Los residuos como fuente de energía renovable

energía de los residuos pueden desempeñar un papel vital en la mitigación de los problemas. Además de la recuperación de energía sustancial, estas tecnologías pueden llevar a una reducción sustancial de las cantidades totales de residuos que requieren eliminación final, que pueden gestionarse mejor para su eliminación segura de forma controlada, cumpliendo al mismo tiempo las normas de control de la contaminación.

>Las tasas de generación de desechos se ven afectadas por el desarrollo socioeconómico, el grado de industrialización y el clima. En general, cuanto mayor es la prosperidad económica y mayor es el porcentaje de población urbana, mayor es la cantidad de residuos sólidos producidos. La reducción del volumen y la masa de desechos sólidos es una cuestión crucial, especialmente a la luz de la limitada disponibilidad de sitios de disposición final en muchas partes del mundo. Aunque se han introducido numerosos procesos de recuperación de residuos y subproductos, la digestión anaeróbica tiene un potencial único e integrador, actuando simultáneamente como un proceso de tratamiento y recuperación de residuos.

Vías de conversión de desechos en energía

Se dispone de una gran cantidad de tecnologías para aprovechar el potencial de los desechos como fuente de energía, que van desde sistemas muy sencillos para la eliminación de desechos secos hasta tecnologías más complejas capaces de tratar grandes cantidades de desechos industriales. Existen tres vías principales para la conversión de residuos orgánicos en energía: termoquímica, bioquímica y físico-química.

Conversión termoquímica

La combustión de residuos se ha utilizado durante muchos años como una forma de reducir el volumen de residuos y neutralizar muchos de los elementos potencialmente dañinos que contiene. La combustión sólo puede utilizarse para crear una fuente de energía cuando se incluye la recuperación de calor. El calor recuperado del proceso de combustión puede ser utilizado para alimentar turbinas para la generación de electricidad o para calentar directamente el espacio y el agua. Algunos flujos de residuos también son adecuados para alimentar un sistema de producción combinada de calor y electricidad, aunque la calidad y la fiabilidad del suministro son factores importantes a tener en cuenta.

La conversión termoquímica, caracterizada por una mayor temperatura y tasas de conversión, es la más adecuada para materias primas con menor contenido de humedad y, en general, es menos selectiva para los productos. La conversión termoquímica incluye la incineración, la pirólisis y la gasificación. La tecnología de incineración es la combustión controlada de residuos con recuperación de calor para producir vapor que a su vez produce energía a través de turbinas de vapor. La pirólisis y la gasificación representan métodos refinados de tratamiento térmico como alternativas a la incineración y se caracterizan por la transformación de los residuos en gas de producto como portador de energía para su posterior combustión, por ejemplo, en una caldera o en un motor de gas.

Conversión bioquímica

Los procesos de conversión bioquímica, que incluyen la digestión anaeróbica y la fermentación, se prefieren para los residuos que tienen un alto porcentaje de materia orgánica biodegradable (putrescible) y un alto contenido de humedad. La digestión anaeróbica es una tecnología fiable para el tratamiento de residuos orgánicos húmedos. Los residuos orgánicos procedentes de diversas fuentes se compostan en condiciones altamente controladas y libres de oxígeno, lo que da lugar a la producción de biogás que puede utilizarse para producir tanto electricidad como calor. La digestión anaeróbica también produce un residuo seco llamado digestato que puede utilizarse como acondicionador del suelo.

La fermentación alcohólica es la transformación de la fracción orgánica de la biomasa en etanol mediante una serie de reacciones bioquímicas que utilizan microorganismos especializados. Tiene una gran aplicación en la transformación de biomasa leñosa en etanol celulósico.

Conversión físico-química

La tecnología físico-química involucra varios procesos para mejorar las propiedades físicas y químicas de los residuos sólidos. La fracción combustible de los residuos se convierte en pellets de combustible de alta energía que pueden utilizarse en la generación de vapor. Las pastillas de combustible tienen varias ventajas distintas sobre el carbón y la madera porque son más limpias, están libres de incombustibles, tienen un menor contenido de cenizas y humedad, tienen un tamaño uniforme, son rentables y respetuosas con el medio ambiente.

Factores que afectan a la valorización energética de residuos

Los dos factores principales que determinan el potencial de recuperación de energía de los residuos son la cantidad y la calidad (características físico-químicas) de los mismos. Algunos de los parámetros físico-químicos importantes que hay que tener en cuenta incluyen:

• Tamaño de los componentes
• Densidad
• Contenido de humedad
• Sólidos volátiles / Materia orgánica
• Carbono fijo
• Total de inertes
• Valor calorífico

A menudo, se realiza un análisis de los residuos para determinar la proporción de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre (análisis final) para realizar cálculos de balance de masa, tanto para procesos termoquímicos como bioquímicos. En el caso de la digestión anaeróbica, también deben considerarse los parámetros de la relación C/N (una medida de la concentración de nutrientes disponible para el crecimiento bacteriano) y la toxicidad (que representa la presencia de materiales peligrosos que inhiben el crecimiento bacteriano).

Importancia de las plantas de conversión de desechos en energía (WTE)

Aunque algunos todavía confunden las plantas modernas de generación de energía a partir de desechos con los incineradores del pasado, el desempeño ambiental de la industria es irreprochable. Los estudios han demostrado que las comunidades que emplean tecnología de conversión de desechos en energía tienen tasas de reciclaje más altas que las comunidades que no utilizan la conversión de desechos en energía. La recuperación de metales ferrosos y no ferrosos de las plantas de conversión de residuos en energía para su reciclado es fuerte y crece cada año. Además, numerosos estudios han determinado que las plantas de conversión de desechos en energía en realidad reducen la cantidad de gases de efecto invernadero que entran a la atmósfera.

Hoy en día, las plantas de conversión de desechos en energía basadas en tecnologías de combustión son plantas de energía altamente eficientes que utilizan los desechos sólidos municipales como combustible en lugar de carbón, petróleo o gas natural. Mucho mejor que gastar energía para explorar, recuperar, procesar y transportar el combustible de alguna fuente lejana, las plantas de conversión de desechos en energía encuentran valor en lo que otros consideran basura. Las plantas de generación de energía a partir de residuos recuperan la energía térmica contenida en la basura en calderas de alta eficiencia que generan vapor que puede venderse directamente a los clientes industriales, o utilizarse in situ para mover turbinas para la producción de electricidad. Las plantas WTE son altamente eficientes en el aprovechamiento del potencial energético sin explotar de los residuos orgánicos mediante la conversión de la fracción biodegradable de los residuos en gases de alto valor calorífico como el metano. La parte digerida de los desechos es muy rica en nutrientes y se utiliza ampliamente como biofertilizante en muchas partes del mundo.

Energía a partir de desechos en todo el mundo

En mayor medida que en los Estados Unidos, la conversión de residuos en energía ha prosperado en Europa y Asia como el método preeminente de eliminación de residuos. Alabando la capacidad de reducir el volumen de residuos de forma respetuosa con el medio ambiente, generar energía valiosa y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, las naciones europeas confían en la conversión de residuos en energía como el método preferido de eliminación de residuos. De hecho, la Unión Europea ha impuesto a sus Estados miembros el requisito jurídicamente vinculante de limitar el vertido de desechos biodegradables.

Según la Confederación Europea de Plantas de Residuos a Energía (CEWEP), Europa trata actualmente 50 millones de toneladas de residuos en plantas de residuos a energía cada año, generando una cantidad de energía que puede suministrar electricidad para 27 millones de personas o calor para 13 millones de personas. Los próximos cambios en la legislación de la UE tendrán un profundo impacto en la medida en que la tecnología contribuya a alcanzar los objetivos de protección del medio ambiente.

Un vistazo a las materias primas para plantas de conversión de desechos en energía

Residuos agrícolas

Cada año se producen en todo el mundo grandes cantidades de residuos de cultivos, que están muy infrautilizados. El residuo agrícola más común es la cascarilla de arroz, que constituye el 25% del arroz en masa. Otros residuos incluyen la fibra de caña de azúcar (conocida como bagazo), cáscaras y cáscaras de coco, cáscaras de cacahuete, paja de cereales, etc. La práctica agrícola actual suele consistir en reintroducir estos residuos en el suelo, o bien en quemarlos, dejarlos descomponerse o pastorearlos para el ganado. Sin embargo, varios estudios sobre la agricultura y la biomasa han llegado a la conclusión de que puede ser apropiado eliminar y utilizar una parte de los residuos de los cultivos para la producción de energía, proporcionando grandes volúmenes de material de bajo coste. Estos residuos pueden transformarse en combustibles líquidos o quemarse/gasificarse para producir electricidad y calor.

Desechos animales

Existe una amplia gama de residuos animales que pueden utilizarse como fuentes de energía de la biomasa. Las fuentes más comunes son el estiércol animal y avícola. En el pasado, estos residuos se recuperaban y se vendían como fertilizantes o simplemente se esparcían por las tierras agrícolas, pero la introducción de controles ambientales más estrictos sobre los olores y la contaminación del agua significa que ahora se requiere algún tipo de gestión de residuos, lo que proporciona incentivos adicionales para la conversión de residuos en energía. El método más atractivo para convertir estos materiales de desecho en forma útil es la digestión anaeróbica, que proporciona biogás que puede utilizarse como combustible para motores de combustión interna, para generar electricidad a partir de pequeñas turbinas de gas, que se queman directamente para cocinar, o para calentar espacios y agua. El procesamiento de alimentos y los desechos de los mataderos son también una materia prima potencial para la digestión anaeróbica.

Residuos de la industria azucarera

La industria de la caña de azúcar produce grandes volúmenes de bagazo cada año. El bagazo es potencialmente una fuente importante de energía de biomasa, ya que puede utilizarse como materia prima de caldera para generar vapor para la producción de calor de proceso y electricidad. La mayoría de los ingenios azucareros utilizan bagazo para producir electricidad para sus propias necesidades, pero algunos de ellos pueden exportar una cantidad sustancial de electricidad a la red.

Residuos forestales

Los residuos forestales son generados por operaciones tales como el clareo de plantaciones, la tala de árboles para la tala de árboles, la extracción de madera para la producción de pulpa y madera, y el desgaste natural. El procesamiento de la madera también genera volúmenes significativos de residuos, generalmente en forma de aserrín, recortes, corteza y desechos de astillas de madera. Este material de desecho a menudo no se utiliza y a menudo se deja pudrir en el sitio. Sin embargo, se puede recoger y utilizar en un gasificador de biomasa para producir gases calientes para la generación de vapor.

Residuos industriales

La industria alimentaria produce un gran número de residuos y subproductos que pueden utilizarse como fuentes de energía de biomasa. Estos residuos se generan en todos los sectores de la industria alimentaria, desde la producción de carne hasta los residuos de confitería que pueden ser utilizados como fuente de energía. Los residuos sólidos incluyen las cáscaras y los restos de frutas y hortalizas, los alimentos que no cumplen las normas de control de calidad, la pulpa y la fibra procedentes de la extracción de azúcar y almidón, los lodos de filtración y los posos de café. Estos residuos se suelen eliminar en vertederos.

Los residuos líquidos se generan por el lavado de carne, frutas y verduras, escaldado de frutas y verduras, precocción de carnes, aves y pescado, operaciones de limpieza y procesamiento, así como la elaboración de vino. Estas aguas residuales contienen azúcares, almidones y otras materias orgánicas disueltas y sólidas. Existe la posibilidad de que estos residuos industriales sean digeridos anaeróbicamente para producir biogás, o fermentados para producir etanol, y ya existen varios ejemplos comerciales de conversión de residuos en energía.

Residuos sólidos urbanos (RSU)

Cada año se recogen millones de toneladas de residuos domésticos y la gran mayoría se depositan en vertederos. El recurso de biomasa en los RSU comprende los putrescibles, el papel y el plástico y representa una media del 80% del total de los RSU recogidos. Los residuos sólidos urbanos pueden convertirse en energía por combustión directa o por digestión anaeróbica natural en el vertedero. En los vertederos, el gas producido por la descomposición natural de los RSU (aproximadamente un 50% de metano y un 50% de dióxido de carbono) se recoge del material almacenado y se lava y limpia antes de alimentar los motores de combustión interna o las turbinas de gas para generar calor y electricidad. La fracción orgánica de los RSU puede ser estabilizada anaeróbicamente en un digestor de alta tasa para obtener biogás para la generación de electricidad o vapor.

Alcantarillado

Las aguas residuales son una fuente de energía de la biomasa que es muy similar a los otros desechos animales. La energía puede extraerse de las aguas residuales mediante digestión anaeróbica para producir biogás. Los lodos de depuradora que quedan pueden ser incinerados o sometidos a pirólisis para producir más biogás.

Licor negro

La industria de la pulpa y el papel está considerada como una de las industrias más contaminantes y consume una gran cantidad de energía y agua en las operaciones de varias unidades. Las aguas residuales vertidas por esta industria son muy heterogéneas, ya que contienen compuestos de madera u otras materias primas, productos químicos procesados, así como compuestos formados durante el proceso. El licor negro puede ser utilizado juiciosamente para la producción de biogás utilizando la tecnología anaeróbica UASB.

Conclusiones

Las plantas de generación de energía a partir de desechos ofrecen dos importantes beneficios de la gestión y eliminación de desechos ambientalmente seguros, así como la generación de energía eléctrica limpia. Las instalaciones de conversión de residuos en energía producen energía limpia y renovable mediante métodos termoquímicos, bioquímicos y fisicoquímicos. El uso creciente de la conversión de desechos en energía como método para eliminar los desechos sólidos y líquidos y generar energía ha reducido en gran medida el impacto ambiental de la gestión de los desechos sólidos municipales, incluidas las emisiones de gases de efecto invernadero. La conversión de residuos en energía reduce las emisiones de gases de efecto invernadero de dos maneras. Se genera electricidad, lo que reduce la dependencia de la producción de electricidad de las centrales eléctricas basadas en combustibles fósiles. Las emisiones de gases de efecto invernadero se reducen significativamente al evitar las emisiones de metano de los vertederos. Además, las plantas de generación de energía a partir de residuos son muy eficientes en el aprovechamiento de las fuentes de energía no explotadas a partir de una variedad de residuos.

Una metodología ambientalmente racional y técnicamente viable para tratar los residuos biodegradables es muy importante para la sostenibilidad de las sociedades modernas. Es necesaria una transición de los sistemas de energía convencionales a uno basado en recursos renovables para satisfacer la demanda cada vez mayor de energía y abordar las preocupaciones medioambientales.

Escrito por Salman Zafar , Renewable Energy Expert.