El combustible derivado de residuos ( CDR ) es un combustible producido a partir de diversos tipos de residuos, como residuos sólidos urbanos (RSU), residuos industriales o residuos comerciales.
El Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible ofrece una definición:
"Los residuos y subproductos seleccionados con valor calorífico recuperable pueden utilizarse como combustibles en un horno de cemento , reemplazando una parte de los combustibles fósiles convencionales , como el carbón, si cumplen especificaciones estrictas. A veces solo pueden usarse después de un preprocesamiento para proporcionar combustibles 'a medida' para el proceso de cemento".
Los residuos de combustibles fósiles (CDR) se componen principalmente de componentes combustibles de dichos residuos, como plásticos no reciclables (sin incluir el PVC ), papel, cartón, etiquetas y otros materiales corrugados. Estas fracciones se separan mediante diferentes etapas de procesamiento, como el cribado, la clasificación por aire, la separación balística, la separación de materiales ferrosos y no ferrosos, vidrio, piedras y otros materiales extraños y la trituración hasta obtener un tamaño de grano uniforme, o también se granulan para producir un material homogéneo que se puede utilizar como sustituto de los combustibles fósiles en, por ejemplo, plantas de cemento, plantas de cal, centrales eléctricas a carbón o como agente reductor en hornos de acero. Si se documenta de acuerdo con CEN/TC 343, se puede etiquetar como combustibles sólidos recuperados (CSR). [1]
Otros describen las propiedades, como:
No existe una clasificación o especificación exacta y universal para estos materiales. Ni siquiera las autoridades legislativas han establecido todavía directrices precisas sobre el tipo y la composición de los combustibles alternativos. Los primeros intentos de clasificación o especificación se encuentran en Alemania (Bundesgütegemeinschaft für Sekundärbrennstoffe) y a nivel europeo (European Recovered Fuel Organisation). Estos intentos, iniciados principalmente por los productores de combustibles alternativos, siguen un planteamiento correcto: solo mediante una estandarización exactamente definida de la composición de estos materiales se puede lograr una producción y un uso uniformes a nivel mundial.
Primeras aproximaciones hacia la clasificación de combustibles alternativos:
Los combustibles sólidos recuperados forman parte de los CDR en el sentido de que se producen para alcanzar un estándar como CEN/343 ANAS. [2] Actualmente, se encuentra disponible una revisión exhaustiva sobre la producción de CDR/CDR, los estándares de calidad y la recuperación térmica, incluidas las estadísticas sobre la calidad de los CDR en Europa. [3]
En la década de 1950, los neumáticos se utilizaron por primera vez como combustible derivado de residuos en la industria del cemento. A mediados de la década de 1980, se siguió utilizando de forma continuada diversos combustibles alternativos derivados de residuos con el "Brennstoff aus Müll" (BRAM) en la industria del cemento de Westfalia (Alemania).
En aquel momento, la idea de reducir los costes mediante la sustitución de los combustibles fósiles era una prioridad, ya que la industria se encontraba bajo una fuerte presión competitiva. Desde los años 80, la Asociación Alemana de Cementeras (VDZ, Düsseldorf) documenta el uso de combustibles alternativos en la industria cementera federal alemana. En 1987, menos del 5 % de los combustibles fósiles se sustituyeron por combustibles derivados de residuos; en 2015, su uso aumentó a casi el 62 %.
Los combustibles derivados de residuos se utilizan en una amplia gama de instalaciones especializadas de conversión de residuos en energía , que utilizan combustibles derivados de residuos procesados con valores caloríficos inferiores de 8-14 MJ/kg en tamaños de grano de hasta 500 mm para producir electricidad y energía térmica (calor/vapor) para sistemas de calefacción urbana o usos industriales.
Los materiales como el vidrio y los metales se eliminan durante el proceso de tratamiento, ya que no son combustibles. El metal se elimina utilizando un imán y el vidrio mediante un tamizado mecánico . Después de eso, se utiliza una cuchilla de aire para separar los materiales ligeros de los pesados. Los materiales ligeros tienen un valor calorífico más alto y crean el RDF final. Los materiales pesados generalmente continuarán en un vertedero . El material residual se puede vender en su forma procesada (dependiendo del tratamiento del proceso) como una mezcla simple o se puede comprimir en combustible de pellets , ladrillos o troncos y usarse para otros fines, ya sea de forma independiente o en un proceso de reciclaje recursivo. [4] RDF o SRF es la subfracción combustible de los residuos sólidos urbanos y otros residuos sólidos similares, producidos utilizando una combinación de métodos de tratamiento mecánico y/o biológico como el biosecado . [5] en plantas de tratamiento mecánico-biológico (MBT). [3] Durante la producción de RDF/SRF en plantas de MBT hay pérdidas sólidas de material que de otro modo sería combustible, [6] lo que genera un debate sobre si la producción y el uso de RDF/SRF es eficiente en términos de recursos o no en comparación con la combustión tradicional en un solo paso de RSU residuales en plantas de incineración ( energía a partir de residuos ). [7]
En el proceso de fabricación de pellets de CDR a partir de CSR triturado, a menudo es necesario secarlos. Normalmente, el contenido de humedad debe reducirse a menos del 20 % para producir pellets de CDR de alta densidad y alto poder calorífico. El secado de CDR suele requerir una cantidad considerable de energía, por lo que es preferible elegir una fuente de calor económica.
La producción de RDF puede implicar los siguientes pasos:
El RDF se puede utilizar de diversas formas para producir electricidad o como reemplazo de combustibles fósiles. Se puede utilizar junto con fuentes tradicionales de combustible en plantas de energía de carbón. En Europa, el RDF se puede utilizar en la industria de hornos de cemento , donde se aplican estrictas normas de control de la contaminación del aire de la Directiva de incineración de residuos . El principal factor limitante para el uso de RDF / CRF en hornos de cemento es su contenido total de cloro (Cl), con un contenido medio de Cl en CRF fabricado comercialmente promedio de 0,76 p/p en base seca (± 0,14 % p/p, confianza del 95 %). [8] El RDF también se puede alimentar a módulos de gasificación de arco de plasma y plantas de pirólisis . Cuando el RDF se puede quemar de forma limpia o de conformidad con el Protocolo de Kioto , el RDF puede proporcionar una fuente de financiación donde los créditos de carbono no utilizados se venden en el mercado abierto a través de una bolsa de carbono. [ aclaración necesaria ] Sin embargo, el uso de contratos de residuos municipales [ aclaración necesaria ] y la rentabilidad [ jerga ] de estas soluciones es todavía un concepto relativamente nuevo, por lo que la ventaja financiera del RDF puede ser discutible. El mercado europeo para la producción de RDF ha crecido rápidamente debido a la directiva europea sobre vertederos y la imposición de impuestos sobre los vertederos. Se espera que las exportaciones de combustible derivado de residuos (RDF) del Reino Unido a Europa y más allá hayan alcanzado los 3,3 millones de toneladas en 2015, lo que representa un aumento de casi 500.000 toneladas con respecto al año anterior.
La fracción de biomasa de los combustibles RDF y SRF tiene un valor monetario en virtud de múltiples protocolos de gases de efecto invernadero , como el Régimen de Comercio de Emisiones de la Unión Europea y el programa de Certificados de Obligación de Renovables del Reino Unido. Se considera que la biomasa es neutra en carbono, ya que el CO2 liberado de la combustión de biomasa se recicla en las plantas. Los operadores de combustión estacionaria utilizan la fracción de biomasa quemada de los combustibles RDF y SRF para reducir sus emisiones totales de CO2 declaradas .
El grupo de trabajo europeo CEN 343 ha desarrollado varios métodos para determinar la fracción de biomasa de RDF/SRF. Los dos métodos iniciales desarrollados (CEN/TS 15440) fueron el método de clasificación manual y el método de disolución selectiva; está disponible una evaluación comparativa de estos dos métodos. [9] Se desarrolló un método alternativo, pero más costoso, utilizando los principios de la datación por radiocarbono. En 2007 se publicó una revisión técnica (CEN/TR 15591:2007) que describe el método de carbono-14 , y en 2008 se publicó una norma técnica del método de datación por carbono (CEN/TS 15747:2008). [10] En los Estados Unidos, ya existe un método de carbono 14 equivalente según el método estándar ASTM D6866.
Aunque la datación por carbono-14 puede determinar la fracción de biomasa de los combustibles fósiles, no puede determinar directamente el valor calorífico de la biomasa. La determinación del valor calorífico es importante para los programas de certificados verdes, como el programa de Certificados de Obligación Renovable. Estos programas otorgan certificados en función de la energía producida a partir de la biomasa. Se han publicado varios artículos de investigación, incluido uno encargado por la Asociación de Energías Renovables del Reino Unido, que demuestran cómo se puede utilizar el resultado del carbono-14 para calcular el valor calorífico de la biomasa.
Existen importantes desafíos relacionados con el aseguramiento de la calidad y, especialmente, la determinación precisa de las propiedades de recuperación térmica (combustión) de RDF/SRF, debido a su composición inherentemente variable (heterogénea). Los avances recientes permiten esquemas de submuestreo óptimos [11] para llegar de la muestra de SRF/SRF de, digamos, 1 kg a los g o mg que se van a probar en los dispositivos analíticos como la calorimetría de bomba o TGA. Con tales soluciones se puede asegurar un submuestreo representativo, pero no tanto para el contenido de cloro. [12] La nueva evidencia sugiere que la teoría del muestreo (ToS) puede estar sobrestimando el esfuerzo de procesamiento necesario para obtener una submuestra representativa.
En 2009, como respuesta al problema de gestión de residuos de Nápoles , en Campania (Italia), se construyó la planta incineradora de Acerra , con un coste de más de 350 millones de euros. La incineradora quema 600.000 toneladas de residuos al año. [13] La energía producida por la planta es suficiente para abastecer a 200.000 hogares al año. [14]
La primera instalación de conversión de residuos en energía a gran escala en los EE. UU. fue la Planta de Recuperación de Recursos Arnold O. Chantland, construida en 1975 y ubicada en Ames, Iowa. Esta planta también produce RDF que se envía a una planta de energía local para combustible complementario. [15]
La ciudad de Manchester , en el noroeste de Inglaterra, está en proceso de adjudicar un contrato para el uso de RDF que se producirá mediante instalaciones de tratamiento mecánico biológico propuestas como parte de un gran contrato PFI . La Autoridad de Eliminación de Residuos del Gran Manchester ha anunciado recientemente que existe un interés significativo del mercado en las ofertas iniciales para el uso de RDF que se prevé que se produzca en cantidades de hasta 900.000 toneladas por año. [16] [17]
Durante la primavera de 2008, Bollnäs Ovanåkers Renhållnings AB (BORAB) en Suecia puso en marcha su nueva planta de conversión de residuos en energía . Los residuos sólidos urbanos , así como los residuos industriales, se convierten en combustible derivado de residuos. Las 70.000-80.000 toneladas de CDR que se producen al año se utilizan para alimentar la cercana planta BFB, que proporciona electricidad y calefacción urbana a los ciudadanos de Bollnäs . [18] [19]
A finales de marzo de 2017, Israel inauguró su propia planta de RDF en el Parque de Reciclaje de Hiriya, que recibirá diariamente alrededor de 1.500 toneladas de residuos domésticos, lo que representará alrededor de medio millón de toneladas de residuos cada año, con una producción estimada de 500 toneladas de RDF diarias. [20] La planta es parte del "esfuerzo diligente de Israel para mejorar y avanzar en la gestión de residuos en Israel". [21]
En octubre de 2018, el Ministerio de Cambio Climático y Medio Ambiente de los Emiratos Árabes Unidos firmó un acuerdo de concesión con Emirates RDF ( BESIX , Tech Group Eco Single Owner, Griffin Refineries) para desarrollar y operar una instalación de RDF en el Emirato de Umm Al Quwain . La instalación recibirá 1.000 toneladas por día de desechos domésticos y convertirá los desechos de 550.000 residentes de los emiratos de Ajman y Umm Al Quwain en RDF. El RDF se utilizará en fábricas de cemento para reemplazar parcialmente el uso tradicional de gas o carbón. [22]