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ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 447
Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica de la ldquofraccioacuten restordquo del ecovertedero de
Zaragoza
David Alejandro Zambrana Vaacutesquez
CIRCE ndash Centro de Investigacioacuten de Recursos y Consumos Energeacuteticos ndash Centro
Politeacutecnico Superior Universidad de Zaragoza calle Mariano Esquillor Goacutemez 15 ndash 50018
Zaragoza Espantildea
e-mail zambranaunizares
Resumen
La jerarquiacutea de gestioacuten de los residuos plantea la necesidad de tomar acciones frente al desmedido uso del vertedero como opcioacuten de tratamiento final de los Residuos Soacutelidos Urbanos (RSU) Frente a esta situacioacuten la valorizacioacuten energeacutetica se considera adecuada cuando ya se han agotado las posibilidades de reutilizacioacuten reciclado y valorizacioacuten material
La industria cementera por las condiciones especiales de su proceso se presenta como una opcioacuten interesante para la incorporacioacuten de combustibles alternativos en los hornos de produccioacuten de cliacutenker
Las praacutecticas realizadas por las plantas de la compantildeiacutea CEMEX con el uso de combustibles alternativos en otras comunidades autoacutenomas ademaacutes de las experiencias de otros paiacuteses de la Unioacuten Europea (UE) abren las puertas a seguir dichas experiencias en la comunidad autoacutenoma de Aragoacuten
El tratamiento ecoloacutegico de los residuos la disminucioacuten de materias primas el ahorro de combustibles foacutesiles la disminucioacuten de las emisiones de CO2 y sobretodo la alternativa para una gestioacuten integral de residuos acorde con el enfoque de la Ecologiacutea Industrial son parte del estudio del presente proyecto
Palabras clave residuos soacutelidos urbanos combustibles alternativos valorizacioacuten energeacutetica cemento ecologiacutea industrial
1 Introduccioacuten
Uno de los principales problemas a los que se ven enfrentadas las administraciones de los distintos paiacuteses tanto de la UE como del resto de mundo es el incremento en la generacioacuten de residuos industriales y urbanos
Las consecuencias de la intensiva explotacioacuten de recursos naturales para la generacioacuten de productos cuyo fin posterior en un muy elevado porcentaje es su
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disposicioacuten en vertedero se ven reflejadas en los impactos sobre el terreno tanto en ocupacioacuten como contaminacioacuten y la emisioacuten de gases de efecto invernadero responsables del calentamiento global
La legislacioacuten europea1 en materia de residuos establece requisitos maacutes exigentes en relacioacuten a los criterios y procedimientos en contra del depoacutesito de materiales que pueden ser reciclados y valorizados
La actual poliacutetica de residuos de la UE gira en torno al principio de ldquojerarquiacutea de residuosrdquo definida tambieacuten en la Ley 1098 de residuos que parte de la base de que la generacioacuten de residuos debe minimizarse y los generados deben reutilizarse reciclarse o valorizarse siendo el vertido la uacuteltima opcioacuten y la maacutes nociva para el medio ambiente (Figura 1)
Figura 1Figura 1Figura 1Figura 1 Jerarquiacutea de Gestioacuten de Residuos
En Espantildea la gestioacuten de residuos urbanos se caracteriza por un mayoritario uso del vertedero Seguacuten Eurostat en el periacuteodo 1995 ndash 2006 el vertido de residuos urbanos ha descendido en Espantildea un 62 Sin embargo es un valor muy inferior al de la media de los paiacuteses de la UE ndash 15 que experimentoacute un descenso del 399
1 Directiva 9931CE del Consejo de 26 de abril 1999 relativa al vertido de residuos La Unioacuten Europea
establece requisitos teacutecnicos estrictos para los residuos y los vertidos con el objeto de prevenir o reducir los efectos ambientales negativos del vertido de residuos
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Dentro de las acciones empleadas en la gestioacuten de residuos urbanos en Espantildea aproximadamente tan solo el 6 del total de los residuos municipales producidos son valorizados energeacuteticamente e incinerados En la Figura 2 es posible hacer una comparacioacuten de la situacioacuten espantildeola frente a otros paiacuteses de la UE en la gestioacuten de Residuos Soacutelidos Urbanos (RSU)
Figura 2Figura 2Figura 2Figura 2 Tratamiento de residuos soacutelidos urbanos en la UE en 2006 [13]
En la figura anterior se observa que paiacuteses como Holanda Dinamarca Beacutelgica y Alemania cuyos porcentajes de vertido de residuos son muy bajos frente a los demaacutes paiacuteses de la UE orientan sus acciones de gestioacuten de residuos hacia opciones de tratamiento como la valorizacioacuten energeacutetica compostaje reciclaje y otras Cabe sentildealar que dichos paiacuteses presentan ademaacutes las mayores tasas de reciclaje por cuanto la valorizacioacuten energeacutetica no es una opcioacuten excluyente a sus predecesoras en la jerarquiacutea de gestioacuten de residuos
Actualmente los combustibles alternativos obtenidos del tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos han sido experimentados en la co-combustioacuten tal es el caso de los hornos de cemento De este modo la industria cementera se convierte en una opcioacuten interesante para la gestioacuten de RSU
El presente artiacuteculo se enfoca en el estudio de viabilidad teacutecnica medio ambiental y normativa de valorizacioacuten energeacutetica de la ldquofraccioacuten restordquo resultante del tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos depositados en el Ecovertedero de Zaragoza Se tienen en cuenta experiencias realizadas en otros paiacuteses de la UE y en diferentes comunidades autoacutenomas de Espantildea Ademaacutes se plantean alternativas de tratamiento de dicha fraccioacuten orientando la investigacioacuten hacia la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
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2 Metodologiacutea
La metodologiacutea planteada para el presente estudio cuenta con tres partes principales
bull Revisioacuten bibliograacutefica acerca del estado del arte de la gestioacuten de residuos soacutelidos urbanos en los paiacuteses de la UE y Espantildea la produccioacuten de combustibles derivados de residuos y su valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker ademaacutes las ventajas y limitaciones acerca de dicho tratamiento
bull Elaboracioacuten de un diagnoacutestico de la situacioacuten actual del residuo a valorizar y su tratamiento en el Ecovertedero asiacute como el potencial de valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker
bull La elaboracioacuten de propuestas de gestioacuten del residuo orientadas a los temas tratados en los puntos anteriores y su viabilidad desde el punto de vista teacutecnico y ambiental
3 Desarrollo
31 Introduccioacuten al tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos
Se entiende por residuos soacutelidos urbanos o municipales a todos los ldquoresiduos generados en los domicilios particulares comercios oficinas y servicios asiacute como todos aquellos que no tengan la calificacioacuten de peligrosos y que por su naturaleza o composicioacuten puedan asimilarse a los producidos en los anteriores lugares o actividadesrdquo2
El tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos es un problema criacutetico en muchos paiacuteses ya que requiere un sistema integrado para ser encarado de una manera efectiva Combinaciones entre reciclado de materiales (provenientes de contenedores de recogida selectiva de plaacutestico vidrio cartoacuten y papel) tratamientos bioloacutegicos de los residuos biodegradables (digestioacuten anaeroacutebica y compostaje) y valorizacioacuten material y energeacutetica han sido estudiados y comparados frente a la disposicioacuten en vertedero
En efecto esta uacuteltima opcioacuten es la maacutes nociva para el medio ambiente Los vertederos son causantes de la contaminacioacuten del suelo y agua por lixiviados afecciones sobre la fauna y la flora impacto sobe el paisaje etc Son responsables del 3 de las emisiones de gases de efecto invernadero en Europa y cerca de l2 en Espantildea Entre los antildeos 1990 y 2005 paiacuteses como Alemania y Beacutelgica redujeron sus emisiones procedentes de vertederos de residuos soacutelidos urbanos un 71 y 69 respectivamente mientras que Espantildea incrementoacute en un 102 [6]
Como se mencionoacute anteriormente dentro de las opciones de tratamiento de los RSU maacutes ampliamente utilizadas actualmente se encuentra el tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico El tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico o MBT (por sus siglas en ingleacutes) es uno
2 Ley 101998 de 21 de Abril de Residuos (BOE nuacutem 96 de 22 de Abril de 1998)
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de los tratamientos de los residuos soacutelidos urbanos menos costosos y maacutes empleados De modo general en las plantas de tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico se separan los materiales inertes metales y la fraccioacuten orgaacutenica (para su estabilizacioacuten mediante procesos de compostaje ya sea con o sin una fase de digestioacuten) obteniendo finalmente una ldquofraccioacuten restordquo de la que puede obtenerse combustibles alternativos (CDR y CSR) que se compone principalmente de residuos de papel plaacutesticos y textiles [5] (Figura 3)
Figura 3Figura 3Figura 3Figura 3 Proceso del tratamiento Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de Residuos Soacutelidos
Urbanos [10]
En la Figura 4 se presentan los valores de rendimiento habituales de las operaciones geneacutericas empleadas dentro del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU tal es el caso de la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dichos valores de rendimiento de forma general variacutean en funcioacuten de la composicioacuten de los RSU de la infraestructura de recoleccioacuten de dichos residuos (selectiva o no) y de la tecnologiacutea de las operaciones de tratamiento clasificacioacuten y separacioacuten
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RSU
en masa
100
RECHAZO
525
MATERIA ORGAacuteNICA ldquoCOMPOSTrdquo
120
ENERGIacuteA BIOGAacuteS 20
PRODUCTOS RECICLABLES CARTOacuteN METALES PLAacuteSTICOS
BRICK60
PERDIDAS POR EVAPORACIOacuteN Y
FERMENTACIOacuteN H2O CO2275
Figura 4Figura 4Figura 4Figura 4 Esquema de los rendimientos de separacioacuten del tratamiento
Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de RSU [1]
32 La ldquofraccioacuten restordquo
A partir de las operaciones del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU (Figura 4) auacuten queda una fraccioacuten rechazo no reutilizable ni reciclable y que debido a su composicioacuten no es adecuada para tratamientos bioloacutegicos Esta porcioacuten de los residuos soacutelidos urbanos es llamada ldquofraccioacuten restordquo que procede de los siguientes rechazos [1]
bull Rechazo del triaje primario formado principalmente por residuos voluminosos (aprox 5 sentrada)
bull Rechazo de las liacuteneas de clasificacioacuten y triaje material que es embalado y constituye la principal fraccioacuten de rechazo (aprox 29 sentrada)
bull Rechazos de afino (troacutemel y mesa densimeacutetrica) procedente del biorresiduo estabilizado obtenido en el tratamiento bioloacutegico de la fraccioacuten orgaacutenica (aprox 19 sentrada)
La cantidad de esta fraccioacuten depende principalmente de las estrategias de gestioacuten y las operaciones de tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos ademaacutes de la recogida selectiva y de la concienciacioacuten ciudadana Sin embargo auacuten en los paiacuteses con mayores tasas de reciclaje la ldquofraccioacuten restordquo supera ampliamente el 25 del total de RSU producidos
A modo de ejemplo el porcentaje de rechazo en la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz es del 525 (Figura 4) En el caso especiacutefico del Ecovertedero de Zaragoza se estima una cantidad por encima del 40 [3]
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33 Combustibles alternativos CDRCSR
Ademaacutes de la Gasificacioacuten la Pirolisis y la combinacioacuten de ambos como alternativas ldquoverdesrdquo dentro de los meacutetodos teacutermicos de tratamiento de la ldquofraccioacuten restordquo de los RSU la obtencioacuten de combustibles alternativos se presenta como una opcioacuten viable para la gestioacuten de dicha fraccioacuten de rechazo Dentro de la tipologiacutea de combustibles alternativos obtenidos de la fraccioacuten resto de RSU cabe diferenciar a los Combustibles Soacutelidos Recuperados (CSR) y los Combustibles Derivados de Residuos (CDR)
Los Combustibles Soacutelidos Recuperados son combustibles soacutelidos preparados a partir de residuos no peligrosos para ser valorizados energeacuteticamente en plantas de incineracioacuten o co-incineracioacuten que cumplen la clasificacioacuten y especificaciones establecidas en la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten3
Los Combustibles Derivados de Residuos pueden ser preparados a partir de residuos peligrosos o no peligrosos pueden presentar un estado fiacutesico liacutequido o soacutelido y en cualquier caso aquellos CDR soacutelidos producidos a partir de residuos no peligrosos no estaacuten sometidos a la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten
En la actualidad en Espantildea no existe como tal una demanda de CSR producido bajo especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 sino una demanda emergente y creciente de CDR que cumpla los requisitos teacutecnicos definidos por la instalacioacuten de co-incineracioacuten de destino y los requisitos medioambientales definidos por el Oacutergano Ambiental de la Comunidad Autoacutenoma donde se ubica la instalacioacuten Hasta ahora dicha demanda emergente de CDR se centra principalmente en plantas cementeras
34 Obtencioacuten de CDRCSR a partir de RSU
Para la preparacioacuten de un CDRCSR a partir de los rechazos de las plantas de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU se requiere someterlos baacutesicamente a distintos tratamientos para adecuar y texturizar el tamantildeo de las partiacuteculas eliminar impropios de diversa naturaleza y reducir su humedad De las especificaciones que se soliciten al material de salida dependeraacute el tipo de alternativas tecnoloacutegicas a utilizar A continuacioacuten se presenta el diagrama general para la produccioacuten de CDRCSR [1]
3 CENTS 153592006 Solid recovered fuels ndash Specifications and classes European Committee for Standardization (wwwceneu)
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Residuos entrantes
iquestDimensiones adecuadas
Reduccioacuten del tamantildeo de partiacutecula
Si
No
Si
No Estabilizacioacuten de la materia orgaacutenica
iquestMateria orgaacutenica estable
Trituradora molino machacadora etc
TRATAMIENTOEQUIPOSPROCESO
Si
Tratamientos bioloacutegicos aerobios o anaerobios yo
secado
iquestResiduos con baja concentracioacuten en Cl yo
Hg
Eliminacioacuten de materiales que contienen cloro yo
mercurio
Si
No
Si
NoEliminacioacuten de metales magneacuteticos yo no
magneacuteticosiquestAusencia de metales
Seleccioacuten manual o mecaacutenica
Si
Separador de metales (magneacuteticos no magneacuteticos
etc)
iquestAusencia de otros impropios Eliminacioacuten de impropios
Si
No
Si
NoSecadoiquestResiduos con
humedad adecuada
Seleccioacuten cribado separadores automaacuteticos etc
Si
Tratamientos mecaacutenicos (centrifugado prensa etc) o teacutermicos (secado teacutermico)
Acondicionamiento
Si
NoPresentacioacuten Comercial Granel balas briquetas
pellets
CDRCSR
Figura 5Figura 5Figura 5Figura 5 Procesos y tratamientos generales para la produccioacuten de CDRCSR
[1]
Para la produccioacuten de CDRCSR se deben tener en cuenta los rendimientos propios de cada tecnologiacutea A modo de ejemplo en el caso del proyecto de una planta de produccioacuten de CDRCSR del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz se estima que es posible obtener alrededor de un 49 de CSR
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35 Valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
De acuerdo al proceso previo del material antes de su entrada al horno de cliacutenker se distinguen cuatro tipos de fabricacioacuten de cemento viacutea seca viacutea semi-seca viacutea semi-huacutemeda y viacutea huacutemeda Siendo que la fabricacioacuten de cemento por viacutea seca es la maacutes empleada en Espantildea en la Figura 6 se representa el esquema de las operaciones maacutes importantes de dicho proceso [1]
Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6 Diagrama del proceso de produccioacuten de cemento [12]
Desde el punto de vista del presente estudio se considera el horno rotativo como una etapa criacutetica en el proceso de fabricacioacuten del cemento ya que en eacutel se lleva a cabo la combustioacuten
En la Figura 7 se observa la evolucioacuten de la temperatura de los gases y el material dentro el horno de Cemento Asimismo se observan los tiempos de residencia en cada una de las etapas desde los electrofiltros hasta el enfriador Por otra parte se representan los dos puntos de alimentacioacuten de combustible tanto en la llama principal como en el pre calcinador
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Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
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Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
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En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
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Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
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bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
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horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
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(Accedido en Julio de 2009)
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[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
448 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
disposicioacuten en vertedero se ven reflejadas en los impactos sobre el terreno tanto en ocupacioacuten como contaminacioacuten y la emisioacuten de gases de efecto invernadero responsables del calentamiento global
La legislacioacuten europea1 en materia de residuos establece requisitos maacutes exigentes en relacioacuten a los criterios y procedimientos en contra del depoacutesito de materiales que pueden ser reciclados y valorizados
La actual poliacutetica de residuos de la UE gira en torno al principio de ldquojerarquiacutea de residuosrdquo definida tambieacuten en la Ley 1098 de residuos que parte de la base de que la generacioacuten de residuos debe minimizarse y los generados deben reutilizarse reciclarse o valorizarse siendo el vertido la uacuteltima opcioacuten y la maacutes nociva para el medio ambiente (Figura 1)
Figura 1Figura 1Figura 1Figura 1 Jerarquiacutea de Gestioacuten de Residuos
En Espantildea la gestioacuten de residuos urbanos se caracteriza por un mayoritario uso del vertedero Seguacuten Eurostat en el periacuteodo 1995 ndash 2006 el vertido de residuos urbanos ha descendido en Espantildea un 62 Sin embargo es un valor muy inferior al de la media de los paiacuteses de la UE ndash 15 que experimentoacute un descenso del 399
1 Directiva 9931CE del Consejo de 26 de abril 1999 relativa al vertido de residuos La Unioacuten Europea
establece requisitos teacutecnicos estrictos para los residuos y los vertidos con el objeto de prevenir o reducir los efectos ambientales negativos del vertido de residuos
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 449
Dentro de las acciones empleadas en la gestioacuten de residuos urbanos en Espantildea aproximadamente tan solo el 6 del total de los residuos municipales producidos son valorizados energeacuteticamente e incinerados En la Figura 2 es posible hacer una comparacioacuten de la situacioacuten espantildeola frente a otros paiacuteses de la UE en la gestioacuten de Residuos Soacutelidos Urbanos (RSU)
Figura 2Figura 2Figura 2Figura 2 Tratamiento de residuos soacutelidos urbanos en la UE en 2006 [13]
En la figura anterior se observa que paiacuteses como Holanda Dinamarca Beacutelgica y Alemania cuyos porcentajes de vertido de residuos son muy bajos frente a los demaacutes paiacuteses de la UE orientan sus acciones de gestioacuten de residuos hacia opciones de tratamiento como la valorizacioacuten energeacutetica compostaje reciclaje y otras Cabe sentildealar que dichos paiacuteses presentan ademaacutes las mayores tasas de reciclaje por cuanto la valorizacioacuten energeacutetica no es una opcioacuten excluyente a sus predecesoras en la jerarquiacutea de gestioacuten de residuos
Actualmente los combustibles alternativos obtenidos del tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos han sido experimentados en la co-combustioacuten tal es el caso de los hornos de cemento De este modo la industria cementera se convierte en una opcioacuten interesante para la gestioacuten de RSU
El presente artiacuteculo se enfoca en el estudio de viabilidad teacutecnica medio ambiental y normativa de valorizacioacuten energeacutetica de la ldquofraccioacuten restordquo resultante del tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos depositados en el Ecovertedero de Zaragoza Se tienen en cuenta experiencias realizadas en otros paiacuteses de la UE y en diferentes comunidades autoacutenomas de Espantildea Ademaacutes se plantean alternativas de tratamiento de dicha fraccioacuten orientando la investigacioacuten hacia la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
450 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
2 Metodologiacutea
La metodologiacutea planteada para el presente estudio cuenta con tres partes principales
bull Revisioacuten bibliograacutefica acerca del estado del arte de la gestioacuten de residuos soacutelidos urbanos en los paiacuteses de la UE y Espantildea la produccioacuten de combustibles derivados de residuos y su valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker ademaacutes las ventajas y limitaciones acerca de dicho tratamiento
bull Elaboracioacuten de un diagnoacutestico de la situacioacuten actual del residuo a valorizar y su tratamiento en el Ecovertedero asiacute como el potencial de valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker
bull La elaboracioacuten de propuestas de gestioacuten del residuo orientadas a los temas tratados en los puntos anteriores y su viabilidad desde el punto de vista teacutecnico y ambiental
3 Desarrollo
31 Introduccioacuten al tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos
Se entiende por residuos soacutelidos urbanos o municipales a todos los ldquoresiduos generados en los domicilios particulares comercios oficinas y servicios asiacute como todos aquellos que no tengan la calificacioacuten de peligrosos y que por su naturaleza o composicioacuten puedan asimilarse a los producidos en los anteriores lugares o actividadesrdquo2
El tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos es un problema criacutetico en muchos paiacuteses ya que requiere un sistema integrado para ser encarado de una manera efectiva Combinaciones entre reciclado de materiales (provenientes de contenedores de recogida selectiva de plaacutestico vidrio cartoacuten y papel) tratamientos bioloacutegicos de los residuos biodegradables (digestioacuten anaeroacutebica y compostaje) y valorizacioacuten material y energeacutetica han sido estudiados y comparados frente a la disposicioacuten en vertedero
En efecto esta uacuteltima opcioacuten es la maacutes nociva para el medio ambiente Los vertederos son causantes de la contaminacioacuten del suelo y agua por lixiviados afecciones sobre la fauna y la flora impacto sobe el paisaje etc Son responsables del 3 de las emisiones de gases de efecto invernadero en Europa y cerca de l2 en Espantildea Entre los antildeos 1990 y 2005 paiacuteses como Alemania y Beacutelgica redujeron sus emisiones procedentes de vertederos de residuos soacutelidos urbanos un 71 y 69 respectivamente mientras que Espantildea incrementoacute en un 102 [6]
Como se mencionoacute anteriormente dentro de las opciones de tratamiento de los RSU maacutes ampliamente utilizadas actualmente se encuentra el tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico El tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico o MBT (por sus siglas en ingleacutes) es uno
2 Ley 101998 de 21 de Abril de Residuos (BOE nuacutem 96 de 22 de Abril de 1998)
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 451
de los tratamientos de los residuos soacutelidos urbanos menos costosos y maacutes empleados De modo general en las plantas de tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico se separan los materiales inertes metales y la fraccioacuten orgaacutenica (para su estabilizacioacuten mediante procesos de compostaje ya sea con o sin una fase de digestioacuten) obteniendo finalmente una ldquofraccioacuten restordquo de la que puede obtenerse combustibles alternativos (CDR y CSR) que se compone principalmente de residuos de papel plaacutesticos y textiles [5] (Figura 3)
Figura 3Figura 3Figura 3Figura 3 Proceso del tratamiento Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de Residuos Soacutelidos
Urbanos [10]
En la Figura 4 se presentan los valores de rendimiento habituales de las operaciones geneacutericas empleadas dentro del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU tal es el caso de la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dichos valores de rendimiento de forma general variacutean en funcioacuten de la composicioacuten de los RSU de la infraestructura de recoleccioacuten de dichos residuos (selectiva o no) y de la tecnologiacutea de las operaciones de tratamiento clasificacioacuten y separacioacuten
452 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
RSU
en masa
100
RECHAZO
525
MATERIA ORGAacuteNICA ldquoCOMPOSTrdquo
120
ENERGIacuteA BIOGAacuteS 20
PRODUCTOS RECICLABLES CARTOacuteN METALES PLAacuteSTICOS
BRICK60
PERDIDAS POR EVAPORACIOacuteN Y
FERMENTACIOacuteN H2O CO2275
Figura 4Figura 4Figura 4Figura 4 Esquema de los rendimientos de separacioacuten del tratamiento
Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de RSU [1]
32 La ldquofraccioacuten restordquo
A partir de las operaciones del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU (Figura 4) auacuten queda una fraccioacuten rechazo no reutilizable ni reciclable y que debido a su composicioacuten no es adecuada para tratamientos bioloacutegicos Esta porcioacuten de los residuos soacutelidos urbanos es llamada ldquofraccioacuten restordquo que procede de los siguientes rechazos [1]
bull Rechazo del triaje primario formado principalmente por residuos voluminosos (aprox 5 sentrada)
bull Rechazo de las liacuteneas de clasificacioacuten y triaje material que es embalado y constituye la principal fraccioacuten de rechazo (aprox 29 sentrada)
bull Rechazos de afino (troacutemel y mesa densimeacutetrica) procedente del biorresiduo estabilizado obtenido en el tratamiento bioloacutegico de la fraccioacuten orgaacutenica (aprox 19 sentrada)
La cantidad de esta fraccioacuten depende principalmente de las estrategias de gestioacuten y las operaciones de tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos ademaacutes de la recogida selectiva y de la concienciacioacuten ciudadana Sin embargo auacuten en los paiacuteses con mayores tasas de reciclaje la ldquofraccioacuten restordquo supera ampliamente el 25 del total de RSU producidos
A modo de ejemplo el porcentaje de rechazo en la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz es del 525 (Figura 4) En el caso especiacutefico del Ecovertedero de Zaragoza se estima una cantidad por encima del 40 [3]
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 453
33 Combustibles alternativos CDRCSR
Ademaacutes de la Gasificacioacuten la Pirolisis y la combinacioacuten de ambos como alternativas ldquoverdesrdquo dentro de los meacutetodos teacutermicos de tratamiento de la ldquofraccioacuten restordquo de los RSU la obtencioacuten de combustibles alternativos se presenta como una opcioacuten viable para la gestioacuten de dicha fraccioacuten de rechazo Dentro de la tipologiacutea de combustibles alternativos obtenidos de la fraccioacuten resto de RSU cabe diferenciar a los Combustibles Soacutelidos Recuperados (CSR) y los Combustibles Derivados de Residuos (CDR)
Los Combustibles Soacutelidos Recuperados son combustibles soacutelidos preparados a partir de residuos no peligrosos para ser valorizados energeacuteticamente en plantas de incineracioacuten o co-incineracioacuten que cumplen la clasificacioacuten y especificaciones establecidas en la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten3
Los Combustibles Derivados de Residuos pueden ser preparados a partir de residuos peligrosos o no peligrosos pueden presentar un estado fiacutesico liacutequido o soacutelido y en cualquier caso aquellos CDR soacutelidos producidos a partir de residuos no peligrosos no estaacuten sometidos a la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten
En la actualidad en Espantildea no existe como tal una demanda de CSR producido bajo especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 sino una demanda emergente y creciente de CDR que cumpla los requisitos teacutecnicos definidos por la instalacioacuten de co-incineracioacuten de destino y los requisitos medioambientales definidos por el Oacutergano Ambiental de la Comunidad Autoacutenoma donde se ubica la instalacioacuten Hasta ahora dicha demanda emergente de CDR se centra principalmente en plantas cementeras
34 Obtencioacuten de CDRCSR a partir de RSU
Para la preparacioacuten de un CDRCSR a partir de los rechazos de las plantas de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU se requiere someterlos baacutesicamente a distintos tratamientos para adecuar y texturizar el tamantildeo de las partiacuteculas eliminar impropios de diversa naturaleza y reducir su humedad De las especificaciones que se soliciten al material de salida dependeraacute el tipo de alternativas tecnoloacutegicas a utilizar A continuacioacuten se presenta el diagrama general para la produccioacuten de CDRCSR [1]
3 CENTS 153592006 Solid recovered fuels ndash Specifications and classes European Committee for Standardization (wwwceneu)
454 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Residuos entrantes
iquestDimensiones adecuadas
Reduccioacuten del tamantildeo de partiacutecula
Si
No
Si
No Estabilizacioacuten de la materia orgaacutenica
iquestMateria orgaacutenica estable
Trituradora molino machacadora etc
TRATAMIENTOEQUIPOSPROCESO
Si
Tratamientos bioloacutegicos aerobios o anaerobios yo
secado
iquestResiduos con baja concentracioacuten en Cl yo
Hg
Eliminacioacuten de materiales que contienen cloro yo
mercurio
Si
No
Si
NoEliminacioacuten de metales magneacuteticos yo no
magneacuteticosiquestAusencia de metales
Seleccioacuten manual o mecaacutenica
Si
Separador de metales (magneacuteticos no magneacuteticos
etc)
iquestAusencia de otros impropios Eliminacioacuten de impropios
Si
No
Si
NoSecadoiquestResiduos con
humedad adecuada
Seleccioacuten cribado separadores automaacuteticos etc
Si
Tratamientos mecaacutenicos (centrifugado prensa etc) o teacutermicos (secado teacutermico)
Acondicionamiento
Si
NoPresentacioacuten Comercial Granel balas briquetas
pellets
CDRCSR
Figura 5Figura 5Figura 5Figura 5 Procesos y tratamientos generales para la produccioacuten de CDRCSR
[1]
Para la produccioacuten de CDRCSR se deben tener en cuenta los rendimientos propios de cada tecnologiacutea A modo de ejemplo en el caso del proyecto de una planta de produccioacuten de CDRCSR del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz se estima que es posible obtener alrededor de un 49 de CSR
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35 Valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
De acuerdo al proceso previo del material antes de su entrada al horno de cliacutenker se distinguen cuatro tipos de fabricacioacuten de cemento viacutea seca viacutea semi-seca viacutea semi-huacutemeda y viacutea huacutemeda Siendo que la fabricacioacuten de cemento por viacutea seca es la maacutes empleada en Espantildea en la Figura 6 se representa el esquema de las operaciones maacutes importantes de dicho proceso [1]
Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6 Diagrama del proceso de produccioacuten de cemento [12]
Desde el punto de vista del presente estudio se considera el horno rotativo como una etapa criacutetica en el proceso de fabricacioacuten del cemento ya que en eacutel se lleva a cabo la combustioacuten
En la Figura 7 se observa la evolucioacuten de la temperatura de los gases y el material dentro el horno de Cemento Asimismo se observan los tiempos de residencia en cada una de las etapas desde los electrofiltros hasta el enfriador Por otra parte se representan los dos puntos de alimentacioacuten de combustible tanto en la llama principal como en el pre calcinador
456 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
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Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 459
Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
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Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
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[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
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[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 449
Dentro de las acciones empleadas en la gestioacuten de residuos urbanos en Espantildea aproximadamente tan solo el 6 del total de los residuos municipales producidos son valorizados energeacuteticamente e incinerados En la Figura 2 es posible hacer una comparacioacuten de la situacioacuten espantildeola frente a otros paiacuteses de la UE en la gestioacuten de Residuos Soacutelidos Urbanos (RSU)
Figura 2Figura 2Figura 2Figura 2 Tratamiento de residuos soacutelidos urbanos en la UE en 2006 [13]
En la figura anterior se observa que paiacuteses como Holanda Dinamarca Beacutelgica y Alemania cuyos porcentajes de vertido de residuos son muy bajos frente a los demaacutes paiacuteses de la UE orientan sus acciones de gestioacuten de residuos hacia opciones de tratamiento como la valorizacioacuten energeacutetica compostaje reciclaje y otras Cabe sentildealar que dichos paiacuteses presentan ademaacutes las mayores tasas de reciclaje por cuanto la valorizacioacuten energeacutetica no es una opcioacuten excluyente a sus predecesoras en la jerarquiacutea de gestioacuten de residuos
Actualmente los combustibles alternativos obtenidos del tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos han sido experimentados en la co-combustioacuten tal es el caso de los hornos de cemento De este modo la industria cementera se convierte en una opcioacuten interesante para la gestioacuten de RSU
El presente artiacuteculo se enfoca en el estudio de viabilidad teacutecnica medio ambiental y normativa de valorizacioacuten energeacutetica de la ldquofraccioacuten restordquo resultante del tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos depositados en el Ecovertedero de Zaragoza Se tienen en cuenta experiencias realizadas en otros paiacuteses de la UE y en diferentes comunidades autoacutenomas de Espantildea Ademaacutes se plantean alternativas de tratamiento de dicha fraccioacuten orientando la investigacioacuten hacia la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
450 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
2 Metodologiacutea
La metodologiacutea planteada para el presente estudio cuenta con tres partes principales
bull Revisioacuten bibliograacutefica acerca del estado del arte de la gestioacuten de residuos soacutelidos urbanos en los paiacuteses de la UE y Espantildea la produccioacuten de combustibles derivados de residuos y su valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker ademaacutes las ventajas y limitaciones acerca de dicho tratamiento
bull Elaboracioacuten de un diagnoacutestico de la situacioacuten actual del residuo a valorizar y su tratamiento en el Ecovertedero asiacute como el potencial de valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker
bull La elaboracioacuten de propuestas de gestioacuten del residuo orientadas a los temas tratados en los puntos anteriores y su viabilidad desde el punto de vista teacutecnico y ambiental
3 Desarrollo
31 Introduccioacuten al tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos
Se entiende por residuos soacutelidos urbanos o municipales a todos los ldquoresiduos generados en los domicilios particulares comercios oficinas y servicios asiacute como todos aquellos que no tengan la calificacioacuten de peligrosos y que por su naturaleza o composicioacuten puedan asimilarse a los producidos en los anteriores lugares o actividadesrdquo2
El tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos es un problema criacutetico en muchos paiacuteses ya que requiere un sistema integrado para ser encarado de una manera efectiva Combinaciones entre reciclado de materiales (provenientes de contenedores de recogida selectiva de plaacutestico vidrio cartoacuten y papel) tratamientos bioloacutegicos de los residuos biodegradables (digestioacuten anaeroacutebica y compostaje) y valorizacioacuten material y energeacutetica han sido estudiados y comparados frente a la disposicioacuten en vertedero
En efecto esta uacuteltima opcioacuten es la maacutes nociva para el medio ambiente Los vertederos son causantes de la contaminacioacuten del suelo y agua por lixiviados afecciones sobre la fauna y la flora impacto sobe el paisaje etc Son responsables del 3 de las emisiones de gases de efecto invernadero en Europa y cerca de l2 en Espantildea Entre los antildeos 1990 y 2005 paiacuteses como Alemania y Beacutelgica redujeron sus emisiones procedentes de vertederos de residuos soacutelidos urbanos un 71 y 69 respectivamente mientras que Espantildea incrementoacute en un 102 [6]
Como se mencionoacute anteriormente dentro de las opciones de tratamiento de los RSU maacutes ampliamente utilizadas actualmente se encuentra el tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico El tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico o MBT (por sus siglas en ingleacutes) es uno
2 Ley 101998 de 21 de Abril de Residuos (BOE nuacutem 96 de 22 de Abril de 1998)
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de los tratamientos de los residuos soacutelidos urbanos menos costosos y maacutes empleados De modo general en las plantas de tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico se separan los materiales inertes metales y la fraccioacuten orgaacutenica (para su estabilizacioacuten mediante procesos de compostaje ya sea con o sin una fase de digestioacuten) obteniendo finalmente una ldquofraccioacuten restordquo de la que puede obtenerse combustibles alternativos (CDR y CSR) que se compone principalmente de residuos de papel plaacutesticos y textiles [5] (Figura 3)
Figura 3Figura 3Figura 3Figura 3 Proceso del tratamiento Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de Residuos Soacutelidos
Urbanos [10]
En la Figura 4 se presentan los valores de rendimiento habituales de las operaciones geneacutericas empleadas dentro del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU tal es el caso de la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dichos valores de rendimiento de forma general variacutean en funcioacuten de la composicioacuten de los RSU de la infraestructura de recoleccioacuten de dichos residuos (selectiva o no) y de la tecnologiacutea de las operaciones de tratamiento clasificacioacuten y separacioacuten
452 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
RSU
en masa
100
RECHAZO
525
MATERIA ORGAacuteNICA ldquoCOMPOSTrdquo
120
ENERGIacuteA BIOGAacuteS 20
PRODUCTOS RECICLABLES CARTOacuteN METALES PLAacuteSTICOS
BRICK60
PERDIDAS POR EVAPORACIOacuteN Y
FERMENTACIOacuteN H2O CO2275
Figura 4Figura 4Figura 4Figura 4 Esquema de los rendimientos de separacioacuten del tratamiento
Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de RSU [1]
32 La ldquofraccioacuten restordquo
A partir de las operaciones del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU (Figura 4) auacuten queda una fraccioacuten rechazo no reutilizable ni reciclable y que debido a su composicioacuten no es adecuada para tratamientos bioloacutegicos Esta porcioacuten de los residuos soacutelidos urbanos es llamada ldquofraccioacuten restordquo que procede de los siguientes rechazos [1]
bull Rechazo del triaje primario formado principalmente por residuos voluminosos (aprox 5 sentrada)
bull Rechazo de las liacuteneas de clasificacioacuten y triaje material que es embalado y constituye la principal fraccioacuten de rechazo (aprox 29 sentrada)
bull Rechazos de afino (troacutemel y mesa densimeacutetrica) procedente del biorresiduo estabilizado obtenido en el tratamiento bioloacutegico de la fraccioacuten orgaacutenica (aprox 19 sentrada)
La cantidad de esta fraccioacuten depende principalmente de las estrategias de gestioacuten y las operaciones de tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos ademaacutes de la recogida selectiva y de la concienciacioacuten ciudadana Sin embargo auacuten en los paiacuteses con mayores tasas de reciclaje la ldquofraccioacuten restordquo supera ampliamente el 25 del total de RSU producidos
A modo de ejemplo el porcentaje de rechazo en la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz es del 525 (Figura 4) En el caso especiacutefico del Ecovertedero de Zaragoza se estima una cantidad por encima del 40 [3]
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 453
33 Combustibles alternativos CDRCSR
Ademaacutes de la Gasificacioacuten la Pirolisis y la combinacioacuten de ambos como alternativas ldquoverdesrdquo dentro de los meacutetodos teacutermicos de tratamiento de la ldquofraccioacuten restordquo de los RSU la obtencioacuten de combustibles alternativos se presenta como una opcioacuten viable para la gestioacuten de dicha fraccioacuten de rechazo Dentro de la tipologiacutea de combustibles alternativos obtenidos de la fraccioacuten resto de RSU cabe diferenciar a los Combustibles Soacutelidos Recuperados (CSR) y los Combustibles Derivados de Residuos (CDR)
Los Combustibles Soacutelidos Recuperados son combustibles soacutelidos preparados a partir de residuos no peligrosos para ser valorizados energeacuteticamente en plantas de incineracioacuten o co-incineracioacuten que cumplen la clasificacioacuten y especificaciones establecidas en la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten3
Los Combustibles Derivados de Residuos pueden ser preparados a partir de residuos peligrosos o no peligrosos pueden presentar un estado fiacutesico liacutequido o soacutelido y en cualquier caso aquellos CDR soacutelidos producidos a partir de residuos no peligrosos no estaacuten sometidos a la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten
En la actualidad en Espantildea no existe como tal una demanda de CSR producido bajo especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 sino una demanda emergente y creciente de CDR que cumpla los requisitos teacutecnicos definidos por la instalacioacuten de co-incineracioacuten de destino y los requisitos medioambientales definidos por el Oacutergano Ambiental de la Comunidad Autoacutenoma donde se ubica la instalacioacuten Hasta ahora dicha demanda emergente de CDR se centra principalmente en plantas cementeras
34 Obtencioacuten de CDRCSR a partir de RSU
Para la preparacioacuten de un CDRCSR a partir de los rechazos de las plantas de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU se requiere someterlos baacutesicamente a distintos tratamientos para adecuar y texturizar el tamantildeo de las partiacuteculas eliminar impropios de diversa naturaleza y reducir su humedad De las especificaciones que se soliciten al material de salida dependeraacute el tipo de alternativas tecnoloacutegicas a utilizar A continuacioacuten se presenta el diagrama general para la produccioacuten de CDRCSR [1]
3 CENTS 153592006 Solid recovered fuels ndash Specifications and classes European Committee for Standardization (wwwceneu)
454 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Residuos entrantes
iquestDimensiones adecuadas
Reduccioacuten del tamantildeo de partiacutecula
Si
No
Si
No Estabilizacioacuten de la materia orgaacutenica
iquestMateria orgaacutenica estable
Trituradora molino machacadora etc
TRATAMIENTOEQUIPOSPROCESO
Si
Tratamientos bioloacutegicos aerobios o anaerobios yo
secado
iquestResiduos con baja concentracioacuten en Cl yo
Hg
Eliminacioacuten de materiales que contienen cloro yo
mercurio
Si
No
Si
NoEliminacioacuten de metales magneacuteticos yo no
magneacuteticosiquestAusencia de metales
Seleccioacuten manual o mecaacutenica
Si
Separador de metales (magneacuteticos no magneacuteticos
etc)
iquestAusencia de otros impropios Eliminacioacuten de impropios
Si
No
Si
NoSecadoiquestResiduos con
humedad adecuada
Seleccioacuten cribado separadores automaacuteticos etc
Si
Tratamientos mecaacutenicos (centrifugado prensa etc) o teacutermicos (secado teacutermico)
Acondicionamiento
Si
NoPresentacioacuten Comercial Granel balas briquetas
pellets
CDRCSR
Figura 5Figura 5Figura 5Figura 5 Procesos y tratamientos generales para la produccioacuten de CDRCSR
[1]
Para la produccioacuten de CDRCSR se deben tener en cuenta los rendimientos propios de cada tecnologiacutea A modo de ejemplo en el caso del proyecto de una planta de produccioacuten de CDRCSR del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz se estima que es posible obtener alrededor de un 49 de CSR
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35 Valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
De acuerdo al proceso previo del material antes de su entrada al horno de cliacutenker se distinguen cuatro tipos de fabricacioacuten de cemento viacutea seca viacutea semi-seca viacutea semi-huacutemeda y viacutea huacutemeda Siendo que la fabricacioacuten de cemento por viacutea seca es la maacutes empleada en Espantildea en la Figura 6 se representa el esquema de las operaciones maacutes importantes de dicho proceso [1]
Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6 Diagrama del proceso de produccioacuten de cemento [12]
Desde el punto de vista del presente estudio se considera el horno rotativo como una etapa criacutetica en el proceso de fabricacioacuten del cemento ya que en eacutel se lleva a cabo la combustioacuten
En la Figura 7 se observa la evolucioacuten de la temperatura de los gases y el material dentro el horno de Cemento Asimismo se observan los tiempos de residencia en cada una de las etapas desde los electrofiltros hasta el enfriador Por otra parte se representan los dos puntos de alimentacioacuten de combustible tanto en la llama principal como en el pre calcinador
456 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
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Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
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Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
450 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
2 Metodologiacutea
La metodologiacutea planteada para el presente estudio cuenta con tres partes principales
bull Revisioacuten bibliograacutefica acerca del estado del arte de la gestioacuten de residuos soacutelidos urbanos en los paiacuteses de la UE y Espantildea la produccioacuten de combustibles derivados de residuos y su valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker ademaacutes las ventajas y limitaciones acerca de dicho tratamiento
bull Elaboracioacuten de un diagnoacutestico de la situacioacuten actual del residuo a valorizar y su tratamiento en el Ecovertedero asiacute como el potencial de valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker
bull La elaboracioacuten de propuestas de gestioacuten del residuo orientadas a los temas tratados en los puntos anteriores y su viabilidad desde el punto de vista teacutecnico y ambiental
3 Desarrollo
31 Introduccioacuten al tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos
Se entiende por residuos soacutelidos urbanos o municipales a todos los ldquoresiduos generados en los domicilios particulares comercios oficinas y servicios asiacute como todos aquellos que no tengan la calificacioacuten de peligrosos y que por su naturaleza o composicioacuten puedan asimilarse a los producidos en los anteriores lugares o actividadesrdquo2
El tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos es un problema criacutetico en muchos paiacuteses ya que requiere un sistema integrado para ser encarado de una manera efectiva Combinaciones entre reciclado de materiales (provenientes de contenedores de recogida selectiva de plaacutestico vidrio cartoacuten y papel) tratamientos bioloacutegicos de los residuos biodegradables (digestioacuten anaeroacutebica y compostaje) y valorizacioacuten material y energeacutetica han sido estudiados y comparados frente a la disposicioacuten en vertedero
En efecto esta uacuteltima opcioacuten es la maacutes nociva para el medio ambiente Los vertederos son causantes de la contaminacioacuten del suelo y agua por lixiviados afecciones sobre la fauna y la flora impacto sobe el paisaje etc Son responsables del 3 de las emisiones de gases de efecto invernadero en Europa y cerca de l2 en Espantildea Entre los antildeos 1990 y 2005 paiacuteses como Alemania y Beacutelgica redujeron sus emisiones procedentes de vertederos de residuos soacutelidos urbanos un 71 y 69 respectivamente mientras que Espantildea incrementoacute en un 102 [6]
Como se mencionoacute anteriormente dentro de las opciones de tratamiento de los RSU maacutes ampliamente utilizadas actualmente se encuentra el tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico El tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico o MBT (por sus siglas en ingleacutes) es uno
2 Ley 101998 de 21 de Abril de Residuos (BOE nuacutem 96 de 22 de Abril de 1998)
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de los tratamientos de los residuos soacutelidos urbanos menos costosos y maacutes empleados De modo general en las plantas de tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico se separan los materiales inertes metales y la fraccioacuten orgaacutenica (para su estabilizacioacuten mediante procesos de compostaje ya sea con o sin una fase de digestioacuten) obteniendo finalmente una ldquofraccioacuten restordquo de la que puede obtenerse combustibles alternativos (CDR y CSR) que se compone principalmente de residuos de papel plaacutesticos y textiles [5] (Figura 3)
Figura 3Figura 3Figura 3Figura 3 Proceso del tratamiento Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de Residuos Soacutelidos
Urbanos [10]
En la Figura 4 se presentan los valores de rendimiento habituales de las operaciones geneacutericas empleadas dentro del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU tal es el caso de la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dichos valores de rendimiento de forma general variacutean en funcioacuten de la composicioacuten de los RSU de la infraestructura de recoleccioacuten de dichos residuos (selectiva o no) y de la tecnologiacutea de las operaciones de tratamiento clasificacioacuten y separacioacuten
452 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
RSU
en masa
100
RECHAZO
525
MATERIA ORGAacuteNICA ldquoCOMPOSTrdquo
120
ENERGIacuteA BIOGAacuteS 20
PRODUCTOS RECICLABLES CARTOacuteN METALES PLAacuteSTICOS
BRICK60
PERDIDAS POR EVAPORACIOacuteN Y
FERMENTACIOacuteN H2O CO2275
Figura 4Figura 4Figura 4Figura 4 Esquema de los rendimientos de separacioacuten del tratamiento
Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de RSU [1]
32 La ldquofraccioacuten restordquo
A partir de las operaciones del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU (Figura 4) auacuten queda una fraccioacuten rechazo no reutilizable ni reciclable y que debido a su composicioacuten no es adecuada para tratamientos bioloacutegicos Esta porcioacuten de los residuos soacutelidos urbanos es llamada ldquofraccioacuten restordquo que procede de los siguientes rechazos [1]
bull Rechazo del triaje primario formado principalmente por residuos voluminosos (aprox 5 sentrada)
bull Rechazo de las liacuteneas de clasificacioacuten y triaje material que es embalado y constituye la principal fraccioacuten de rechazo (aprox 29 sentrada)
bull Rechazos de afino (troacutemel y mesa densimeacutetrica) procedente del biorresiduo estabilizado obtenido en el tratamiento bioloacutegico de la fraccioacuten orgaacutenica (aprox 19 sentrada)
La cantidad de esta fraccioacuten depende principalmente de las estrategias de gestioacuten y las operaciones de tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos ademaacutes de la recogida selectiva y de la concienciacioacuten ciudadana Sin embargo auacuten en los paiacuteses con mayores tasas de reciclaje la ldquofraccioacuten restordquo supera ampliamente el 25 del total de RSU producidos
A modo de ejemplo el porcentaje de rechazo en la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz es del 525 (Figura 4) En el caso especiacutefico del Ecovertedero de Zaragoza se estima una cantidad por encima del 40 [3]
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 453
33 Combustibles alternativos CDRCSR
Ademaacutes de la Gasificacioacuten la Pirolisis y la combinacioacuten de ambos como alternativas ldquoverdesrdquo dentro de los meacutetodos teacutermicos de tratamiento de la ldquofraccioacuten restordquo de los RSU la obtencioacuten de combustibles alternativos se presenta como una opcioacuten viable para la gestioacuten de dicha fraccioacuten de rechazo Dentro de la tipologiacutea de combustibles alternativos obtenidos de la fraccioacuten resto de RSU cabe diferenciar a los Combustibles Soacutelidos Recuperados (CSR) y los Combustibles Derivados de Residuos (CDR)
Los Combustibles Soacutelidos Recuperados son combustibles soacutelidos preparados a partir de residuos no peligrosos para ser valorizados energeacuteticamente en plantas de incineracioacuten o co-incineracioacuten que cumplen la clasificacioacuten y especificaciones establecidas en la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten3
Los Combustibles Derivados de Residuos pueden ser preparados a partir de residuos peligrosos o no peligrosos pueden presentar un estado fiacutesico liacutequido o soacutelido y en cualquier caso aquellos CDR soacutelidos producidos a partir de residuos no peligrosos no estaacuten sometidos a la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten
En la actualidad en Espantildea no existe como tal una demanda de CSR producido bajo especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 sino una demanda emergente y creciente de CDR que cumpla los requisitos teacutecnicos definidos por la instalacioacuten de co-incineracioacuten de destino y los requisitos medioambientales definidos por el Oacutergano Ambiental de la Comunidad Autoacutenoma donde se ubica la instalacioacuten Hasta ahora dicha demanda emergente de CDR se centra principalmente en plantas cementeras
34 Obtencioacuten de CDRCSR a partir de RSU
Para la preparacioacuten de un CDRCSR a partir de los rechazos de las plantas de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU se requiere someterlos baacutesicamente a distintos tratamientos para adecuar y texturizar el tamantildeo de las partiacuteculas eliminar impropios de diversa naturaleza y reducir su humedad De las especificaciones que se soliciten al material de salida dependeraacute el tipo de alternativas tecnoloacutegicas a utilizar A continuacioacuten se presenta el diagrama general para la produccioacuten de CDRCSR [1]
3 CENTS 153592006 Solid recovered fuels ndash Specifications and classes European Committee for Standardization (wwwceneu)
454 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Residuos entrantes
iquestDimensiones adecuadas
Reduccioacuten del tamantildeo de partiacutecula
Si
No
Si
No Estabilizacioacuten de la materia orgaacutenica
iquestMateria orgaacutenica estable
Trituradora molino machacadora etc
TRATAMIENTOEQUIPOSPROCESO
Si
Tratamientos bioloacutegicos aerobios o anaerobios yo
secado
iquestResiduos con baja concentracioacuten en Cl yo
Hg
Eliminacioacuten de materiales que contienen cloro yo
mercurio
Si
No
Si
NoEliminacioacuten de metales magneacuteticos yo no
magneacuteticosiquestAusencia de metales
Seleccioacuten manual o mecaacutenica
Si
Separador de metales (magneacuteticos no magneacuteticos
etc)
iquestAusencia de otros impropios Eliminacioacuten de impropios
Si
No
Si
NoSecadoiquestResiduos con
humedad adecuada
Seleccioacuten cribado separadores automaacuteticos etc
Si
Tratamientos mecaacutenicos (centrifugado prensa etc) o teacutermicos (secado teacutermico)
Acondicionamiento
Si
NoPresentacioacuten Comercial Granel balas briquetas
pellets
CDRCSR
Figura 5Figura 5Figura 5Figura 5 Procesos y tratamientos generales para la produccioacuten de CDRCSR
[1]
Para la produccioacuten de CDRCSR se deben tener en cuenta los rendimientos propios de cada tecnologiacutea A modo de ejemplo en el caso del proyecto de una planta de produccioacuten de CDRCSR del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz se estima que es posible obtener alrededor de un 49 de CSR
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35 Valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
De acuerdo al proceso previo del material antes de su entrada al horno de cliacutenker se distinguen cuatro tipos de fabricacioacuten de cemento viacutea seca viacutea semi-seca viacutea semi-huacutemeda y viacutea huacutemeda Siendo que la fabricacioacuten de cemento por viacutea seca es la maacutes empleada en Espantildea en la Figura 6 se representa el esquema de las operaciones maacutes importantes de dicho proceso [1]
Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6 Diagrama del proceso de produccioacuten de cemento [12]
Desde el punto de vista del presente estudio se considera el horno rotativo como una etapa criacutetica en el proceso de fabricacioacuten del cemento ya que en eacutel se lleva a cabo la combustioacuten
En la Figura 7 se observa la evolucioacuten de la temperatura de los gases y el material dentro el horno de Cemento Asimismo se observan los tiempos de residencia en cada una de las etapas desde los electrofiltros hasta el enfriador Por otra parte se representan los dos puntos de alimentacioacuten de combustible tanto en la llama principal como en el pre calcinador
456 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
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Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 459
Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
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Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 451
de los tratamientos de los residuos soacutelidos urbanos menos costosos y maacutes empleados De modo general en las plantas de tratamiento mecaacutenico - bioloacutegico se separan los materiales inertes metales y la fraccioacuten orgaacutenica (para su estabilizacioacuten mediante procesos de compostaje ya sea con o sin una fase de digestioacuten) obteniendo finalmente una ldquofraccioacuten restordquo de la que puede obtenerse combustibles alternativos (CDR y CSR) que se compone principalmente de residuos de papel plaacutesticos y textiles [5] (Figura 3)
Figura 3Figura 3Figura 3Figura 3 Proceso del tratamiento Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de Residuos Soacutelidos
Urbanos [10]
En la Figura 4 se presentan los valores de rendimiento habituales de las operaciones geneacutericas empleadas dentro del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU tal es el caso de la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dichos valores de rendimiento de forma general variacutean en funcioacuten de la composicioacuten de los RSU de la infraestructura de recoleccioacuten de dichos residuos (selectiva o no) y de la tecnologiacutea de las operaciones de tratamiento clasificacioacuten y separacioacuten
452 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
RSU
en masa
100
RECHAZO
525
MATERIA ORGAacuteNICA ldquoCOMPOSTrdquo
120
ENERGIacuteA BIOGAacuteS 20
PRODUCTOS RECICLABLES CARTOacuteN METALES PLAacuteSTICOS
BRICK60
PERDIDAS POR EVAPORACIOacuteN Y
FERMENTACIOacuteN H2O CO2275
Figura 4Figura 4Figura 4Figura 4 Esquema de los rendimientos de separacioacuten del tratamiento
Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de RSU [1]
32 La ldquofraccioacuten restordquo
A partir de las operaciones del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU (Figura 4) auacuten queda una fraccioacuten rechazo no reutilizable ni reciclable y que debido a su composicioacuten no es adecuada para tratamientos bioloacutegicos Esta porcioacuten de los residuos soacutelidos urbanos es llamada ldquofraccioacuten restordquo que procede de los siguientes rechazos [1]
bull Rechazo del triaje primario formado principalmente por residuos voluminosos (aprox 5 sentrada)
bull Rechazo de las liacuteneas de clasificacioacuten y triaje material que es embalado y constituye la principal fraccioacuten de rechazo (aprox 29 sentrada)
bull Rechazos de afino (troacutemel y mesa densimeacutetrica) procedente del biorresiduo estabilizado obtenido en el tratamiento bioloacutegico de la fraccioacuten orgaacutenica (aprox 19 sentrada)
La cantidad de esta fraccioacuten depende principalmente de las estrategias de gestioacuten y las operaciones de tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos ademaacutes de la recogida selectiva y de la concienciacioacuten ciudadana Sin embargo auacuten en los paiacuteses con mayores tasas de reciclaje la ldquofraccioacuten restordquo supera ampliamente el 25 del total de RSU producidos
A modo de ejemplo el porcentaje de rechazo en la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz es del 525 (Figura 4) En el caso especiacutefico del Ecovertedero de Zaragoza se estima una cantidad por encima del 40 [3]
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 453
33 Combustibles alternativos CDRCSR
Ademaacutes de la Gasificacioacuten la Pirolisis y la combinacioacuten de ambos como alternativas ldquoverdesrdquo dentro de los meacutetodos teacutermicos de tratamiento de la ldquofraccioacuten restordquo de los RSU la obtencioacuten de combustibles alternativos se presenta como una opcioacuten viable para la gestioacuten de dicha fraccioacuten de rechazo Dentro de la tipologiacutea de combustibles alternativos obtenidos de la fraccioacuten resto de RSU cabe diferenciar a los Combustibles Soacutelidos Recuperados (CSR) y los Combustibles Derivados de Residuos (CDR)
Los Combustibles Soacutelidos Recuperados son combustibles soacutelidos preparados a partir de residuos no peligrosos para ser valorizados energeacuteticamente en plantas de incineracioacuten o co-incineracioacuten que cumplen la clasificacioacuten y especificaciones establecidas en la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten3
Los Combustibles Derivados de Residuos pueden ser preparados a partir de residuos peligrosos o no peligrosos pueden presentar un estado fiacutesico liacutequido o soacutelido y en cualquier caso aquellos CDR soacutelidos producidos a partir de residuos no peligrosos no estaacuten sometidos a la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten
En la actualidad en Espantildea no existe como tal una demanda de CSR producido bajo especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 sino una demanda emergente y creciente de CDR que cumpla los requisitos teacutecnicos definidos por la instalacioacuten de co-incineracioacuten de destino y los requisitos medioambientales definidos por el Oacutergano Ambiental de la Comunidad Autoacutenoma donde se ubica la instalacioacuten Hasta ahora dicha demanda emergente de CDR se centra principalmente en plantas cementeras
34 Obtencioacuten de CDRCSR a partir de RSU
Para la preparacioacuten de un CDRCSR a partir de los rechazos de las plantas de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU se requiere someterlos baacutesicamente a distintos tratamientos para adecuar y texturizar el tamantildeo de las partiacuteculas eliminar impropios de diversa naturaleza y reducir su humedad De las especificaciones que se soliciten al material de salida dependeraacute el tipo de alternativas tecnoloacutegicas a utilizar A continuacioacuten se presenta el diagrama general para la produccioacuten de CDRCSR [1]
3 CENTS 153592006 Solid recovered fuels ndash Specifications and classes European Committee for Standardization (wwwceneu)
454 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Residuos entrantes
iquestDimensiones adecuadas
Reduccioacuten del tamantildeo de partiacutecula
Si
No
Si
No Estabilizacioacuten de la materia orgaacutenica
iquestMateria orgaacutenica estable
Trituradora molino machacadora etc
TRATAMIENTOEQUIPOSPROCESO
Si
Tratamientos bioloacutegicos aerobios o anaerobios yo
secado
iquestResiduos con baja concentracioacuten en Cl yo
Hg
Eliminacioacuten de materiales que contienen cloro yo
mercurio
Si
No
Si
NoEliminacioacuten de metales magneacuteticos yo no
magneacuteticosiquestAusencia de metales
Seleccioacuten manual o mecaacutenica
Si
Separador de metales (magneacuteticos no magneacuteticos
etc)
iquestAusencia de otros impropios Eliminacioacuten de impropios
Si
No
Si
NoSecadoiquestResiduos con
humedad adecuada
Seleccioacuten cribado separadores automaacuteticos etc
Si
Tratamientos mecaacutenicos (centrifugado prensa etc) o teacutermicos (secado teacutermico)
Acondicionamiento
Si
NoPresentacioacuten Comercial Granel balas briquetas
pellets
CDRCSR
Figura 5Figura 5Figura 5Figura 5 Procesos y tratamientos generales para la produccioacuten de CDRCSR
[1]
Para la produccioacuten de CDRCSR se deben tener en cuenta los rendimientos propios de cada tecnologiacutea A modo de ejemplo en el caso del proyecto de una planta de produccioacuten de CDRCSR del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz se estima que es posible obtener alrededor de un 49 de CSR
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 455
35 Valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
De acuerdo al proceso previo del material antes de su entrada al horno de cliacutenker se distinguen cuatro tipos de fabricacioacuten de cemento viacutea seca viacutea semi-seca viacutea semi-huacutemeda y viacutea huacutemeda Siendo que la fabricacioacuten de cemento por viacutea seca es la maacutes empleada en Espantildea en la Figura 6 se representa el esquema de las operaciones maacutes importantes de dicho proceso [1]
Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6 Diagrama del proceso de produccioacuten de cemento [12]
Desde el punto de vista del presente estudio se considera el horno rotativo como una etapa criacutetica en el proceso de fabricacioacuten del cemento ya que en eacutel se lleva a cabo la combustioacuten
En la Figura 7 se observa la evolucioacuten de la temperatura de los gases y el material dentro el horno de Cemento Asimismo se observan los tiempos de residencia en cada una de las etapas desde los electrofiltros hasta el enfriador Por otra parte se representan los dos puntos de alimentacioacuten de combustible tanto en la llama principal como en el pre calcinador
456 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
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Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
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Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
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horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
452 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
RSU
en masa
100
RECHAZO
525
MATERIA ORGAacuteNICA ldquoCOMPOSTrdquo
120
ENERGIacuteA BIOGAacuteS 20
PRODUCTOS RECICLABLES CARTOacuteN METALES PLAacuteSTICOS
BRICK60
PERDIDAS POR EVAPORACIOacuteN Y
FERMENTACIOacuteN H2O CO2275
Figura 4Figura 4Figura 4Figura 4 Esquema de los rendimientos de separacioacuten del tratamiento
Mecaacutenico ndash Bioloacutegico de RSU [1]
32 La ldquofraccioacuten restordquo
A partir de las operaciones del tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU (Figura 4) auacuten queda una fraccioacuten rechazo no reutilizable ni reciclable y que debido a su composicioacuten no es adecuada para tratamientos bioloacutegicos Esta porcioacuten de los residuos soacutelidos urbanos es llamada ldquofraccioacuten restordquo que procede de los siguientes rechazos [1]
bull Rechazo del triaje primario formado principalmente por residuos voluminosos (aprox 5 sentrada)
bull Rechazo de las liacuteneas de clasificacioacuten y triaje material que es embalado y constituye la principal fraccioacuten de rechazo (aprox 29 sentrada)
bull Rechazos de afino (troacutemel y mesa densimeacutetrica) procedente del biorresiduo estabilizado obtenido en el tratamiento bioloacutegico de la fraccioacuten orgaacutenica (aprox 19 sentrada)
La cantidad de esta fraccioacuten depende principalmente de las estrategias de gestioacuten y las operaciones de tratamiento de los residuos soacutelidos urbanos ademaacutes de la recogida selectiva y de la concienciacioacuten ciudadana Sin embargo auacuten en los paiacuteses con mayores tasas de reciclaje la ldquofraccioacuten restordquo supera ampliamente el 25 del total de RSU producidos
A modo de ejemplo el porcentaje de rechazo en la planta de tratamiento del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz es del 525 (Figura 4) En el caso especiacutefico del Ecovertedero de Zaragoza se estima una cantidad por encima del 40 [3]
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 453
33 Combustibles alternativos CDRCSR
Ademaacutes de la Gasificacioacuten la Pirolisis y la combinacioacuten de ambos como alternativas ldquoverdesrdquo dentro de los meacutetodos teacutermicos de tratamiento de la ldquofraccioacuten restordquo de los RSU la obtencioacuten de combustibles alternativos se presenta como una opcioacuten viable para la gestioacuten de dicha fraccioacuten de rechazo Dentro de la tipologiacutea de combustibles alternativos obtenidos de la fraccioacuten resto de RSU cabe diferenciar a los Combustibles Soacutelidos Recuperados (CSR) y los Combustibles Derivados de Residuos (CDR)
Los Combustibles Soacutelidos Recuperados son combustibles soacutelidos preparados a partir de residuos no peligrosos para ser valorizados energeacuteticamente en plantas de incineracioacuten o co-incineracioacuten que cumplen la clasificacioacuten y especificaciones establecidas en la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten3
Los Combustibles Derivados de Residuos pueden ser preparados a partir de residuos peligrosos o no peligrosos pueden presentar un estado fiacutesico liacutequido o soacutelido y en cualquier caso aquellos CDR soacutelidos producidos a partir de residuos no peligrosos no estaacuten sometidos a la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten
En la actualidad en Espantildea no existe como tal una demanda de CSR producido bajo especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 sino una demanda emergente y creciente de CDR que cumpla los requisitos teacutecnicos definidos por la instalacioacuten de co-incineracioacuten de destino y los requisitos medioambientales definidos por el Oacutergano Ambiental de la Comunidad Autoacutenoma donde se ubica la instalacioacuten Hasta ahora dicha demanda emergente de CDR se centra principalmente en plantas cementeras
34 Obtencioacuten de CDRCSR a partir de RSU
Para la preparacioacuten de un CDRCSR a partir de los rechazos de las plantas de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU se requiere someterlos baacutesicamente a distintos tratamientos para adecuar y texturizar el tamantildeo de las partiacuteculas eliminar impropios de diversa naturaleza y reducir su humedad De las especificaciones que se soliciten al material de salida dependeraacute el tipo de alternativas tecnoloacutegicas a utilizar A continuacioacuten se presenta el diagrama general para la produccioacuten de CDRCSR [1]
3 CENTS 153592006 Solid recovered fuels ndash Specifications and classes European Committee for Standardization (wwwceneu)
454 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Residuos entrantes
iquestDimensiones adecuadas
Reduccioacuten del tamantildeo de partiacutecula
Si
No
Si
No Estabilizacioacuten de la materia orgaacutenica
iquestMateria orgaacutenica estable
Trituradora molino machacadora etc
TRATAMIENTOEQUIPOSPROCESO
Si
Tratamientos bioloacutegicos aerobios o anaerobios yo
secado
iquestResiduos con baja concentracioacuten en Cl yo
Hg
Eliminacioacuten de materiales que contienen cloro yo
mercurio
Si
No
Si
NoEliminacioacuten de metales magneacuteticos yo no
magneacuteticosiquestAusencia de metales
Seleccioacuten manual o mecaacutenica
Si
Separador de metales (magneacuteticos no magneacuteticos
etc)
iquestAusencia de otros impropios Eliminacioacuten de impropios
Si
No
Si
NoSecadoiquestResiduos con
humedad adecuada
Seleccioacuten cribado separadores automaacuteticos etc
Si
Tratamientos mecaacutenicos (centrifugado prensa etc) o teacutermicos (secado teacutermico)
Acondicionamiento
Si
NoPresentacioacuten Comercial Granel balas briquetas
pellets
CDRCSR
Figura 5Figura 5Figura 5Figura 5 Procesos y tratamientos generales para la produccioacuten de CDRCSR
[1]
Para la produccioacuten de CDRCSR se deben tener en cuenta los rendimientos propios de cada tecnologiacutea A modo de ejemplo en el caso del proyecto de una planta de produccioacuten de CDRCSR del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz se estima que es posible obtener alrededor de un 49 de CSR
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 455
35 Valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
De acuerdo al proceso previo del material antes de su entrada al horno de cliacutenker se distinguen cuatro tipos de fabricacioacuten de cemento viacutea seca viacutea semi-seca viacutea semi-huacutemeda y viacutea huacutemeda Siendo que la fabricacioacuten de cemento por viacutea seca es la maacutes empleada en Espantildea en la Figura 6 se representa el esquema de las operaciones maacutes importantes de dicho proceso [1]
Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6 Diagrama del proceso de produccioacuten de cemento [12]
Desde el punto de vista del presente estudio se considera el horno rotativo como una etapa criacutetica en el proceso de fabricacioacuten del cemento ya que en eacutel se lleva a cabo la combustioacuten
En la Figura 7 se observa la evolucioacuten de la temperatura de los gases y el material dentro el horno de Cemento Asimismo se observan los tiempos de residencia en cada una de las etapas desde los electrofiltros hasta el enfriador Por otra parte se representan los dos puntos de alimentacioacuten de combustible tanto en la llama principal como en el pre calcinador
456 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 457
Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 459
Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
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4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
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Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 453
33 Combustibles alternativos CDRCSR
Ademaacutes de la Gasificacioacuten la Pirolisis y la combinacioacuten de ambos como alternativas ldquoverdesrdquo dentro de los meacutetodos teacutermicos de tratamiento de la ldquofraccioacuten restordquo de los RSU la obtencioacuten de combustibles alternativos se presenta como una opcioacuten viable para la gestioacuten de dicha fraccioacuten de rechazo Dentro de la tipologiacutea de combustibles alternativos obtenidos de la fraccioacuten resto de RSU cabe diferenciar a los Combustibles Soacutelidos Recuperados (CSR) y los Combustibles Derivados de Residuos (CDR)
Los Combustibles Soacutelidos Recuperados son combustibles soacutelidos preparados a partir de residuos no peligrosos para ser valorizados energeacuteticamente en plantas de incineracioacuten o co-incineracioacuten que cumplen la clasificacioacuten y especificaciones establecidas en la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten3
Los Combustibles Derivados de Residuos pueden ser preparados a partir de residuos peligrosos o no peligrosos pueden presentar un estado fiacutesico liacutequido o soacutelido y en cualquier caso aquellos CDR soacutelidos producidos a partir de residuos no peligrosos no estaacuten sometidos a la especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 del Comiteacute Europeo de Normalizacioacuten
En la actualidad en Espantildea no existe como tal una demanda de CSR producido bajo especificacioacuten teacutecnica CENTS 15359 sino una demanda emergente y creciente de CDR que cumpla los requisitos teacutecnicos definidos por la instalacioacuten de co-incineracioacuten de destino y los requisitos medioambientales definidos por el Oacutergano Ambiental de la Comunidad Autoacutenoma donde se ubica la instalacioacuten Hasta ahora dicha demanda emergente de CDR se centra principalmente en plantas cementeras
34 Obtencioacuten de CDRCSR a partir de RSU
Para la preparacioacuten de un CDRCSR a partir de los rechazos de las plantas de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU se requiere someterlos baacutesicamente a distintos tratamientos para adecuar y texturizar el tamantildeo de las partiacuteculas eliminar impropios de diversa naturaleza y reducir su humedad De las especificaciones que se soliciten al material de salida dependeraacute el tipo de alternativas tecnoloacutegicas a utilizar A continuacioacuten se presenta el diagrama general para la produccioacuten de CDRCSR [1]
3 CENTS 153592006 Solid recovered fuels ndash Specifications and classes European Committee for Standardization (wwwceneu)
454 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Residuos entrantes
iquestDimensiones adecuadas
Reduccioacuten del tamantildeo de partiacutecula
Si
No
Si
No Estabilizacioacuten de la materia orgaacutenica
iquestMateria orgaacutenica estable
Trituradora molino machacadora etc
TRATAMIENTOEQUIPOSPROCESO
Si
Tratamientos bioloacutegicos aerobios o anaerobios yo
secado
iquestResiduos con baja concentracioacuten en Cl yo
Hg
Eliminacioacuten de materiales que contienen cloro yo
mercurio
Si
No
Si
NoEliminacioacuten de metales magneacuteticos yo no
magneacuteticosiquestAusencia de metales
Seleccioacuten manual o mecaacutenica
Si
Separador de metales (magneacuteticos no magneacuteticos
etc)
iquestAusencia de otros impropios Eliminacioacuten de impropios
Si
No
Si
NoSecadoiquestResiduos con
humedad adecuada
Seleccioacuten cribado separadores automaacuteticos etc
Si
Tratamientos mecaacutenicos (centrifugado prensa etc) o teacutermicos (secado teacutermico)
Acondicionamiento
Si
NoPresentacioacuten Comercial Granel balas briquetas
pellets
CDRCSR
Figura 5Figura 5Figura 5Figura 5 Procesos y tratamientos generales para la produccioacuten de CDRCSR
[1]
Para la produccioacuten de CDRCSR se deben tener en cuenta los rendimientos propios de cada tecnologiacutea A modo de ejemplo en el caso del proyecto de una planta de produccioacuten de CDRCSR del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz se estima que es posible obtener alrededor de un 49 de CSR
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 455
35 Valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
De acuerdo al proceso previo del material antes de su entrada al horno de cliacutenker se distinguen cuatro tipos de fabricacioacuten de cemento viacutea seca viacutea semi-seca viacutea semi-huacutemeda y viacutea huacutemeda Siendo que la fabricacioacuten de cemento por viacutea seca es la maacutes empleada en Espantildea en la Figura 6 se representa el esquema de las operaciones maacutes importantes de dicho proceso [1]
Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6 Diagrama del proceso de produccioacuten de cemento [12]
Desde el punto de vista del presente estudio se considera el horno rotativo como una etapa criacutetica en el proceso de fabricacioacuten del cemento ya que en eacutel se lleva a cabo la combustioacuten
En la Figura 7 se observa la evolucioacuten de la temperatura de los gases y el material dentro el horno de Cemento Asimismo se observan los tiempos de residencia en cada una de las etapas desde los electrofiltros hasta el enfriador Por otra parte se representan los dos puntos de alimentacioacuten de combustible tanto en la llama principal como en el pre calcinador
456 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 457
Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 459
Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
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[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
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[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
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[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
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[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
454 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Residuos entrantes
iquestDimensiones adecuadas
Reduccioacuten del tamantildeo de partiacutecula
Si
No
Si
No Estabilizacioacuten de la materia orgaacutenica
iquestMateria orgaacutenica estable
Trituradora molino machacadora etc
TRATAMIENTOEQUIPOSPROCESO
Si
Tratamientos bioloacutegicos aerobios o anaerobios yo
secado
iquestResiduos con baja concentracioacuten en Cl yo
Hg
Eliminacioacuten de materiales que contienen cloro yo
mercurio
Si
No
Si
NoEliminacioacuten de metales magneacuteticos yo no
magneacuteticosiquestAusencia de metales
Seleccioacuten manual o mecaacutenica
Si
Separador de metales (magneacuteticos no magneacuteticos
etc)
iquestAusencia de otros impropios Eliminacioacuten de impropios
Si
No
Si
NoSecadoiquestResiduos con
humedad adecuada
Seleccioacuten cribado separadores automaacuteticos etc
Si
Tratamientos mecaacutenicos (centrifugado prensa etc) o teacutermicos (secado teacutermico)
Acondicionamiento
Si
NoPresentacioacuten Comercial Granel balas briquetas
pellets
CDRCSR
Figura 5Figura 5Figura 5Figura 5 Procesos y tratamientos generales para la produccioacuten de CDRCSR
[1]
Para la produccioacuten de CDRCSR se deben tener en cuenta los rendimientos propios de cada tecnologiacutea A modo de ejemplo en el caso del proyecto de una planta de produccioacuten de CDRCSR del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz se estima que es posible obtener alrededor de un 49 de CSR
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35 Valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
De acuerdo al proceso previo del material antes de su entrada al horno de cliacutenker se distinguen cuatro tipos de fabricacioacuten de cemento viacutea seca viacutea semi-seca viacutea semi-huacutemeda y viacutea huacutemeda Siendo que la fabricacioacuten de cemento por viacutea seca es la maacutes empleada en Espantildea en la Figura 6 se representa el esquema de las operaciones maacutes importantes de dicho proceso [1]
Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6 Diagrama del proceso de produccioacuten de cemento [12]
Desde el punto de vista del presente estudio se considera el horno rotativo como una etapa criacutetica en el proceso de fabricacioacuten del cemento ya que en eacutel se lleva a cabo la combustioacuten
En la Figura 7 se observa la evolucioacuten de la temperatura de los gases y el material dentro el horno de Cemento Asimismo se observan los tiempos de residencia en cada una de las etapas desde los electrofiltros hasta el enfriador Por otra parte se representan los dos puntos de alimentacioacuten de combustible tanto en la llama principal como en el pre calcinador
456 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
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Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 459
Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 455
35 Valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cliacutenker de cemento
De acuerdo al proceso previo del material antes de su entrada al horno de cliacutenker se distinguen cuatro tipos de fabricacioacuten de cemento viacutea seca viacutea semi-seca viacutea semi-huacutemeda y viacutea huacutemeda Siendo que la fabricacioacuten de cemento por viacutea seca es la maacutes empleada en Espantildea en la Figura 6 se representa el esquema de las operaciones maacutes importantes de dicho proceso [1]
Figura 6Figura 6Figura 6Figura 6 Diagrama del proceso de produccioacuten de cemento [12]
Desde el punto de vista del presente estudio se considera el horno rotativo como una etapa criacutetica en el proceso de fabricacioacuten del cemento ya que en eacutel se lleva a cabo la combustioacuten
En la Figura 7 se observa la evolucioacuten de la temperatura de los gases y el material dentro el horno de Cemento Asimismo se observan los tiempos de residencia en cada una de las etapas desde los electrofiltros hasta el enfriador Por otra parte se representan los dos puntos de alimentacioacuten de combustible tanto en la llama principal como en el pre calcinador
456 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 457
Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
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Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
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horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
456 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
Figura 7Figura 7Figura 7Figura 7 Diagrama de las temperaturas de los gases y materiales en el horno
de cemento [11]
El proceso de formacioacuten de cliacutenker requiere que el material mantenga una temperatura de 1400 ordmC a 1500 ordmC lo que supone una temperatura de llama de 2000 ordmC El aire primario junto con el combustible es inyectado por la parte inferior del horno y el aire secundario se incorpora mediante unos ventiladores de tiro forzado en la parte superior del mismo
Desde la zona de combustioacuten los gases atraviesan el horno a contracorriente al avance del crudo de este modo se aumenta la eficiencia energeacutetica del proceso Los gases antes de ser expulsados a la atmoacutesfera pasan por un sistema de limpieza de partiacuteculas (precipitadores electrostaacuteticos o filtros de mangas) Actualmente el consumo energeacutetico por kg de cliacutenker producido se encuentra entre las 700 y 900 kcalkg (electricidad y transporte no incluidos)
El empleo de combustibles alternativos es una praacutectica asentada en la mayoriacutea de los paiacuteses desarrollados destacan por el nivel de sustitucioacuten con residuos Suiza Holanda Austria Francia Beacutelgica Alemania y Japoacuten En la figura 8 se observa la evolucioacuten de la valorizacioacuten energeacutetica en la industria cementera espantildeola
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 457
Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 459
Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
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Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
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Figura 8Figura 8Figura 8Figura 8 Utilizacioacuten de combustibles alternativos en toneladas en las
cementeras espantildeolas [8]
36 Normativa
En Espantildea el marco legal general sobre los residuos es la Ley 1098 de residuos Establece fomentar la jerarquiacutea de residuos mencionada en paacuterrafos anteriores Ademaacutes define la valorizacioacuten como todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos En este sentido la Orden Ministerial
MAM3042002 por la que se publican las operaciones de valorizacioacuten y eliminacioacuten de residuos y la lista europea de residuos indica que la valorizacioacuten incluye el uso principal como combustible por ejemplo en hornos de cemento y no asiacute la incineracioacuten sin recuperacioacuten de energiacutea
La ley exige que la valorizacioacuten de residuos cuente con una autorizacioacuten autonoacutemica y que el Gobierno juntamente con las comunidades autoacutenomas establezcan los requisitos de las plantas procesos y productos de la valorizacioacuten (se tienen en cuenta las exigencias de calidad y la tecnologiacutea a emplearse para preservar la salud humana y el medio ambiente)
Por otra parte los poseedores de residuos estaacuten obligados a gestionarlos por siacute mismos o entregarlos a un gestor para su valorizacioacuten o eliminacioacuten
La utilizacioacuten de residuos como combustible alternativo en los hornos de cliacutenker es una actividad que se encuentra recogida en el Real Decreto 6532003 sobre
incineracioacuten de residuos En eacutel se establecen las condicionantes ambientales con el objetivo de limitar o impedir los efectos negativos para el medio ambiente y los riesgos para la salud humana
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 459
Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
458 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
En Aragoacuten el Plan Integral de Residuos ndash GIRA (2009 ndash 2015) no hace referencia expliacutecita a la valorizacioacuten energeacutetica de residuos en instalaciones de produccioacuten de cemento como opcioacuten para el tratamiento de residuos
37 Caso de estudio Ecovertedero de Zaragoza
El Centro de Reciclaje Zaragoza o ldquoEcovertederordquo presta servicio a maacutes de 750000 habitantes correspondientes al municipio de Zaragoza maacutes 61 municipios de otras comarcas De acuerdo con lo establecido en el Plan de Gestioacuten Integral de los Residuos de Aragoacuten (GIRA 2009-2015) los municipios atendidos pertenecen a la denominada Agrupacioacuten 6 que corresponde a las comarcas de Campo de Belchite Ribera Baja del Ebro y Zaragoza [4]
El Ecovertedero tiene una capacidad de procesar 450000 toneladas al antildeo de RSU y maacutes de 15000 toneladas de envases (provenientes de los contenedores verdes y amarillos de la ciudad) Del total de RSU que llegan a la planta de tratamiento se puede obtener alrededor de 27500 toneladas de materiales recuperados asimismo la planta de biometanizacioacuten es capaz de producir 10 millones de metros cuacutebicos de biogaacutes y 20000 toneladas de compost al antildeo Posterior a la produccioacuten de compost proveniente de la biometanizacioacuten al vertedero de rechazos se enviacutea alrededor del 45 de todos los residuos que llegan al centro de reciclaje lo que representa 202500 toneladas anuales [3]
En el apartado 31 se clasificaron los rechazos procedentes de las operaciones maacutes importantes de la planta de tratamiento mecaacutenico ndash bioloacutegico de RSU del ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz Dada la similitud con la planta de tratamiento del Ecovertedero de Zaragoza dichas fracciones pueden considerarse semejantes entre ambas instalaciones En la Tabla 1 y Tabla 2 se presentan las composiciones cuantitativas y cualitativas de las fracciones mencionadas [1]
Tabla 1Tabla 1Tabla 1Tabla 1 Composicioacuten cuantitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
MaterialMaterialMaterialMaterial Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso []Voluminoso [] Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje
[][][][] Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []Troacutemel afino []
Materia orgaacutenica 20 36 265
Papel ndash cartoacuten 16 226226226226 54
Celulosa sanitaria 02 113 14
Plaacutesticos 144144144144 259259259259
Brick 006 30 340340340340
Madera 125 38 00
Cueros y textiles 500500500500 159 41
Cauchos y gomas 16 01 00
Vidrio 02 00 101
Metales feacuterricos 31 16
Metales no feacuterricos 15
04 11
Peligrosos del hogar 00 01 02
Voluminosos (1) 76 09 00
Inertes 34 09 52
Otros 50 83 104
1 Pertenecientes al registro de aparatos eleacutectricos y electroacutenicos
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Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
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Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 459
Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2 Composicioacuten cualitativa de los rechazos obtenidos del MBT de RSU [1]
Voluminoso Voluminoso Voluminoso Voluminoso Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Clasificacioacuten y triaje Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino Troacutemel afino
Densidad aparente [kgm3] 70 60 285
Humedad [] 208 480 1325
PCI (valor medio) [Kcalkg] 4125 3900 4120
C [] 445 400 366
Cloro [ppm] 1950 7500 1710
Hg [mgkg] ms 013 014 070
Cd [mgkg] ms lt01 02 10
Pb [mgkg] ms 20 23 445
Como se mencionoacute anteriormente los procesos necesarios para elaborar CDRCSR a partir de las fracciones de rechazo estaacuten orientados para adaptar dichas fracciones a los usos previstos corrigiendo los paraacutemetros de calidad en cada caso (Figura 5)
Haciendo referencia a las fracciones expuestas se pueden hacer las siguientes consideraciones
bull La fraccioacuten de voluminosos es parcialmente recuperable para la produccioacuten de CDRCSR Uacutenicamente se pueden aprovechar la fraccioacuten que contiene madera plaacutestico y textiles previo un proceso de seleccioacuten y triaje
bull La fraccioacuten obtenida de la clasificacioacuten y triaje se puede emplear en su totalidad para la produccioacuten de CDRCSR Debido a su alta humedad heterogeneidad y contenido de impropios requiere de un tratamiento intenso de adecuacioacuten a los requerimientos finales del combustible
bull La fraccioacuten resultante del troacutemel posee ventajas para su tratamiento debido a su tamantildeo de partiacutecula y su baja humedad por cuanto requiere de un proceso menos riguroso de tratamiento para la produccioacuten de CDRCSR
38 Aspectos teacutecnicos y ambientales de la valorizacioacuten energeacutetica de CDRCSR
en hornos de cliacutenker de cemento
Para la valorizacioacuten energeacutetica en hornos de cemento los combustibles alternativos obtenidos de RSU deben ser examinados teniendo en cuenta las siguientes propiedades [11] [5]
bull Estado fiacutesico del combustible
bull Toxicidad (compuestos orgaacutenicos metales pesados)
bull Composicioacuten en elementos problemaacuteticos para la corrosioacuten y escorificacioacuten (Na K Cl S) y contenido de cenizas
bull Contenido de volaacutetiles
bull Poder caloriacutefico
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
460 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
bull Propiedades fiacutesicas (tamantildeo de partiacutecula densidad homogeneidad)
bull Propiedades de molienda
bull Contenido de humedad
Se debe tener en cuenta la calidad quiacutemica del combustible de acuerdo a los estaacutendares Europeos y los criterios EURITS para la proteccioacuten del medio ambiente Ademaacutes el poder caloriacutefico debe ser estable para tener un adecuado control del suministro de energiacutea al horno El objetivo es mantener una composicioacuten homogeacutenea y un tamantildeo de partiacutecula que permita un transporte estable y un flujo constante en la planta de cemento La Asociacioacuten Europea responsable de la Incineracioacuten y el Tratamiento de Residuos Especiales (EURITS) ha publicado la siguiente Tabla de criterios para la co-incineracioacuten de residuos en plantas cementeras como combustible alternativo
Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Tabla 3 Criterios de EURITS para la co-combustioacuten de residuos en hornos de
cemento [1]
ParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetroParaacutemetro UnidadUnidadUnidadUnidad ValorValorValorValor
Poder caloriacutefico MJkg 5
Cl 05
S 04
Br I 001
N 07
F 01
Be mgkg 1
Hg Ti mgkg 2
As Se (Te) Cd Sb mgkg 10
Mo mgkg 20
V Cr Co Ni Cu Pb Mn Sn mgkg 200
Zn mgkg 500
Contenido de ceniza (excl Ca Al Fe Si) 5
Desde el punto de vista medio ambiental el proceso de fabricacioacuten de cliacutenker no genera residuos ni vertidos de agua Las emisiones a la atmoacutesfera provienen del proceso de combustioacuten dentro del horno de cemento y tienen su origen en las reacciones quiacutemicas y fiacutesicas de la calcinacioacuten de las materias primas El paso de los gases de combustioacuten por los ciclones donde transmiten parte de su calor a la harina cruda descarbonatada produce un efecto de lavado de gases
La co-combustioacuten de CDRCSR en los hornos de cliacutenker no debe perjudicar el comportamiento ambiental de la instalacioacuten dificultar la operacioacuten del proceso ni afectar la calidad del cemento En general se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones [2] [7]
bull Se requiere que los gases de combustioacuten permanezcan maacutes de 2 segundos por encima de 850ordmC o por encima de 1100 ordmC en presencia de cloro para evitar la formacioacuten de dioxinas y furanos Por las caracteriacutesticas de la combustioacuten en el
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horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
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Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 461
horno de cliacutenker se duplican las temperaturas necesarias para la destruccioacuten de estos compuestos y los gases tienen tiempos de residencia relativamente largos (Figura 7)
bull Respecto al cloro estudios realizados por diferentes organismos han demostrado que se debe limitar su presencia en el combustible (por debajo del 1 en peso) ya que puede producir problemas de pegaduras y atascos en los ciclones
bull La fraccioacuten inorgaacutenica y los metales pesados se combinan con el cliacutenker de cemento incorporaacutendose a su estructura mineraloacutegica De este modo quedan fijados quiacutemicamente y reducen el potencial de lixiviacioacuten de metales pesados al medio acuoso
bull Los metales maacutes volaacutetiles (Hg Tl) en cierta medida escapan a la accioacuten del horno y pueden ser emitidos parcialmente a la atmoacutesfera Por tanto su contenido en el combustible debe estar sujeto a limitacioacuten y control
Desde el punto de vista medioambiental las emisiones de CO2 tienen una importancia significativa Su reduccioacuten representa un aspecto clave en el uso de combustibles alternativos dentro de los compromisos adoptados por los estados Europeos para cumplir el protocolo de Kioto Si bien el ahorro de emisiones es evidente cuando se usan residuos de biomasa tambieacuten es posible reducirlas con el empleo de otro tipo de residuos La siguiente figura muestra claramente lo mencionado
Figura 9Figura 9Figura 9Figura 9 Reduccioacuten de las emisiones globales con la valorizacioacuten
Para cuantificar dichos ahorros es necesario hacer un estudio de anaacutelisis de Ciclo de Vida que incluya las operaciones realizadas para el tratamiento de los residuos Tomando como referencia el estudio realizado por Genon y Brizio [9] el uso de CDR en el horno de cliacutenker de cemento indica ser positivo La combustioacuten de CDR en el horno permite una reduccioacuten de alrededor de 161 kg CO2kg CDR empleado comparando con el uso de combustibles tradicionales en este caso el carboacuten
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
462 middot Zambrana Estudio de la valorizacioacuten energeacutetica hellip
4 Conclusiones
En el desarrollo del presente artiacuteculo se ha mencionado que el rendimiento de una planta de produccioacuten de CDRCSR variacutea entre un 285 a un 49 del total de rechazos obtenidos en la planta de MBT Teniendo en cuenta un rendimiento del 49 que se obtiene en la planta de tratamiento de Vitoria ndash Gasteiz se puede estimar que la cantidad potencial de CDRCSR en el Ecovertedero de Zaragoza es de aproximadamente 99225 Mgantildeo
En teacuterminos de PCI se estima que debido al mayor porcentaje de la fraccioacuten de rechazo procedente de la clasificacioacuten y triaje seguido de la fraccioacuten procedente del troacutemel el PCI esperado se situaraacute en torno a las 4000 kcalkg correspondiente a 1674 MJkg
Existe un potencial energeacutetico en el Ecovertedero de 166 times 108 MJantildeo contenido en el CDRCSR que puede ser producido a partir de la ldquofraccioacuten restordquo que se despilfarra en el vertedero Si comparamos esa cantidad de energiacutea en toneladas de coque de petroacuteleo (PCI = 325 GJMg) corresponde a 5110851 Mgantildeo En teacutermino de emisiones de CO2 teniendo en cuenta la reduccioacuten de 161 kg CO2kg CDR empleado comparado con el carboacuten se evitariacutean un estimado de 159752 MgCO2antildeo
5 Aportaciones en materia de sostenibilidad
El presente proyecto muestra que la ldquofraccioacuten restordquo del Ecovertedero de Zaragoza posee caracteriacutesticas oacuteptimas para ser procesada y convertida en CDRCSR para su valorizacioacuten energeacutetica en el horno de cliacutenker de Morata de Jaloacuten por cuanto presenta una solucioacuten eficaz al problema de los impactos que dichos residuos generan al medio ambiente con su disposicioacuten en vertedero
Se demuestra que la valorizacioacuten energeacutetica es una forma sostenible de aprovechar los recursos energeacuteticos contenidos en los residuos que de otra manera seriacutean despilfarrados mediante el depoacutesito en el Ecovertedero convirtieacutendose en un foco de contaminacioacuten a largo plazo y obligando a recurrir a los combustibles foacutesiles como fuente de energiacutea Esta visioacuten forma parte de la Ecologiacutea Industrial
Cabe sentildealar que el presente proyecto ademaacutes de denotar el inmenso potencial de reduccioacuten de espacio en vertedero la reduccioacuten de emisiones debidas a su explotacioacuten y el aprovechamiento de recursos se enfoca dentro de un modelo de metabolismo circular en el cual con el aprovechamiento de los residuos que actualmente se depositan en vertedero se busca la optimizacioacuten del ciclo de materiales
Por uacuteltimo se desea resaltar que la produccioacuten de CDRCSR debe situarse como un componente estrateacutegico en las poliacuteticas de gestioacuten integrada de los residuos ademaacutes de formar parte de la estrategia energeacutetica y de lucha contra el cambio climaacutetico
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
[8] Gaminde N Combustibles Soacutelidos Recuperados en cementeras en Espantildea 2009
[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
[10] Guijarro C Nuevas tecnologiacuteas para valorizacioacuten de las fracciones combustibles procedentes de los rechazos de las plantas de residuos municipales SUFI 2009
[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
[12] Nithikul J Potential of Refuse Derived Fuel production from Bangkok Municipal Solid Waste Thailand Asian Institute of Technology School of Environment Resources and Development 2007
[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14
ACTA NOVA Vol 4 Nordm 4 diciembre 2010 Artiacuteculos Cientiacuteficos 463
Agradecimientos
El autor del presente proyecto agradece a la Divisioacuten de Eficiencia Energeacutetica de la Fundacioacuten CIRCE y la Caacutetedra CEMEX de Sostenibilidad en especial a Aitana Saacuteez de Guinoa y Alfonso Aranda A mis padres y hermanos por todo su apoyo Gracias tambieacuten a mis compantildeeros de despacho en CIRCE y a mis amigos de la Fundacioacuten Carolina
Referencias
[1] Alonso A Estudio de viabilidad de una planta de produccioacuten de CSR en el ayuntamiento de Vitoria - Gasteiz Departamento de Medio Ambiente y Sostenibilidad Ayuntamiento de Vitoria ndash Gasteiz 2009
[2] Alternative Fuels Tunisia Waste management and the cement industry Global Cement Magazine ndash April Edition 2008
[3] Centro de Reciclaje Zaragoza httpwwwzaragozareciclaorgprincipalhtm
(Accedido en Julio de 2009)
[4] Direccioacuten General de Calidad Ambiental y Cambio Climaacutetico Plan de Gestioacuten Integral de Residuos de Aragoacuten 2009 - 2015 Gobierno de Aragoacuten Departamento de Medio Ambiente 2009
[5] Eliacuteas X Tratamiento y valorizacioacuten energeacutetica de residuos Diacuteaz de Santos Primera Edicioacuten 2005
[6] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Valorizacioacuten de residuos en la industria cementera Europea estudio comparado 2006
[7] Fundacioacuten Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Reciclado y valorizacioacuten de residuos en la industria cementera en Espantildea 2006
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[9] Genon G Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF Science Direct Waste Management 28 (2008) 2375-2385
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[11] Mokrzycki E Uliasz-Bochenczyk A Alternative fuels for the cement industry Applied Energy 74 (2003) 95 ndash 100
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[13] Papageorgiou A et al Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste A case for England Journal of Environmental Management (2009) 1 ndash 14