ventajas están la obtención de uno considerable rendimiento eléctrico con bajo impacto medioambiental.

9 Incineración La incineración, que comenzó a emplearse en Inglaterra a finales del siglo XIX, es un proceso mediante el cual se obtienen grandes cantidades de energía, que es aprovechada para obtener energía eléctrica, y se reduce el volumen de la basura en un 90%, y su peso en un 30% rápidamente. Se trata de una combustión térmica controlada dada en las plantas incineradoras, que provoca una oxidación del C y del H de los residuos, obteniendo cenizas, CO2, agua, partículas diversas, metales tóxicos, dioxinas (altamente perjudiciales para el ser humano) y furanos (contaminantes del aire altamente tóxicos ) en caso de que los residuos hubieran sido plásticos con PVC, y otros compuestos que salen como humo. El papel, los plásticos y los neumáticos son los materiales que más energía generan y que mejor arden, mientras que el vidrio es del todo inapropiado ya que se funde y es difícil de quitar del incinerador. Una vez que se lleva a cabo el proceso de incineración los humos pasan a través de filtros electrostáticos, que reúnen las partículas y las hacen caer por gravedad y las juntan a las cenizas, y por una cortina de agua con sustancias químicas que neutraliza y retira los compuestos tóxicos. De esta forma los humos que salen a la atmósfera son más limpios. Por otra parte, las cenizas se someterán a tratamientos de diversa índole y gestión y finalmente serán depositadas en vertederos controlados. Sus ventajas son la producción de energía en forma de calor a la vez que se eliminan gran parte de los residuos. Sin embargo, tiene varios inconvenientes: sólo puede aprovechar un 20% del calor para convertirlo en electricidad, su coste es elevado y el sistema de tratamiento es complejo, las cenizas emitidas son muy tóxicas (tanto las dioxinas como los COVs) y aumentan el riesgo de padecer cáncer y el rechazo social.

10 4. CONCLUSIONES A medida que la sociedad se va desarrollando se va volviendo más y más materialista. Esto hace que las personas sientan la necesidad maquinal de comprar continuamente cosas innecesarias por el simple capricho, avaricia o ambición. Es algo que viene inculcado ya desde la infancia. Así pues, los niños quieren los juguetes que ven anunciados en las televisiones y los jóvenes, lo último en electrónica, video juegos y ropa. Como consecuencia, la basura generada es cada vez mayor, y sólo en tiempos como los actuales de crisis se ve mermada en un pequeño porcentaje. Hasta no hace mucho ni siquiera se reciclaba, y fueron necesarias un gran número de campañas para promover algo tan sencillo como separar la basura en distintos cubos, lo que supone una gran ayuda para las plantas de clasificación a la hora de separar los residuos. No obstante, a pesar de todo el tiempo que ha pasado, muchas personas siguen sin contribuir, ya sea por necedad, pereza o terquedad procedente de una mentalidad anticuada. Sea como fuere, nuestro mundo se está viendo fuertemente resentido por la elevada acumulación de vertidos y residuos, muchos de ellos tóxicos o perecederos durante cientos de años. La posibilidad de reutilizar muchos de estos residuos para la producción de energía es una opción muy interesante que, a la vez que resulta ser una alternativa a otras fuentes energéticas, ayuda a eliminar gran parte de dichos vertidos. Ciertamente, tienen desventajas medioambientales, que sin embargo por lo general son de menor peligro o incidencia que las que tiene la simple acumulación de los mismos en vertederos.

11 5. BIBLIOGRAFIA