La recuperación de energía a partir de residuos sólidos es la conversión de materiales no reciclables en calor, electricidad o combustible utilizable a través de una variedad de procesos, incluyendo la combustión, gasificación, pirólisis, digestión anaeróbica y recuperación de gas de vertedero. Este proceso se conoce comúnmente como solid waste to energy o transformación de residuos sólidos en energía.
Recuperación de energía a partir de la combustión
La recuperación de energía a partir de la combustión de residuos sólidos municipales es una parte clave de la jerarquía de gestión de residuos no peligrosos, que clasifica varias estrategias de gestión de residuos según su preferencia ambiental. La recuperación de energía se encuentra por debajo de la reducción en la fuente y el reciclaje/reutilización, pero por encima del tratamiento y la disposición. La quema confinada y controlada, conocida como combustión, no solo disminuye el volumen de residuos sólidos destinados a los vertederos, sino que también recupera energía a partir del proceso de quema de residuos. Esto genera una fuente de energía y reduce las emisiones de carbono al compensar la necesidad de energía de fuentes fósiles y reducir la generación de metano en los vertederos.
El proceso de quema masiva
En una instalación de combustión de residuos sólidos municipales, los residuos sólidos municipales se descargan de los camiones de recolección y se colocan en un bunker de almacenamiento de basura. Una grúa eleva los residuos y los coloca en una cámara de combustión para quemarlos. El calor liberado durante la quema convierte el agua en vapor, que luego se envía a un generador de turbina para producir electricidad.
Las cenizas restantes se recogen y se llevan a un vertedero donde un sistema de filtración de alta eficiencia captura las partículas. A medida que el flujo de gas atraviesa estos filtros, se elimina más del 99 por ciento de la materia particulada. Las partículas de cenizas volantes capturadas caen en tolvas y se transportan mediante un sistema de transportador cerrado hasta el dispositivo de descarga de cenizas. Luego se humedecen para evitar el polvo y se mezclan con las cenizas del fondo de la parrilla. La instalación transporta el residuo de ceniza a un edificio cerrado donde se carga en camiones cubiertos y a prueba de fugas y se lleva a un vertedero diseñado para proteger contra la contaminación del agua subterránea. El residuo de ceniza del horno se puede procesar para eliminar metales reciclables.
Tecnologías de combustión
Las tecnologías comunes para la combustión de residuos sólidos municipales incluyen instalaciones de quema masiva, sistemas modulares y sistemas de combustible derivado de residuos.
Instalaciones de quema masiva
Las instalaciones de quema masiva son el tipo más común de instalación de combustión en los Estados Unidos. Los residuos utilizados para alimentar la instalación de quema masiva pueden o no clasificarse antes de ingresar a la cámara de combustión. Muchos municipios avanzados separan los residuos al principio para ahorrar productos reciclables.
Las unidades de quema masiva queman residuos sólidos municipales en una sola cámara de combustión en condiciones de exceso de aire. En los sistemas de combustión, el exceso de aire promueve la mezcla y la turbulencia para garantizar que el aire pueda llegar a todas las partes de los residuos. Esto es necesario debido a la naturaleza inconsistente de los residuos sólidos. La mayoría de las instalaciones de quema masiva queman residuos sólidos municipales en una parrilla inclinada y móvil que vibra o se mueve de alguna otra manera para agitar los residuos y mezclarlos con el aire.
Sistemas modulares
Los sistemas modulares queman residuos sólidos municipales sin procesar y mezclados. Se diferencian de las instalaciones de quema masiva en que son mucho más pequeñas y portátiles. Pueden ser trasladadas de un lugar a otro.
Sistemas de combustible derivado de residuos
Los sistemas de combustible derivado de residuos utilizan métodos mecánicos para triturar los residuos sólidos municipales entrantes, separar los materiales no combustibles y producir una mezcla combustible que es adecuada como combustible en un horno dedicado o como combustible suplementario en un sistema de caldera convencional.
La historia de la recuperación de energía a partir de la combustión
El primer incinerador en los Estados Unidos se construyó en 1885 en Governors Island en Nueva York. A mediados del siglo XX, cientos de incineradores estaban en funcionamiento en los Estados Unidos, pero se sabía poco sobre los impactos ambientales de las descargas de agua y las emisiones de aire de estos incineradores hasta la década de 1960. Cuando la Ley del Aire Limpio entró en vigor en 1970, las instalaciones de incineración existentes enfrentaron nuevos estándares que prohibían la quema no controlada de residuos sólidos municipales y establecían restricciones a las emisiones de partículas. Las instalaciones que no instalaron la tecnología necesaria para cumplir con los requisitos de la Ley del Aire Limpio cerraron.
La combustión de residuos sólidos municipales aumentó en la década de 1980. A principios de la década de 1990, los Estados Unidos quemaban más del 15 por ciento de todos los residuos sólidos municipales. La mayoría de los incineradores de residuos no peligrosos recuperaban energía en ese momento y habían instalado equipos de control de la contaminación. Con las amenazas recién reconocidas de las emisiones de mercurio y dioxinas, la EPA promulgó regulaciones de MACT (Tecnología de Control Máximo Alcanzable) en la década de 1990. Como resultado, la mayoría de las instalaciones existentes tuvieron que ser modificadas con sistemas de control de la contaminación del aire o cerradas.
Consultas habituales sobre recuperación de energía a partir de la combustión
Información sobre instalaciones específicas de combustión de residuos sólidos municipales
Busque en el Directorio de Plantas de Energía de Residuos a Energía del Consejo de Recuperación de Energía 2018 (PDF) para obtener detalles sobre todas las instalaciones en funcionamiento.
- ¿Cuántos residuos combuste Estados Unidos para recuperación de energía?
Actualmente, hay 75 instalaciones en los Estados Unidos que recuperan energía a partir de la combustión de residuos sólidos municipales. Estas instalaciones existen en 25 estados, principalmente en el noreste. Se construyó una nueva instalación en el condado de Palm Beach, Florida, en 201
Una planta típica de residuos a energía genera alrededor de 550 kilovatios-hora (kWh) de energía por tonelada de residuos. A un precio promedio de cuatro centavos por kWh, los ingresos por tonelada de residuos sólidos suelen ser de 20 a 30 dólares. Para obtener más información, lea ¿Es mejor quemar o enterrar residuos para obtener energía limpia?
- ¿Por qué las instalaciones de combustión de residuos sólidos municipales no son más comunes en los Estados Unidos?
Según el informe Avance en la Gestión Sostenible de Materiales: Datos y Cifras, los Estados Unidos quemaron más de 34 millones de toneladas de residuos sólidos municipales con recuperación de energía en 201
La combustión de residuos sólidos municipales representa una pequeña parte de la gestión de residuos en los Estados Unidos por múltiples razones. En general, en las regiones del entorno donde la población es densa y el espacio es limitado (por ejemplo, muchos países europeos, Japón), la combustión con recuperación de energía se adopta más ampliamente debido a las limitaciones de espacio. Como los Estados Unidos abarcan una gran cantidad de tierra, las limitaciones de espacio no han sido un factor tan importante en la adopción de la combustión con recuperación de energía. El enterramiento en vertederos en los Estados Unidos a menudo se considera una opción más viable, especialmente a corto plazo, debido al bajo costo económico de construir un vertedero de residuos sólidos municipales en comparación con una instalación de combustión de residuos sólidos municipales.
Otro factor en la lenta tasa de crecimiento de la combustión de residuos sólidos municipales en los Estados Unidos es la oposición pública a las instalaciones. Estas instalaciones no siempre han tenido equipos de control de emisiones de aire, por lo que se han ganado la reputación de ser altamente contaminantes. Además, muchas comunidades no desean el aumento del tráfico de camiones ni estar cerca de ninguna instalación que maneje residuos municipales.
Además, el dinero inicial necesario para construir una instalación de combustión de residuos sólidos municipales puede ser significativo y los beneficios económicos pueden tardar varios años en hacerse realidad. Una nueva planta típicamente requiere al menos 100 millones de dólares para financiar la construcción; las plantas más grandes pueden requerir el doble o el triple de esa cantidad. Las instalaciones de combustión de residuos sólidos municipales suelen cobrar una tarifa por tonelada a los contratistas independientes que depositan los residuos a diario para recuperar los costos. Las instalaciones también reciben ingresos de las empresas de servicios públicos después de que la electricidad generada a partir de los residuos se vende a la red eléctrica. Una posible tercera fuente de ingresos para las instalaciones proviene de la venta de chatarra metálica férrica (hierro) y no férrica recogida de la corriente de cenizas postcombustión.
- ¿Qué es la ceniza generada por la combustión y qué sucede con ella?
La cantidad de ceniza generada varía entre el 15 y el 25 por ciento (por peso) y entre el 5 y el 15 por ciento (por volumen) del residuo sólido municipal procesado. En general, los residuos de la combustión de residuos sólidos municipales consisten en dos tipos de material: ceniza volante y ceniza de fondo. La ceniza volante se refiere a las partículas finas que se eliminan del gas de combustión e incluye residuos de otros dispositivos de control de la contaminación del aire, como los lavadores de gases. La ceniza volante generalmente representa entre el 10 y el 20 por ciento del peso total de la ceniza. El resto de la ceniza de la combustión de residuos sólidos municipales se llama ceniza de fondo (80-90 por ciento del peso). Los principales componentes químicos de la ceniza de fondo son sílice (arena y cuarzo), calcio, óxido de hierro y óxido de aluminio. La ceniza de fondo suele tener un contenido de humedad del 22 al 62 por ciento en peso seco. La composición química de la ceniza varía según la alimentación original de los residuos sólidos municipales y el proceso de combustión. La ceniza que queda del proceso de combustión de residuos sólidos municipales se envía a vertederos. Visite el Programa de Aprovechamiento del Metano de los Vertederos de la EPA para obtener información adicional sobre cómo las instalaciones recuperan energía de los vertederos.
- ¿A qué regulaciones se aplica la recuperación de energía a partir de residuos?
La recuperación de energía a partir de residuos es importante en el desarrollo de políticas energéticas sostenibles. La EPA continúa desarrollando regulaciones que fomentan la recuperación de energía a partir de materiales peligrosos o materiales que de otro modo podrían desecharse como residuos sólidos.
Identificación de materiales no peligrosos que son residuos sólidos
La regla final de 2011 sobre materiales secundarios no peligrosos (NHSM, por sus siglas en inglés) de la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos (RCRA, por sus siglas en inglés) identifica qué materiales secundarios no peligrosos son o no son residuos sólidos cuando se queman en unidades de combustión. Esto determina qué estándares de emisión de la Ley del Aire Limpio debe cumplir una unidad de combustión.
Gasificación
La gasificación es un proceso que convierte cualquier material que contenga carbono, como el carbón, el petróleo o la biomasa, en gas de síntesis (syngas) compuesto de hidrógeno y monóxido de carbono. El syngas se puede quemar para producir electricidad o procesarse aún más para producir combustible para vehículos. Como parte del esfuerzo de la EPA para promover formas flexibles e innovadoras de convertir los residuos en energía, la EPA finalizó una exclusión a la regulación de RCRA para los residuos peligrosos que contienen petróleo generados en una refinería de petróleo en enero de 200Esta exclusión garantiza que la gasificación de estos materiales tenga el mismo estado regulatorio (es decir, excluido) que otros residuos peligrosos que contienen petróleo reinsertados en el proceso de refinación de petróleo.
- ¿Considera la EPA que la quema para la recuperación de energía es una minimización de residuos?
La minimización de residuos, el término utilizado en el estatuto de RCRA, se define para incluir tanto la reducción en la fuente como ciertos tipos de reciclaje ambientalmente adecuados. La máxima prioridad de la EPA es lograr reducciones a través de la reducción en la fuente. Sin embargo, si esto no es posible, el reciclaje ambientalmente adecuado también es una prioridad de la Agencia.
Las actividades de reciclaje que se asemejan estrechamente a las actividades convencionales de tratamiento de residuos (como la quema para la recuperación de energía) no constituyen una minimización de residuos. Además, el tratamiento con fines de destrucción o eliminación no forma parte de la minimización de residuos, sino que es una actividad que se produce después de que se han explorado las oportunidades de minimización de residuos.
La transformación de residuos sólidos en energía (WTE, por sus siglas en inglés) es un término que se utiliza para describir diversas tecnologías que convierten residuos no reciclables en formas utilizables de energía, como calor, combustibles y electricidad. La WTE puede ocurrir a través de varios procesos, como la incineración, la gasificación, la pirólisis, la digestión anaeróbica y la recuperación de gas de vertedero.
El término WTE se utiliza comúnmente en referencia específica a la incineración, que quema residuos completamente a altas temperaturas, permitiendo la recuperación de energía. Las instalaciones de incineración modernas utilizan equipos de control de la contaminación para evitar la liberación de emisiones al medio ambiente. Actualmente, la incineración es la única tecnología de WTE económicamente viable y operativamente factible a escala comercial.
Otro ejemplo de WTE es la digestión anaeróbica, una tecnología antigua pero efectiva que convierte biológicamente los materiales orgánicos en compost y biogás para energía. Los sistemas de digestión anaeróbica tienen un gran potencial y pueden variar desde tecnologías de baja a alta, por lo que pueden atender a comunidades de todos los niveles de ingresos. Otro proceso, llamado pirólisis, puede convertir termoquímicamente los productos de desecho en combustibles líquidos limpios.
Finalmente, la recuperación de gas de vertedero se refiere al proceso de captura de los gases emitidos por los vertederos municipales y su conversión en energía. La forma más común de recolección se produce mediante la perforación de pozos horizontales o verticales en el vertedero y el uso de sopladores y aspiradoras para recoger el gas para su tratamiento.