Poner la basura a Buen Uso con Residuos a Energía
Foto: Jan Truter
En las últimas cuatro décadas, los seres humanos hemos triplicado nuestro consumo de los recursos naturales de la Tierra, dijo un informe reciente del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. Y, según el Instituto de Recursos Mundiales ,» de la mitad a las tres cuartas partes de los insumos anuales de recursos para las economías industriales se devuelven al medio ambiente en forma de desechos en tan solo un año.»
En 2013, Estados Unidos produjo 254 millones de toneladas de basura, o residuos sólidos municipales. Alrededor de 87 millones de toneladas de esta cantidad se compostaron o reciclaron, 32,7 millones de toneladas se quemaron para obtener energía y 134,3 millones de toneladas se depositaron en vertederos.
Los residuos sólidos urbanos consisten en papel, cartón, alimentos, recortes de hierba, hojas, madera, cuero, plásticos, metales y materiales sintéticos a base de petróleo. Ningún enfoque único puede manejar todos los tipos de residuos, por lo que se utiliza una «jerarquía de gestión de residuos» para clasificar las estrategias de tratamiento de los residuos de acuerdo con sus impactos ambientales. Un principio clave de la gestión sostenible de residuos es tratar de tratar los residuos lo más alto posible en la jerarquía de residuos.
La primera prioridad es evitar producir 
residuos reduciendo el consumo y el embalaje. La siguiente mejor opción es reciclar; el compostaje de residuos orgánicos viene a continuación. A esto le sigue la combustión de los residuos post-reciclados para obtener energía y, finalmente, el vertido.
El número de vertederos en los Estados Unidos ha disminuido a lo largo de los años, pero el tamaño promedio de los vertederos existentes ha aumentado. Los vertederos pueden emitir dióxido de carbono, metano, compuestos orgánicos volátiles y otros contaminantes peligrosos al aire. En los Estados Unidos, son el tercer mayor contribuyente de emisiones de metano, cuyo potencial de calentamiento global es 25 veces más potente que el de dióxido de carbono en más de 100 años. Los gases de los vertederos también pueden moverse bajo tierra, causando potencialmente incendios y explosiones, y el líquido o lixiviado que se acumula en los vertederos puede contaminar las aguas subterráneas. Además, los vertederos son antiestéticos y olorosos.
Un vertedero en Danbury, Connecticut. Foto: Naciones Unidas
El vertido de residuos sólidos trae consigo los problemas descritos anteriormente, y también significa que se desperdicia toda la energía inherente a los residuos. Quemar los residuos en plantas de conversión de residuos en energía no solo reduce su volumen en un 87 por ciento, sino que también puede aprovechar su energía incorporada y darle un buen uso.
Las plantas que queman desechos para producir electricidad se construyeron por primera vez en la década de 1970. Después de la entrada en vigor de la Ley de Aire Limpio, quedó claro que las plantas producían emisiones peligrosas de mercurio y dioxinas; se establecieron normas que prohibían la quema incontrolada de desechos y limitaban las emisiones de partículas. Durante la década de 1990, los estados UNIDOS La Agencia de Protección Ambiental estableció las regulaciones de Tecnología de Control Máximo Alcanzable, que requerían que las instalaciones de conversión de desechos en energía instalaran controles de la contaminación del aire. En 2007, la EPA comparó las emisiones de desechos a energía entre 1990 y 2005; encontró disminuciones de 24 por ciento en óxido de nitrógeno, 88 por ciento en dióxido de azufre, 99 por ciento en dioxinas y 96 por ciento en mercurio.
En los Estados Unidos, actualmente hay 77 instalaciones de conversión de residuos en energía en 22 estados, que procesan 95,023 toneladas de residuos cada día, capaces de generar 20,800 gigavatios hora de electricidad al año. Europa tiene más de 400 plantas de este tipo, y otras 300 se encuentran en otras partes del mundo.
La mayoría de estas plantas son instalaciones de combustión masiva. Los residuos se almacenan en grandes depósitos, luego se transportan a una rejilla móvil en un horno donde se queman a más de 850 ° C durante al menos dos segundos para garantizar una combustión completa. El calor del horno calienta el agua de una caldera, creando vapor que hace girar una turbina para impulsar un generador que produce electricidad. La electricidad entra en la red. En Europa, algunas plantas combinan la generación de electricidad con un sistema de calefacción urbana, utilizando el exceso de vapor para crear calor utilizado para calentar los hogares.
Residuos a la espera de ser quemados. Foto: Ari Herzog
Aproximadamente el 20 por ciento de lo que queda después de la quema es ceniza de fondo no peligrosa; parte de ella se usa para cubrir en los vertederos para reducir el lixiviado o se vierte en los vertederos. En Europa, se utiliza a menudo en la industria de la construcción o para la construcción de carreteras.
La combustión de plásticos como el cloruro de polivinilo produce emisiones tóxicas, por lo que el escape de la caldera, los gases de combustión, deben tratarse con filtros, absorción, lavado u otros equipos antes de que puedan liberarse a la atmósfera. El gas de combustión contiene cenizas volantes consistentes en partículas y productos químicos tóxicos. Las cenizas volantes representan menos del 5 por ciento de los desechos que entran en la planta; pueden tratarse, pero deben eliminarse como desechos peligrosos. De hecho, todos los contaminantes, incluso si se filtran o atrapan, deben eliminarse en vertederos especiales. Las aguas residuales producidas por la planta se tratan y luego se liberan.
La Ley de aire limpio establece normas para la emisión de dióxido de azufre, cloruro de hidrógeno, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, partículas, cadmio, plomo, mercurio y dioxinas. La Ley federal de Conservación y Recuperación de Recursos requiere pruebas de las cenizas sobrantes para garantizar que no sean peligrosas y que se eliminen o reutilicen adecuadamente. Los requisitos estatales a veces son incluso más estrictos que las regulaciones federales.
Debido a que las emisiones de dioxinas son la principal preocupación de las plantas de conversión de residuos en energía, Nickolas Themelis, director y fundador del Centro de Ingeniería de Tierra de la Universidad de Columbia y presidente del Consejo Mundial de Investigación y Tecnología de Conversión de Residuos en Energía, y su estudiante Henri Dwyer publicaron un inventario de las emisiones de dioxinas de 2012.
«Todas las plantas de conversión de residuos en energía llegaron a algo así como tres gramos por un año», dijo Themelis. «Para comparar, el total de dioxinas de los Estados Unidos fue de 3.000 gramos. Una de las grandes fuentes fueron los incendios de vertederos con 1.300 gramos.»
«Todas las plantas en los estados UNIDOS emiten emisiones de dioxinas significativamente más bajas que los límites establecidos a nivel nacional, aproximadamente 100 veces más bajas», dijo Athanasios Bourtsalas, profesor asistente adjunto en el departamento de Tierra e Ingeniería de la Universidad de Columbia. «Y no hay evidencia de ninguna sustancia tóxica asociada con la conversión de residuos en energía. Todas nuestras investigaciones anteriores han demostrado que la conversión de residuos en energía es una técnica de gestión de residuos muy sostenible para las más de 1.000 plantas que operan actualmente en el mundo.»
La garra de la planta de Covanta en Haverhill, MA. Foto: Rebecca Zieber
Covanta, líder de la industria con 41 instalaciones en todo el mundo, afirma que sus plantas estadounidenses operan más de un 60 a un 90 por ciento por debajo de los límites de emisiones requeridos. Su tecnología de control de emisiones de última generación inyecta amoníaco o urea en el horno para convertir el óxido de nitrógeno (un componente del smog y la lluvia ácida) en nitrógeno inofensivo; el carbón activado agregado a los gases de combustión absorbe mercurio y dioxinas; la lechada de cal se rocía en el escape, eliminando el 95 por ciento de dióxido de azufre y ácido clorhídrico; y una «cámara de bolsas», al igual que una aspiradora, elimina el 99,5 por ciento de las partículas del gas de combustión. Covanta monitoriza las emisiones 24/7.
Además de la gestión sostenible de los residuos, las plantas de conversión de residuos en energía proporcionan otros beneficios, como las tarifas de entrada (la tarifa por tonelada que el municipio paga a la instalación por recibir los residuos), la electricidad y/o el calor co-generado que se produce, el valor de la chatarra recogida y, potencialmente, los créditos de carbono para la energía renovable (Debido a que su fuente de combustible es sostenible, la conversión de residuos en energía se considera una tecnología renovable). Una planta de procesamiento promedio de residuos sólidos municipales puede generar alrededor de 500-600 kWh por tonelada; a 6 centavos por kWh, una tonelada de residuos puede generar entre 3 30 y 3 36. La producción de electricidad a través de residuos en lugar de combustibles fósiles también ahorra un barril de petróleo o un cuarto de tonelada de carbón por cada tonelada de residuos sólidos que se quema. En términos de emisiones de CO2, cuando se compara este método con los vertederos que no recuperan sus emisiones de metano, la conversión de residuos en energía ahorra una tonelada de CO2 por tonelada de residuos; en comparación con los vertederos que recuperan sus gases de vertedero, ahorra aproximadamente media tonelada de CO2 por tonelada de residuos.
Tres nuevas tecnologías tienen el potencial de reducir aún más las emisiones tóxicas, dejar menos residuos y producir gas de síntesis, una mezcla de gases que puede utilizarse como combustible para la electricidad o convertirse en otros productos energéticos. Las tres nuevas tecnologías-gasificación, gasificación por plasma y pirólisis—se consideran «tecnologías de conversión», que son tecnologías que no implican combustión (combustión con oxígeno). Sobrecalientan los residuos sólidos en entornos con bajo contenido de oxígeno, lo que reduce en gran medida la producción de emisiones tóxicas y facilita la recuperación inmediata de metales y escorias, de modo que menos residuos van a los vertederos y lo que queda es menos tóxico.
A pesar de estas ventajas, ninguna de estas nuevas tecnologías se ha lanzado a escala comercial en los Estados Unidos.En Japón y Europa, donde la tierra para vertederos es escasa, las plantas de tecnología de conversión han sido apoyadas con subsidios gubernamentales y regulaciones favorables. Pero los costos son altos, porque algunas plantas requieren residuos más homogéneos, cuya clasificación previa aumenta el costo, y los métodos actuales de limpieza de gas de síntesis son caros.
Bourtsalas explicó que mientras que las plantas de combustión masiva pueden procesar más de 1,000 toneladas de residuos sólidos al día, las plantas de tecnología de conversión en Japón procesan solo alrededor de 100 toneladas al día; están en la etapa piloto. La instalación de Tees Valley de 9 900 millones en el Reino Unido se construyó utilizando gasificación para procesar 700,000 toneladas de desechos por año. Programado para abrir en 2015, nunca despegó y quebró.
» Toda la tecnología en uso ahora es la combustión básica, la fabricación de vapor, a excepción de las pequeñas plantas en Japón. Sería bueno tener más de una tecnología», dijo Themelis. «Pero uno de los problemas de la conversión de residuos en energía frente a los vertederos es que cuesta un poco más, en promedio cuesta 2 20 por tonelada más. Incluso ese poco de dinero es suficiente para marcar la diferencia, por lo que si obtiene un nuevo proceso que va a costar 1 100 más, no va a funcionar. Es economía.»
Los plásticos representan el 13 por ciento de los residuos sólidos municipales.
La mejor manera de promover las tecnologías de conversión sería separar más de los 10,000 tipos diferentes de plásticos en los residuos sólidos municipales. Actualmente, solo el 10 por ciento de los plásticos se separan en los programas de reciclaje. «Si pudiera separar todos los plásticos, tendría una buena materia prima para las tecnologías de conversión…estamos trabajando en eso», dijo Themelis. «Los residuos sólidos municipales de Nueva York tienen un promedio de 11 megajulios por kilogramo. Los plásticos, si se separan, tendrían 35 megajulios por kilogramo, por lo que tiene sentido comenzar con eso.»
Debido a que las tasas de reciclaje en los Estados Unidos se han estancado en alrededor del 34 por ciento durante años, algunos defensores de las tecnologías de conversión argumentan que el reciclaje y el compostaje no pueden lidiar con todos los residuos, y que para reducir la cantidad que va a los vertederos, es necesario algún tipo de procesamiento térmico. Los que se oponen a la conversión de residuos en energía sostienen que compite con el reciclaje porque las plantas deben ser capaces de procesar suficientes residuos para ser rentables y, a veces, incluso deben transportarlos desde muy lejos, creando más emisiones de gases de efecto invernadero en el transporte. Y dado que casi la mitad del costo de una planta se destina al control de la contaminación, mantienen que el dinero podría gastarse mejor avanzando en la reducción de residuos y el reciclaje.
Sin embargo, la planta de conversión de residuos en energía de Copenhague
En Europa, la conversión de residuos en energía no disuade del reciclado. Suecia, Dinamarca y los Países Bajos se encuentran entre los países con más instalaciones de conversión de residuos en energía, y tienen algunas de las tasas de reciclado más altas. Algunas de las plantas de vanguardia de Europa ahora también ofrecen otras atracciones. Una planta en Copenhague, que abrirá en marzo de 2017, contará con una pista de esquí, y la planta de Spittelau en Viena está considerada como uno de los 10 mejores sitios turísticos de la ciudad debido a su diseño exterior extravagante.
La planta de Spittelau en Viena
En los EE.UU., la combustión de residuos a energía quemó alrededor del 12 por ciento de los residuos sólidos municipales en 2013, en comparación con el 15 por ciento a principios de la década de 1990. Esto se debe en parte a que los vertederos siguen siendo una opción más económica en los EE.UU., donde la tierra es abundante. Las excepciones son lugares como la ciudad de Nueva York que necesitan transportar basura largas distancias.
Durante muchos años, Nueva York ha enviado alrededor de 550,000 toneladas de residuos a plantas de residuos a energía en otras partes del estado, pero recientemente, el Departamento de Saneamiento se comprometió a enviar 800,000 toneladas, con aumentos en el futuro. En la ciudad de Nueva York, el 25 por ciento de los residuos va a esas plantas y el 75 por ciento va a los vertederos, lo que es mejor que el promedio nacional de 10 por ciento y 90 por ciento, dijo Themelis.
Hay varias razones para el estancamiento del desarrollo de la conversión de residuos en energía en los Estados Unidos.Todavía tiene una reputación infundada de contaminación en algunos círculos, y las comunidades pueden objetar la ubicación de instalaciones en su medio. Además, el costo de construir una nueva instalación es alto y puede llevar años proporcionar beneficios económicos.
«En la mayoría de los estados de los EE.UU., el impuesto a los vertederos es menos costoso que la tarifa de puerta de residuos a energía, y no hay legislación nacional», dijo Bourtsalas. «En Europa hay directivas muy estrictas: todos los países de la Unión Europea están obligados a implementar la conversión de residuos en energía en sus sistemas de gestión de residuos. En los Estados Unidos, cada estado tiene su propia legislación, no tienen una directiva con la capacidad de presionar a los legisladores y a las diferentes partes interesadas para avanzar en la gestión sostenible de residuos.»
La primera y única planta de conversión de residuos en energía que se construirá en los Estados Unidos desde 1995 comenzó a operar el verano pasado en el condado de Palm Beach, Florida. La planta de vanguardia de 6 672 millones espera reducir los desechos que van al vertedero en un 90 por ciento, generar 100 MW de electricidad y recuperar 27,000 toneladas de metales después de que los desechos se quemen cada año. Cumple con los límites de emisiones más bajos de cualquier instalación de este tipo en operación en los EE.
La planta de Shenzhen
La planta de conversión de residuos en energía más grande del mundo se está construyendo en Shenzhen, China. Ubicado en 35 acres con un diseño de estadio, la instalación de cinco acres incinerará 5,500 toneladas de residuos al día, un tercio de la basura generada por los residentes de Shenzhen. La planta de última generación, que se espera que abra en 2020, también cuenta con un parque y un hotel. El crecimiento de la tecnología en China es notable:En 2005, tenía 15 plantas de conversión de residuos en energía; hoy en día hay 188.
La planta Klemetsrud de Oslo, Noruega, que produce electricidad y calor, también emite más de 330.700 toneladas de CO2 cada año al quemar residuos sólidos municipales. Recientemente, la planta realizó una prueba para capturar las emisiones de CO2 de los humos y pudo evitar que hasta el 90 por ciento de ellos ingresaran a la atmósfera. Noruega está planificando una planta de captura de carbono a gran escala de 300 millones de dólares para 2020. El CO2 capturado se enviará al Mar del Norte para ser inyectado y almacenado bajo el mar, o inyectado en campos de petróleo y gas para mejorar la producción.
Se proyecta que el mercado mundial de conversión de residuos en energía crezca alrededor de un 5,9 por ciento anual para alcanzar los 37,64 mil millones de dólares en 2020, frente a los 25,3 mil millones de dólares de 2013, según un informe de 2015. El Waste-to-Energy Research and Technology Council está ayudando a fomentar este crecimiento promoviendo las mejores tecnologías, trabajando con sus organizaciones hermanas en Brasil, Chile, China, India, Italia y otros lugares, y difundiendo los beneficios de waste-to-energy.