Un estanque de cenizas , también llamado cuenca de cenizas de carbón o embalse de superficie , [1] es una estructura de ingeniería que se utiliza en las centrales eléctricas de carbón para la eliminación de dos tipos de productos de combustión de carbón : cenizas de fondo y cenizas volantes . El estanque se utiliza como vertedero para evitar la liberación de cenizas a la atmósfera. Aunque el uso de estanques de cenizas en combinación con controles de contaminación del aire (como depuradores húmedos ) disminuye la cantidad de contaminantes transportados por el aire, las estructuras plantean graves riesgos para la salud del medio ambiente circundante. [2]
Los estanques de cenizas utilizan la gravedad para sedimentar partículas grandes (medidas como sólidos suspendidos totales ) de las aguas residuales de las centrales eléctricas . Esta tecnología no trata los contaminantes disueltos. [3] Los estanques generalmente no se han construido como vertederos revestidos y, por lo tanto, los químicos en las cenizas pueden filtrarse en las aguas subterráneas y superficiales, acumulándose en la biomasa del sistema. [4] [5] [6]
Los estanques de cenizas generalmente se forman utilizando un terraplén anular para encerrar el sitio de disposición. Los terraplenes se diseñan utilizando parámetros de diseño similares a los de las presas de terraplén , incluida la construcción zonificada con núcleos de arcilla . El proceso de diseño se centra principalmente en el manejo de las filtraciones y en garantizar la estabilidad de las pendientes.
La falla del terraplén de tierra de un estanque puede causar derrames de cenizas en tierras y ríos adyacentes, con graves daños ambientales, como se evidenció en el derrame de la planta fósil de Kingston en Tennessee en 2008 [7] y el derrame de cenizas de carbón del río Dan en Carolina del Norte en 2014. [8]
La eliminación húmeda de cenizas en estanques de cenizas es el método de eliminación de cenizas más común, [9] pero otros métodos incluyen la eliminación seca en vertederos . Las cenizas tratadas en seco a menudo se reciclan en materiales de construcción útiles. La eliminación húmeda ha sido preferida por razones económicas, pero las crecientes preocupaciones ambientales con respecto al lixiviado de los estanques han disminuido la popularidad de la eliminación húmeda. [9] El método húmedo consiste en construir un "estanque" grande y llenarlo con lodo de cenizas volantes , permitiendo que el agua se drene y se evapore de las cenizas volantes con el tiempo. [10]
El flujo de agua a través de las cenizas volantes y hacia el agua subterránea se controla mediante el uso de capas de arcilla de baja permeabilidad y zanjas/muros de separación. Las arcillas de baja permeabilidad tienen una permeabilidad del orden de 10 −7 cm/s. Los flujos verticales a través de la base se controlan ubicando estanques de cenizas volantes en áreas de capas gruesas de arcilla o roca que proporcionen una permeabilidad adecuadamente baja a través de la base del estanque. Las áreas con alta permeabilidad subterránea se pueden mejorar importando arcilla adecuada. Los flujos horizontales a través del terraplén se controlan utilizando zonas de arcilla dentro del terraplén. Las zanjas de separación y los muros de separación se utilizan para conectar las zonas de arcilla del terraplén y las capas de arcilla de la base. Las zanjas de separación son zanjas que se excavan en la capa subterránea de baja permeabilidad seleccionada y se rellenan con arcilla para unir la zona de arcilla del terraplén con la subsuperficie. Las zanjas de separación se utilizan generalmente cuando la(s) capa(s) de base de baja permeabilidad están cerca de la superficie. Los muros cortados son similares a las zanjas cortadas, pero generalmente son mucho más profundos y estrechos, y utilizan lechada o lechada en lugar de arcilla.
No todas las sustancias presentes en el carbón arden, por lo que el material no combustible está presente en cantidades más concentradas en las cenizas de carbón que en el propio carbón. Las sustancias que se encuentran comúnmente en las cenizas de carbón incluyen arsénico , bario , berilio , boro , cadmio , níquel , plomo , mercurio , molibdeno , selenio y talio . También pueden estar presentes niveles elevados de radiactividad. [11] Muchas de estas sustancias, especialmente los metales pesados, pueden tener efectos negativos en los humanos cuando se ingieren. Debido a la biomagnificación , la concentración de sustancias químicas no deseadas en los animales puede aumentar en la cadena alimentaria (de manera similar al mercurio en el atún). Las cenizas de carbón, un producto de la combustión, concentran estos elementos y pueden contaminar las aguas subterráneas o superficiales si hay fugas de un estanque de cenizas. [12]
Las cenizas de carbón representan casi una quinta parte de los desechos generados en Australia. No existen regulaciones nacionales que exijan el reciclaje de las cenizas de carbón. [13] Alrededor del 47% de las cenizas de carbón se reciclaron en 2020. [14] Las cenizas de carbón en Nueva Gales del Sur generalmente se almacenan en vertederos ("emplazamientos secos") o estanques de cenizas ("presas de cenizas"). [15] El almacenamiento de cenizas de carbón está regulado por la Autoridad de Protección Ambiental del estado y su Comité de Seguridad de Presas, que publica estándares para el diseño de presas y el monitoreo ambiental . [16]
En los Países Bajos no se permiten los depósitos de cenizas, ya que son un tipo de vertedero. En lugar de ello, en los Países Bajos se reciclan todas las cenizas de carbón. [17]
En 2021 se criticaron las inspecciones y se dijo que eran insuficientes. [18] : 75
En los Estados Unidos, las cenizas de carbón son un componente importante del flujo de desechos industriales del país. [19] En 2012, había más de 470 centrales eléctricas de carbón en funcionamiento en los EE. UU., y aproximadamente el 60 por ciento de las cenizas de carbón de los EE. UU. se eliminaban en embalses superficiales y vertederos. En 2012, los EE. UU. tenían 310 vertederos activos en el sitio, con un tamaño promedio de más de 120 acres con una profundidad promedio de más de 40 pies, y más de 735 embalses superficiales activos en el sitio, con un tamaño promedio de más de 50 acres con una profundidad promedio de 20 pies. [20] En 2017, se generaron 38,2 millones de toneladas cortas (34,7 × 10 6 t) de cenizas volantes y 9,7 millones de toneladas cortas (8,8 × 10 6 t) de cenizas de fondo. [21] En julio de 2023, había 210 centrales eléctricas de carbón en funcionamiento en los Estados Unidos. [22]
En 2018, un asesor de justicia ambiental de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) afirmó que el aumento de la exposición a sustancias tóxicas provenientes de los estanques de cenizas tendrá efectos adversos desproporcionados para la salud de las comunidades minoritarias y de bajos ingresos. [23]
Un informe de 2019 del Proyecto de Integridad Ambiental afirmó que, en el caso de las plantas de carbón de Estados Unidos con datos de monitoreo disponibles, el 91 por ciento de ellas han contaminado las aguas subterráneas con "niveles inseguros de contaminantes tóxicos". [24]
Históricamente, debido a las pocas regulaciones federales y estatales relacionadas con los estanques de cenizas, la mayoría de las plantas de energía de los EE. UU. no utilizan geomembranas , sistemas de recolección de lixiviados u otros controles de flujo que a menudo se encuentran en los vertederos de residuos sólidos municipales . [10] En 1980, el Congreso de los EE. UU. definió las cenizas de carbón como un "residuo especial" que no estaría regulado bajo los estrictos requisitos de permisos de residuos peligrosos de la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos (RCRA). [25] El Congreso también ordenó a la EPA que estudiara el problema de las cenizas de carbón y decidiera si sería apropiada una mayor regulación. De conformidad con la directiva del Congreso, la EPA informó en 2000 que las cenizas volantes de carbón no necesitaban ser reguladas como residuos peligrosos . [26] [27]
Tras una falla en 2008 que provocó el derrame de lodo de cenizas volantes de carbón de la Planta de Combustibles Fósiles de Kingston de la Autoridad del Valle de Tennessee , la EPA comenzó a desarrollar regulaciones que se aplicarían a todos los estanques de cenizas en los EE. UU. La EPA publicó una regulación de Residuos de Combustión de Carbón (CCR) en 2015. La agencia continuó clasificando las cenizas de carbón como no peligrosas (evitando así los estrictos requisitos de permisos bajo el Subtítulo C de la RCRA ), pero con nuevas restricciones:
Algunas de las disposiciones del reglamento CCR de 2015 fueron impugnadas en litigio, y el Tribunal de Apelaciones de los Estados Unidos para el Circuito del Distrito de Columbia remitió ciertas partes del reglamento a la EPA para su posterior elaboración de normas. [29]
La EPA también publicó un reglamento de directrices sobre efluentes (aguas residuales) en 2015 de conformidad con la Ley de Agua Limpia . [30] El reglamento limita las descargas de metales tóxicos de las centrales eléctricas, incluidos los estanques de cenizas y otros flujos de desechos. La Agencia estimó que el reglamento reduciría las descargas de metales de la industria en 1.400 millones de libras anuales. [31] En 2020, la EPA publicó una norma final que revirtió algunas disposiciones del reglamento de aguas residuales de 2015. El reglamento revisado extendió el plazo de cumplimiento para algunas centrales eléctricas y eximió a otras por completo de los requisitos más estrictos de 2015. [32] [33] En mayo de 2024, la EPA publicó una norma final que revierte algunos aspectos de la norma de 2020 y endurece las limitaciones de las aguas residuales para algunas instalaciones. [34]
Tras una remisión judicial, la EPA publicó su norma final "CCR Parte A" el 28 de agosto de 2020, que exige que todos los estanques de cenizas sin revestimiento se adapten a ellos o cierren antes del 11 de abril de 2021. Algunas instalaciones pueden solicitar tiempo adicional (hasta 2028) para encontrar alternativas para gestionar los desechos de cenizas antes de cerrar sus embalses superficiales. [35] [36] [37] La EPA publicó su norma "CCR Parte B" el 12 de noviembre de 2020, que permite a ciertas instalaciones utilizar un revestimiento alternativo, basándose en una demostración de que la salud humana y el medio ambiente no se verán afectados. [38]
El 11 de enero de 2022, la EPA anunció una medida de cumplimiento que involucraba estanques de cenizas en ciertas plantas de carbón en Indiana , Ohio , Iowa y Nueva York . La propuesta de la agencia denegaría las solicitudes de extensiones de las plantas más allá de la fecha límite de 2021 y les exigiría cerrar sus estanques de cenizas antes de sus cronogramas propuestos. La EPA envió cartas de advertencia a cuatro plantas adicionales. [39] [40] La EPA recibió un total de 57 solicitudes de extensión. En noviembre de 2022, la agencia anunció su determinación final inicial sobre una solicitud de extensión, denegando una solicitud presentada por una planta en Ohio. A partir de 2024, la EPA ha publicado determinaciones propuestas para plantas adicionales y el proceso de revisión está en curso. Cada determinación propuesta está sujeta a un período de comentarios públicos. [41]
En respuesta al litigio, la EPA publicó una norma RCRA final en mayo de 2024 que establece requisitos reglamentarios para instalaciones de CCR activas e inactivas, incluidos el monitoreo de aguas subterráneas, las medidas correctivas, el cierre y los requisitos de cuidado posterior al cierre. [42] [43]
Las opciones de remediación incluyen “tapar, deshidratar y/o estabilizar, consolidar en un nuevo vertedero, desechar fuera del sitio, convertir en humedales o cualquier combinación de estas opciones”. [44]
Existen algunas iniciativas, como la de 2015 de Duke Energy , para excavar los estanques de cenizas existentes para reducir los efectos ambientales de las instalaciones de energía que queman carbón en el medio ambiente circundante. [45] [46]