Un estanque de cenizas , también llamado depósito de cenizas de carbón o embalse superficial , [1] es una estructura de ingeniería utilizada en las centrales eléctricas alimentadas con carbón para la eliminación de dos tipos de productos de la combustión del 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 la contaminación del aire (como depuradores húmedos ) disminuye la cantidad de contaminantes en el aire, las estructuras plantean graves riesgos para la salud del medio ambiente circundante. [2]
Los estanques de cenizas utilizan la gravedad para sedimentar las 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 productos químicos de las cenizas pueden filtrarse a las aguas subterráneas y superficiales, acumulándose en la biomasa del sistema. [4] [5] [6]
Los estanques de cenizas generalmente se forman utilizando un terraplén circular para encerrar el sitio de eliminación. 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 manejar las filtraciones y garantizar la estabilidad de la pendiente.
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 evidencia en el derrame de Kingston Fossil Plant en 2008 en Tennessee [7] y el derrame de cenizas de carbón del río Dan en 2014 en Carolina del Norte. [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 manipuladas en seco a menudo se reciclan para convertirlas en materiales de construcción útiles. Se ha preferido la eliminación húmeda por razones económicas, pero las crecientes preocupaciones ambientales con respecto a los lixiviados de los estanques han disminuido la popularidad de la eliminación húmeda. [9] El método húmedo consiste en construir un gran "estanque" y llenarlo con lechada de cenizas volantes , permitiendo que el agua se escurra 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 corte. Las arcillas de baja permeabilidad tienen una permeabilidad del orden de 10 −7 cm/s. Los flujos verticales a través de los cimientos 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 del subsuelo se pueden mejorar importando arcilla adecuada. Los flujos horizontales a través del terraplén se controlan utilizando zonas de arcilla dentro del terraplén. Para conectar las zonas de arcilla del terraplén y las capas de arcilla de cimentación se utilizan zanjas cortadas y muros cortados. Las zanjas cortadas son zanjas que se excavan en la capa subsuperficial de baja permeabilidad seleccionada y se rellenan con arcilla para encajar la zona de arcilla del terraplén en el subsuelo. Las zanjas cortadas generalmente se usan cuando las capas de cimentación 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 usan lechada o lechada en lugar de arcilla.
No todas las sustancias presentes en el carbón se queman y, por lo tanto, el material no combustible está presente en cantidades más concentradas en las cenizas de carbón que en el carbón mismo. 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, 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 residuos generados en Australia. No existen regulaciones nacionales que exijan el reciclaje de 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 Represas, que publica normas para el diseño de represas y el monitoreo ambiental . [dieciséis]
Los estanques de cenizas no están permitidos en los Países Bajos, ya que son una especie de vertedero. En cambio, todas las cenizas de carbón se reciclan en los Países Bajos. [17]
En 2021, las inspecciones fueron criticadas y consideradas insuficientes. [18] : 75
En 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 alimentadas con carbón en funcionamiento en Estados Unidos, y aproximadamente el 60 por ciento de las cenizas de carbón estadounidenses se eliminaban en embalses superficiales y vertederos. Estados Unidos tenía 310 vertederos activos en el sitio en 2012, con un tamaño promedio de más de 120 acres y 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 y 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 2022, 225 centrales eléctricas de carbón estaban operativas en los Estados Unidos. [22]
Un informe de 2019 del Proyecto de Integridad Ambiental afirma que de las plantas de carbón de EE. UU. con datos de monitoreo disponibles, el 91 por ciento de ellas han contaminado el agua subterránea con "niveles inseguros de contaminantes tóxicos". [23]
En 2018, un asesor de justicia ambiental de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) afirmó que el aumento de las exposiciones tóxicas de los estanques de cenizas tendrá efectos adversos desproporcionados para la salud de las comunidades minoritarias y de bajos ingresos. [24]
Históricamente, debido a las pocas regulaciones federales y estatales relativas a los estanques de cenizas, la mayoría de las centrales eléctricas de EE. UU. no utilizan geomembranas , sistemas de recolección de lixiviados u otros controles de flujo que a menudo se encuentran en los vertederos municipales de desechos sólidos . [10] En 1980, el Congreso de los Estados Unidos definió las cenizas de carbón como un "desecho especial" que no estaría regulado bajo los estrictos requisitos de permisos para desechos 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. En 2000, la EPA declaró que las cenizas volantes de carbón no necesitaban ser reguladas como desechos peligrosos. [26] [27]
Luego de una falla en 2008 que causó el derrame de lodo de cenizas volantes de carbón de la Planta de 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 sobre 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 según el subtítulo C de la RCRA ), pero con nuevas restricciones:
Algunas de las disposiciones del reglamento CCR de 2015 fueron impugnadas en un litigio, y el Tribunal de Apelaciones de los Estados Unidos para el Circuito del Distrito de Columbia devolvió ciertas partes del reglamento a la EPA para una mayor reglamentación. [29]
La EPA también publicó una regulación sobre pautas de 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 residuos. La Agencia estimó que la regulación reduciría las descargas de metales de la industria en 1.400 millones de libras al año. [31] En octubre de 2020, la EPA publicó una norma final que revierte algunas disposiciones de la regulación de aguas residuales de 2015. El reglamento revisado amplía el plazo de cumplimiento para algunas centrales eléctricas y exime completamente a otras de los requisitos más estrictos de 2015. [32] [33] La regla de 2020 ha sido impugnada en un litigio. [34] En marzo de 2023, la EPA publicó una regla propuesta que revertiría algunos aspectos de la regla de 2020 y endurecería las limitaciones de aguas residuales para algunas instalaciones. [35]
La EPA publicó una regla RCRA propuesta el 14 de agosto de 2019 que usaría criterios basados en la ubicación, en lugar de un umbral numérico (es decir, tamaño del embalse o vertedero) que requeriría que un operador demuestre un impacto ambiental mínimo para que un sitio pueda permanecer en operación. [36]
Luego de una devolución judicial, la EPA publicó su regla final "CCR Parte A" el 28 de agosto de 2020 que exige que todos los estanques de cenizas sin revestimiento se modernicen con revestimientos o se cierren antes del 11 de abril de 2021. Algunas instalaciones pueden solicitar obtener tiempo adicional, hasta 2028. encontrar alternativas para el manejo de los desechos de cenizas antes de cerrar sus embalses superficiales. [37] [38] [39] La EPA publicó su regla ""CCR Parte B" el 12 de noviembre de 2020, que permite que ciertas instalaciones utilicen un revestimiento alternativo, basándose en una demostración de que la salud humana y el medio ambiente no se verán afectados. [40] A partir de 2021 están pendientes más litigios sobre el reglamento CCR. [41]
El 11 de enero de 2022, la EPA anunció una acción coercitiva que involucra estanques de cenizas en ciertas plantas alimentadas con carbón en Indiana , Ohio , Iowa y Nueva York . La propuesta de la agencia negaría 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 los cronogramas propuestos. La EPA envió cartas de advertencia a cuatro plantas adicionales. [42] [43] 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 2023, 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. [44]
Las opciones de remediación incluyen "tapar, deshidratar y/o estabilizar, consolidar en un nuevo vertedero, eliminar fuera del sitio, convertir en humedales o cualquier combinación de estas opciones". [45]
Existen algunas iniciativas, como una iniciativa de 2015 de Duke Energy , para excavar estanques de cenizas existentes para reducir los efectos ambientales de las instalaciones eléctricas que queman carbón en el medio ambiente circundante. [46] [47]