La incineración es un proceso de tratamiento de residuos que implica la combustión de sustancias contenidas en los materiales de desecho. [1] Las plantas industriales para la incineración de residuos se conocen comúnmente como instalaciones de conversión de residuos en energía . La incineración y otros sistemas de tratamiento de residuos a alta temperatura se describen como " tratamiento térmico ". La incineración de materiales de desecho convierte los residuos en cenizas , gases de combustión y calor. Las cenizas están formadas principalmente por los componentes inorgánicos de los residuos y pueden tomar la forma de grumos sólidos o partículas transportadas por los gases de combustión. Los gases de combustión deben limpiarse de contaminantes gaseosos y particulados antes de que se dispersen en la atmósfera . En algunos casos, el calor que se genera por la incineración se puede utilizar para generar energía eléctrica .
La incineración con recuperación de energía es una de las diversas tecnologías de conversión de residuos en energía, como la gasificación , la pirólisis y la digestión anaeróbica . Si bien las tecnologías de incineración y gasificación son similares en principio, la energía producida a partir de la incineración es calor a alta temperatura, mientras que el gas combustible suele ser el principal producto energético de la gasificación. La incineración y la gasificación también pueden implementarse sin recuperación de energía ni materiales.
En varios países, los expertos y las comunidades locales aún expresan su preocupación por el efecto ambiental de los incineradores (véanse los argumentos en contra de la incineración).
En algunos países [ ¿cuáles? ] , las incineradoras construidas hace apenas unas décadas [ ¿cuándo? ] a menudo no incluían una separación de materiales para eliminar los materiales peligrosos, voluminosos o reciclables antes de la combustión. Estas instalaciones tendían a poner en riesgo la salud de los trabajadores de la planta y el medio ambiente local debido a los niveles inadecuados de limpieza de gases y control del proceso de combustión. La mayoría de estas instalaciones no generaban electricidad. [ cita requerida ]
Los incineradores reducen la masa sólida de los residuos originales en un 80-85% y el volumen (ya comprimido algo en los camiones de basura ) en un 95-96%, dependiendo de la composición y el grado de recuperación de materiales como metales de las cenizas para el reciclaje. [2] Esto significa que, si bien la incineración no reemplaza por completo el vertido en vertederos , reduce significativamente el volumen necesario para su eliminación. Los camiones de basura a menudo reducen el volumen de residuos en un compresor incorporado antes de su entrega al incinerador. Alternativamente, en los vertederos, el volumen de la basura sin comprimir se puede reducir aproximadamente en un 70% utilizando un compresor de acero estacionario, aunque con un costo de energía significativo. En muchos países, la compactación de residuos más simple es una práctica común para la compactación en los vertederos. [3]
La incineración presenta ventajas especialmente importantes para el tratamiento de determinados tipos de residuos en áreas específicas , como los residuos clínicos y determinados residuos peligrosos , en los que los patógenos y las toxinas pueden destruirse mediante altas temperaturas. Entre los ejemplos se incluyen las plantas químicas multiproducto con corrientes de aguas residuales tóxicas o muy tóxicas diversas, que no pueden encaminarse a una planta de tratamiento de aguas residuales convencional.
La quema de residuos es especialmente popular en países como Japón, Singapur y los Países Bajos, donde la tierra es un recurso escaso. Dinamarca y Suecia han sido líderes en el uso de la energía generada a partir de la incineración durante más de un siglo, en instalaciones de cogeneración localizadas que respaldan los sistemas de calefacción urbana . [4] En 2005, la incineración de residuos produjo el 4,8% del consumo de electricidad y el 13,7% del consumo total de calor doméstico en Dinamarca. [5] Varios otros países europeos dependen en gran medida de la incineración para el manejo de los residuos municipales, en particular Luxemburgo , los Países Bajos, Alemania y Francia. [2]
Los primeros incineradores para la eliminación de residuos del Reino Unido fueron construidos en Nottingham por Manlove, Alliott & Co. Ltd. en 1874 según un diseño patentado por Alfred Fryer. Originalmente se los conocía como destructores . [6]
El primer incinerador estadounidense se construyó en 1885 en Governors Island , Nueva York (Estados Unidos). [7] La primera instalación en Austria-Hungría se construyó en 1905 en Brunswick . [8]
Un incinerador es un horno para quemar residuos . Los incineradores modernos incluyen equipos de mitigación de la contaminación, como la limpieza de gases de combustión . Existen varios tipos de diseño de plantas incineradoras: parrilla móvil, parrilla fija, horno rotatorio y lecho fluidizado. [ cita requerida ]
La pila de quema o el pozo de quema es una de las formas más simples y antiguas de eliminación de residuos, que consiste esencialmente en un montón de materiales combustibles apilados en el suelo al aire libre y al que se le prende fuego, lo que produce contaminación.
Las pilas de quema pueden propagar incendios incontrolados, por ejemplo, si el viento arrastra material en llamas hacia la hierba combustible circundante o hacia los edificios. A medida que se consumen las estructuras interiores de la pila, esta puede desplazarse y derrumbarse, extendiendo el área quemada. Incluso en una situación en la que no hay viento, pequeñas brasas ligeras encendidas pueden desprenderse de la pila por convección y esparcirse por el aire hacia la hierba o hacia los edificios, encendiéndolos. [ cita requerida ] Las pilas de quema a menudo no dan lugar a una combustión completa de los residuos y, por lo tanto, producen contaminación por partículas. [ cita requerida ]
El barril de quema es una forma algo más controlada de incineración privada de residuos, que contiene el material ardiendo dentro de un barril de metal, con una rejilla de metal sobre el escape. El barril evita la propagación del material ardiendo en condiciones de viento, y a medida que los combustibles se reducen, solo pueden depositarse en el barril. La rejilla de escape ayuda a prevenir la propagación de las brasas ardientes. Por lo general, se utilizan bidones de acero de 55 galones estadounidenses (210 L) como barriles de quema, con orificios de ventilación cortados o perforados alrededor de la base para la entrada de aire. [9] Con el tiempo, el calor muy alto de la incineración hace que el metal se oxide y se oxide, y finalmente el barril mismo se consume por el calor y debe reemplazarse.
La quema privada de productos celulósicos o de papel secos es generalmente una combustión limpia, que no produce humo visible, pero los plásticos presentes en los residuos domésticos pueden provocar que la quema privada genere una molestia pública, generando olores y humos acres que hacen que los ojos ardan y lloren. Un diseño de dos capas permite una combustión secundaria, lo que reduce el humo. [10] La mayoría de las comunidades urbanas prohíben los barriles para quema y ciertas comunidades rurales pueden tener prohibiciones sobre la quema al aire libre, especialmente aquellas que albergan a muchos residentes que no están familiarizados con esta práctica rural común. [ cita requerida ]
A partir de 2006 [actualizar], en los Estados Unidos se permitía la incineración privada de pequeñas cantidades de residuos domésticos o agrícolas rurales, siempre que no resultaran molestos para los demás, no representaran un riesgo de incendio, como en condiciones secas, y el fuego no produjera humo denso y nocivo. Un puñado de estados, como Nueva York, Minnesota y Wisconsin, tienen leyes o reglamentos que prohíben o regulan estrictamente la quema al aire libre debido a los efectos sobre la salud y las molestias. [11] Es posible que se exija a las personas que tengan intención de quemar residuos que se pongan en contacto con una agencia estatal con antelación para comprobar el riesgo y las condiciones de incendio actuales, y para alertar a los funcionarios sobre el incendio controlado que se va a producir. [12]
La planta de incineración típica para residuos sólidos urbanos es un incinerador de parrilla móvil. La parrilla móvil permite optimizar el movimiento de los residuos a través de la cámara de combustión para permitir una combustión más eficiente y completa. Una sola caldera de parrilla móvil puede manejar hasta 35 toneladas métricas (39 toneladas cortas) de residuos por hora y puede funcionar 8000 horas al año con una sola parada programada para inspección y mantenimiento de aproximadamente un mes de duración. Los incineradores de parrilla móvil a veces se denominan incineradores de residuos sólidos urbanos (MSWI).
Los residuos se introducen mediante una grúa a través de la "garganta" situada en un extremo de la parrilla, desde donde descienden por la parrilla descendente hasta el pozo de cenizas situado en el otro extremo, donde las cenizas se eliminan a través de una esclusa de agua.
Una parte del aire de combustión (aire de combustión primario) se introduce a través de la rejilla desde abajo. Este flujo de aire también tiene como finalidad enfriar la propia rejilla. La refrigeración es importante para la resistencia mecánica de la rejilla y muchas rejillas móviles también se refrigeran internamente con agua.
El aire de combustión secundario se introduce en la caldera a alta velocidad a través de boquillas situadas sobre la parrilla. Facilita la combustión completa de los gases de combustión al introducir turbulencias para una mejor mezcla y garantizar un excedente de oxígeno. En los incineradores de solera múltiple/escalonada, el aire de combustión secundario se introduce en una cámara separada aguas abajo de la cámara de combustión primaria.
Según la Directiva Europea sobre Incineración de Residuos , las plantas de incineración deben estar diseñadas para garantizar que los gases de combustión alcancen una temperatura de al menos 850 °C (1560 °F) durante 2 segundos para garantizar la descomposición adecuada de las sustancias orgánicas tóxicas. Para cumplir con esto en todo momento, es necesario instalar quemadores auxiliares de respaldo (a menudo alimentados con petróleo), que se encienden en la caldera en caso de que el valor calorífico de los residuos sea demasiado bajo para alcanzar esta temperatura por sí solo.
Los gases de combustión se enfrían en los sobrecalentadores , donde el calor se transfiere al vapor, calentándolo a una temperatura típica de 400 °C (752 °F) a una presión de 40 bares (580 psi ) para la generación de electricidad en la turbina . En este punto, los gases de combustión tienen una temperatura de alrededor de 200 °C (392 °F) y pasan al sistema de limpieza de gases de combustión.
En Escandinavia , el mantenimiento programado siempre se realiza durante el verano, cuando la demanda de calefacción urbana es baja. A menudo, las plantas de incineración constan de varias "líneas de calderas" independientes (calderas y plantas de tratamiento de gases de combustión), de modo que los residuos pueden seguir recibiéndose en una línea de calderas mientras las otras se someten a tareas de mantenimiento, reparación o modernización.
El tipo de incinerador más antiguo y sencillo era una celda revestida de ladrillos con una rejilla metálica fija sobre un pozo de cenizas inferior, con una abertura en la parte superior o lateral para la carga y otra abertura en el lateral para retirar los sólidos incombustibles llamados clínkeres . Muchos incineradores pequeños que antes se encontraban en los edificios de apartamentos han sido reemplazados por compactadores de residuos . [13] [ cita completa requerida ]
El incinerador de horno rotatorio [14] es utilizado por municipios y grandes plantas industriales. Este diseño de incinerador tiene dos cámaras: una cámara primaria y una cámara secundaria. La cámara primaria en un incinerador de horno rotatorio consiste en un tubo cilíndrico inclinado revestido de material refractario. El revestimiento refractario interior sirve como capa de sacrificio para proteger la estructura del horno. Esta capa refractaria necesita ser reemplazada de vez en cuando. [15] El movimiento del cilindro sobre su eje facilita el movimiento de los desechos. En la cámara primaria, hay una conversión de fracción sólida a gases, a través de volatilización, destilación destructiva y reacciones de combustión parcial. La cámara secundaria es necesaria para completar las reacciones de combustión en fase gaseosa.
Los clínkeres se derraman por el extremo del cilindro. Una chimenea alta de gases de combustión, un ventilador o un chorro de vapor proporcionan el tiro necesario . La ceniza cae a través de la rejilla, pero muchas partículas son arrastradas junto con los gases calientes. Las partículas y los gases combustibles pueden quemarse en un "postquemador". [16]
Se hace pasar un fuerte flujo de aire a través de un lecho de arena. El aire se filtra a través de la arena hasta que se llega a un punto en el que las partículas de arena se separan para dejar pasar el aire y se produce la mezcla y el batido, creando así un lecho fluidizado y ahora se pueden introducir el combustible y los residuos. La arena con los residuos y/o combustibles pretratados se mantiene suspendida en corrientes de aire bombeadas y adquiere un carácter similar al de un fluido. De este modo, el lecho se mezcla y agita violentamente, manteniendo las pequeñas partículas inertes y el aire en un estado similar al de un fluido. Esto permite que toda la masa de residuos, combustible y arena circule completamente a través del horno. [ cita requerida ]
Los incineradores de aserrín de las fábricas de muebles necesitan mucha atención, ya que deben manipular resina en polvo y muchas sustancias inflamables. La combustión controlada y los sistemas de prevención de recalentamiento son esenciales, ya que el polvo, cuando está suspendido, se asemeja al fenómeno de ignición de cualquier gas de petróleo líquido.
El calor producido por un incinerador se puede utilizar para generar vapor que luego se puede utilizar para accionar una turbina con el fin de producir electricidad. La cantidad típica de energía neta que se puede producir por tonelada de residuos municipales es de aproximadamente 2/3 MWh de electricidad y 2 MWh de calefacción urbana. [2] Por lo tanto, la incineración de unas 600 toneladas métricas (660 toneladas cortas) por día de residuos producirá unos 400 MWh de energía eléctrica por día (17 MW de energía eléctrica de forma continua durante 24 horas) y 1200 MWh de energía de calefacción urbana cada día.
La incineración tiene una serie de salidas, como la ceniza y la emisión a la atmósfera de gases de combustión . Antes del sistema de limpieza de gases de combustión, si se instala, los gases de combustión pueden contener material particulado , metales pesados , dioxinas , furanos , dióxido de azufre y ácido clorhídrico . Si las plantas tienen una limpieza inadecuada de los gases de combustión, estas salidas pueden agregar un componente de contaminación significativo a las emisiones de la chimenea.
En un estudio de 1997, la Autoridad de Residuos Sólidos de Delaware descubrió que, para la misma cantidad de energía producida, las plantas de incineración emitían menos partículas, hidrocarburos y menos SO 2 , HCl, CO y NO x que las plantas de energía a carbón, pero más que las plantas de energía a gas natural. [17] Según el Ministerio de Medio Ambiente de Alemania , los incineradores de residuos reducen la cantidad de algunos contaminantes atmosféricos al sustituir la energía producida por plantas a carbón por energía procedente de plantas a base de residuos. [18]
Las preocupaciones más publicitadas sobre la incineración de residuos sólidos urbanos (RSU) tienen que ver con el temor de que produzca cantidades significativas de emisiones de dioxinas y furanos . [19] Muchos consideran que las dioxinas y los furanos son peligros graves para la salud. La EPA anunció en 2012 que el límite seguro para el consumo oral humano es de 0,7 picogramos de Equivalencia Tóxica (TEQ) por kilogramo de peso corporal por día, [20] lo que equivale a 17 mil millonésimas de gramo para una persona de 150 libras por año.
En 2005, el Ministerio de Medio Ambiente de Alemania, donde en ese momento había 66 incineradoras, estimó que "...mientras que en 1990 un tercio de todas las emisiones de dioxinas en Alemania provenían de plantas incineradoras, en el año 2000 la cifra era inferior al 1%. Sólo las chimeneas y estufas de azulejos de los hogares privados liberan aproximadamente 20 veces más dioxinas al medio ambiente que las plantas incineradoras". [18]
Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos , [11] los porcentajes de combustión del inventario total de dioxinas y furanos de todas las fuentes conocidas y estimadas en los EE. UU. (no solo incineración) para cada tipo de incineración son los siguientes: 35,1% barriles de patio trasero; 26,6% desechos médicos; 6,3% lodos de tratamiento de aguas residuales municipales ; 5,9% combustión de desechos municipales; 2,9% combustión industrial de madera. Por lo tanto, la combustión controlada de desechos representó el 41,7% del inventario total de dioxinas.
En 1987, antes de que las regulaciones gubernamentales exigieran el uso de controles de emisiones, las plantas de combustión de residuos municipales de Estados Unidos emitían un total de 8.905,1 gramos (314,12 oz) de equivalente tóxico (TEQ) de dioxinas. Hoy, las emisiones totales de las plantas son de 83,8 gramos (2,96 oz) de TEQ al año, lo que supone una reducción del 99%.
La quema de residuos domésticos y de jardín en barriles en los patios , que todavía se permite en algunas zonas rurales, genera 580 gramos (20 onzas) de dioxinas al año. Los estudios realizados por la EPA de los Estados Unidos [21] demostraron que una familia que utiliza un barril para quemar producía más emisiones que una planta de incineración que eliminaba 200 toneladas métricas (220 toneladas cortas) de residuos por día en 1997 y cinco veces esa cantidad en 2007 debido al aumento de sustancias químicas en la basura doméstica y a la disminución de las emisiones de los incineradores municipales que utilizan mejor tecnología. [22]
La mayor parte de la mejora en las emisiones de dioxinas en Estados Unidos se ha producido en los incineradores de residuos municipales a gran escala. En 2000, si bien los incineradores a pequeña escala (aquellos con una capacidad diaria de menos de 250 toneladas) procesaban sólo el 9% del total de residuos quemados, producían el 83% de las dioxinas y furanos emitidos por la combustión de residuos municipales. [11]
La descomposición de la dioxina requiere la exposición del anillo molecular a una temperatura suficientemente alta como para provocar la descomposición térmica de los fuertes enlaces moleculares que lo mantienen unido. Los trozos pequeños de cenizas volantes pueden ser algo gruesos y una exposición demasiado breve a altas temperaturas puede degradar la dioxina solo en la superficie de la ceniza. En el caso de una cámara de aire de gran volumen, una exposición demasiado breve también puede provocar que solo algunos de los gases de escape alcancen la temperatura de descomposición completa. Por este motivo, también existe un elemento de tiempo en la exposición a la temperatura para garantizar un calentamiento completo a través del espesor de las cenizas volantes y el volumen de los gases residuales.
Existen ventajas y desventajas entre aumentar la temperatura o el tiempo de exposición. Generalmente, cuando la temperatura de descomposición molecular es más alta, el tiempo de exposición al calentamiento puede ser más corto, pero las temperaturas excesivamente altas también pueden causar desgaste y daños en otras partes del equipo de incineración. Asimismo, la temperatura de descomposición se puede reducir hasta cierto punto, pero entonces los gases de escape requerirían un período de permanencia mayor, quizás de varios minutos, lo que requeriría cámaras de tratamiento grandes y largas que ocuparían una gran cantidad de espacio en la planta de tratamiento.
Un efecto secundario de romper los fuertes enlaces moleculares de la dioxina es la posibilidad de romper los enlaces del gas nitrógeno ( N2 ) y el gas oxígeno ( O2 ) en el aire de suministro. A medida que el flujo de escape se enfría, estos átomos desprendidos altamente reactivos reforman espontáneamente los enlaces en óxidos reactivos como NOx en el gas de combustión, lo que puede provocar la formación de smog y lluvia ácida si se liberaran directamente en el medio ambiente local. Estos óxidos reactivos deben neutralizarse aún más con reducción catalítica selectiva (SCR) o reducción no catalítica selectiva (ver a continuación).
Las temperaturas necesarias para descomponer las dioxinas no suelen alcanzarse cuando se queman plásticos al aire libre en un barril de quema o un pozo de basura, lo que provoca altas emisiones de dioxinas, como se mencionó anteriormente. Si bien el plástico suele arder en un fuego al aire libre, las dioxinas permanecen después de la combustión y flotan hacia la atmósfera o pueden permanecer en las cenizas, donde pueden filtrarse hacia las aguas subterráneas cuando la lluvia cae sobre la pila de cenizas. Afortunadamente, los compuestos de dioxinas y furanos se adhieren muy fuertemente a las superficies sólidas y no se disuelven con el agua, por lo que los procesos de lixiviación se limitan a los primeros milímetros por debajo de la pila de cenizas. Las dioxinas en fase gaseosa se pueden destruir sustancialmente utilizando catalizadores, algunos de los cuales pueden estar presentes como parte de la estructura de la bolsa de filtro de tela.
Los diseños de incineradores municipales modernos incluyen una zona de alta temperatura, donde los gases de combustión se mantienen a una temperatura superior a 850 °C (1560 °F) durante al menos 2 segundos antes de enfriarse. Están equipados con calentadores auxiliares para garantizar esto en todo momento. Estos suelen funcionar con petróleo o gas natural y normalmente solo están activos durante una fracción muy pequeña del tiempo. Además, la mayoría de los incineradores modernos utilizan filtros de tela (a menudo con membranas de teflón para mejorar la recolección de partículas submicrónicas) que pueden capturar dioxinas presentes en o sobre partículas sólidas.
En el caso de incineradores municipales muy pequeños, la temperatura requerida para la descomposición térmica de la dioxina puede alcanzarse utilizando un elemento de calentamiento eléctrico de alta temperatura, más una etapa de reducción catalítica selectiva .
Aunque las dioxinas y los furanos pueden destruirse por combustión, su reformación mediante un proceso conocido como "síntesis de novo" a medida que los gases de emisión se enfrían es una fuente probable de las dioxinas medidas en pruebas de chimeneas de emisiones de plantas que tienen altas temperaturas de combustión mantenidas en tiempos de residencia prolongados. [11]
Al igual que en otros procesos de combustión completa, casi todo el contenido de carbono de los residuos se emite en forma de CO2 a la atmósfera. Los RSU contienen aproximadamente la misma fracción de masa de carbono que el propio CO2 ( 27%), por lo que la incineración de una tonelada de RSU produce aproximadamente una tonelada de CO2 .
Si los residuos se depositaran en vertederos sin estabilización previa (normalmente mediante digestión anaeróbica ), una tonelada de residuos sólidos urbanos produciría aproximadamente 62 metros cúbicos (2.200 pies cúbicos) de metano mediante la descomposición anaeróbica de la parte biodegradable de los residuos. Dado que el potencial de calentamiento global del metano es 34 y el peso de 62 metros cúbicos de metano a 25 grados Celsius es 40,7 kg, esto equivale a 1,38 toneladas de CO2 , que es más que la tonelada de CO2 que se habría producido por incineración. En algunos países, se recogen grandes cantidades de gas de vertedero . Aun así, el potencial de calentamiento global del gas de vertedero emitido a la atmósfera es significativo. En los EE. UU. se estimó que el potencial de calentamiento global del gas de vertedero emitido en 1999 fue aproximadamente un 32% mayor que la cantidad de CO2 que se habría emitido por incineración. [23] Desde este estudio, la estimación del potencial de calentamiento global del metano se ha incrementado de 21 a 35, lo que por sí solo aumentaría esta estimación a casi el triple del efecto de GWP en comparación con la incineración de los mismos desechos.
Además, casi todos los residuos biodegradables tienen origen biológico. Este material ha sido formado por plantas que utilizan el CO2 atmosférico, normalmente durante la última temporada de crecimiento. Si estas plantas vuelven a crecer, el CO2 emitido por su combustión se eliminará de la atmósfera una vez más. [ cita requerida ]
Estas consideraciones son la razón principal por la que varios países administran la incineración de residuos biodegradables como energía renovable . [24] El resto –principalmente plásticos y otros productos derivados del petróleo y el gas– se tratan generalmente como no renovables .
Se pueden obtener distintos resultados para la huella de CO2 de la incineración con diferentes supuestos. Las condiciones locales (como una demanda limitada de calefacción urbana local, la falta de electricidad generada con combustibles fósiles para reemplazarla o altos niveles de aluminio en el flujo de residuos) pueden reducir los beneficios de la incineración en términos de CO2 . La metodología y otros supuestos también pueden influir significativamente en los resultados. Por ejemplo, las emisiones de metano de los vertederos que se produzcan en una fecha posterior pueden ignorarse o tenerse menos en cuenta, o los residuos biodegradables pueden no considerarse neutros en CO2 . Un estudio realizado por Eunomia Research and Consulting en 2008 sobre las posibles tecnologías de tratamiento de residuos en Londres demostró que al aplicar varias de estas (según los autores) suposiciones inusuales, las plantas de incineración existentes promedio tenían un rendimiento deficiente en términos de equilibrio de CO2 en comparación con el potencial teórico de otras tecnologías emergentes de tratamiento de residuos. [25]
Otras emisiones gaseosas en los gases de combustión de los hornos incineradores incluyen óxidos de nitrógeno , dióxido de azufre , ácido clorhídrico , metales pesados y partículas finas . De los metales pesados, el mercurio es una preocupación importante debido a su toxicidad y alta volatilidad, ya que esencialmente todo el mercurio en el flujo de desechos municipales puede salir en emisiones si no se elimina mediante controles de emisiones. [26]
El contenido de vapor en el conducto de humos puede producir humos visibles que pueden percibirse como una contaminación visual . Esto se puede evitar disminuyendo el contenido de vapor mediante la condensación y el recalentamiento de los gases de combustión, o aumentando la temperatura de salida de los gases de combustión muy por encima de su punto de rocío. La condensación de los gases de combustión permite recuperar el calor latente de vaporización del agua, lo que aumenta posteriormente la eficiencia térmica de la planta. [ cita requerida ]
La cantidad de contaminantes en los gases de combustión de las plantas de incineración puede o no reducirse mediante varios procesos, dependiendo de la planta.
Las partículas se recogen mediante filtración de partículas , con mayor frecuencia precipitadores electrostáticos (ESP) y/o filtros de mangas . Estos últimos son generalmente muy eficientes para recoger partículas finas . En una investigación realizada por el Ministerio de Medio Ambiente de Dinamarca en 2006, las emisiones medias de partículas por contenido energético de los residuos incinerados de 16 incineradores daneses fueron inferiores a 2,02 g/GJ (gramos por contenido energético de los residuos incinerados). Se realizaron mediciones detalladas de partículas finas con tamaños inferiores a 2,5 micrómetros ( PM 2,5 ) en tres de los incineradores: un incinerador equipado con un ESP para filtración de partículas emitió 5,3 g/GJ de partículas finas, mientras que dos incineradores equipados con filtros de mangas emitieron 0,002 y 0,013 g/GJ de PM 2,5 . Para partículas ultrafinas (PM 1.0 ), los números fueron 4,889 g/GJ PM 1.0 de la planta ESP, mientras que se midieron emisiones de 0,000 y 0,008 g/GJ PM 1.0 de las plantas equipadas con filtros de mangas. [27] [28]
Los depuradores de gases ácidos se utilizan para eliminar ácido clorhídrico , ácido nítrico , ácido fluorhídrico , mercurio , plomo y otros metales pesados . La eficiencia de la eliminación dependerá del equipo específico, la composición química de los desechos, el diseño de la planta, la química de los reactivos y la capacidad de los ingenieros para optimizar estas condiciones, que pueden entrar en conflicto para diferentes contaminantes. Por ejemplo, la eliminación de mercurio mediante depuradores húmedos se considera coincidente y puede ser inferior al 50%. [26] Los depuradores básicos eliminan el dióxido de azufre , formando yeso por reacción con cal . [29]
Las aguas residuales procedentes de los depuradores deben pasar posteriormente por una planta de tratamiento de aguas residuales. [ cita requerida ]
El dióxido de azufre también se puede eliminar mediante desulfuración en seco inyectando una suspensión de piedra caliza en el gas de combustión antes de la filtración de partículas. [ cita requerida ]
El NO x se reduce mediante reducción catalítica con amoníaco en un convertidor catalítico ( reducción catalítica selectiva , SCR) o mediante una reacción a alta temperatura con amoníaco en el horno ( reducción no catalítica selectiva , SNCR). La urea puede sustituir al amoníaco como reactivo reductor, pero debe suministrarse antes en el proceso para que pueda hidrolizarse en amoníaco. La sustitución de la urea puede reducir los costes y los posibles riesgos asociados al almacenamiento de amoníaco anhidro. [ cita requerida ]
Los metales pesados a menudo se adsorben en el polvo de carbón activo inyectado , que se recoge mediante filtración de partículas. [ cita requerida ]
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La incineración produce cenizas volantes y cenizas de fondo, al igual que ocurre cuando se quema carbón. La cantidad total de cenizas producidas por la incineración de residuos sólidos urbanos oscila entre el 4 y el 10% en volumen y el 15-20% en peso de la cantidad original de residuos, [2] [30] y las cenizas volantes representan aproximadamente el 10-20% de las cenizas totales. [2] [30] Las cenizas volantes, con diferencia, constituyen un peligro potencial para la salud mayor que las cenizas de fondo, porque las cenizas volantes suelen contener altas concentraciones de metales pesados como plomo, cadmio , cobre y cinc , así como pequeñas cantidades de dioxinas y furanos. [31] Las cenizas de fondo rara vez contienen niveles significativos de metales pesados. En la actualidad, aunque algunas muestras históricas analizadas por el grupo de operadores de incineradoras cumplirían los criterios de ecotoxicidad, la EA dice que "hemos acordado" considerar las cenizas de fondo de las incineradoras como "no peligrosas" hasta que se complete el programa de pruebas. [ cita requerida ]
La contaminación por olores puede ser un problema en las incineradoras antiguas, pero los olores y el polvo están muy bien controlados en las plantas de incineración más modernas. Reciben y almacenan los residuos en un área cerrada con presión negativa y el flujo de aire se dirige a través de la caldera, lo que evita que los olores desagradables se escapen a la atmósfera. Un estudio descubrió que el olor más fuerte en una instalación de incineración en el este de China se producía en su puerto de vertido de residuos. [32]
Un problema que afecta las relaciones comunitarias es el aumento del tráfico de vehículos de recogida de residuos para transportar los residuos municipales a la incineradora. Por este motivo, la mayoría de las incineradoras se encuentran en zonas industriales. Este problema se puede evitar en cierta medida mediante el transporte de los residuos por ferrocarril desde las estaciones de transferencia. [ cita requerida ]
Los investigadores científicos han investigado los efectos de los contaminantes producidos por la incineración de residuos en la salud humana. Muchos estudios han examinado los impactos en la salud de la exposición a contaminantes utilizando las directrices de modelado de la EPA de EE. UU. [33] [34] [35] La exposición por inhalación, ingestión, suelo y contacto dérmico se incorporan en estos modelos. Los estudios de investigación también han evaluado la exposición a contaminantes a través de muestras de sangre u orina de residentes y trabajadores que viven cerca de incineradores de residuos. [34] [36] Los hallazgos de una revisión sistemática de investigaciones anteriores identificaron una serie de síntomas y enfermedades relacionados con la exposición a la contaminación de los incineradores. Estos incluyen neoplasia, [34] problemas respiratorios, [37] anomalías congénitas, [34] [37] [38] y muertes infantiles o abortos espontáneos. [34] [38] Las poblaciones cercanas a incineradores antiguos y con un mantenimiento inadecuado experimentan un mayor grado de problemas de salud. [34] [37] [38] Algunos estudios también identificaron un posible riesgo de cáncer. [38] Sin embargo, las dificultades para separar la exposición a la contaminación de las incineradoras de la contaminación combinada de la industria, los vehículos de motor y la agricultura limitan estas conclusiones sobre los riesgos para la salud. [34] [36] [37] [38]
Muchas comunidades han abogado por la mejora o eliminación de la tecnología de incineración de residuos. Se han citado exposiciones a contaminantes específicos, como altos niveles de dióxido de nitrógeno, en quejas lideradas por la comunidad relacionadas con el aumento de las visitas a las salas de emergencia por problemas respiratorios. [39] [40] Se han publicitado los posibles efectos de la tecnología de incineración de residuos en la salud, en particular cuando se ubica en comunidades que ya enfrentan cargas de salud desproporcionadas. [41] Por ejemplo, se ha investigado la incineradora Wheelabrator en Baltimore, Maryland, debido al aumento de las tasas de asma en su comunidad vecina, que está ocupada predominantemente por personas de color de bajos ingresos. [41] Los esfuerzos liderados por la comunidad han sugerido la necesidad de futuras investigaciones para abordar la falta de datos de contaminación en tiempo real. [40] [41] Estas fuentes también han citado la necesidad de asociaciones académicas, gubernamentales y sin fines de lucro para determinar mejor los impactos de la incineración en la salud. [40] [41]
El uso de incineradoras para la gestión de residuos es un tema controvertido. El debate sobre las incineradoras suele involucrar a intereses comerciales (que representan tanto a los generadores de residuos como a las empresas incineradoras), a los reguladores gubernamentales, a los activistas ambientales y a los ciudadanos locales que deben sopesar el atractivo económico de la actividad industrial local con sus preocupaciones sobre los riesgos para la salud y el medio ambiente.
Entre las personas y organizaciones involucradas profesionalmente en este tema se incluyen la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. y un gran número de agencias reguladoras de la calidad del aire locales y nacionales en todo el mundo.
La historia de la incineración de residuos sólidos urbanos (RSU) está íntimamente ligada a la historia de los vertederos y otras tecnologías de tratamiento de residuos . Los méritos de la incineración se juzgan inevitablemente en relación con las alternativas disponibles. Desde la década de 1970, el reciclado y otras medidas de prevención han cambiado el contexto de tales juicios. Desde la década de 1990, las tecnologías alternativas de tratamiento de residuos han ido madurando y volviéndose viables.
La incineración es un proceso clave en el tratamiento de desechos peligrosos y desechos clínicos. A menudo es imperativo que los desechos médicos se sometan a las altas temperaturas de la incineración para destruir los patógenos y la contaminación tóxica que contienen.
El primer incinerador de los EE. UU. se construyó en 1885 en Governors Island , Nueva York. [69] En 1949, Robert C. Ross fundó una de las primeras empresas de gestión de residuos peligrosos de los EE. UU. Comenzó Robert Ross Industrial Disposal porque vio una oportunidad de satisfacer las necesidades de gestión de residuos peligrosos de las empresas del norte de Ohio. En 1958, la empresa construyó uno de los primeros incineradores de residuos peligrosos de los EE. UU. [70]
La primera instalación de incineración a gran escala operada por un municipio en los EE. UU. fue la Planta de Recuperación de Recursos Arnold O. Chantland, construida en 1975 en Ames, Iowa . La planta todavía está en funcionamiento y produce combustible derivado de desechos que se envía a plantas de energía locales para su uso como combustible. [71] La primera planta de incineración comercialmente exitosa en los EE. UU. fue construida en Saugus, Massachusetts , en octubre de 1975 por Wheelabrator Technologies, y todavía está en funcionamiento en la actualidad. [30]
Existen varias empresas de gestión ambiental o de residuos que transportan los residuos a un incinerador o a un centro de tratamiento en hornos de cemento. Actualmente (2009), hay tres empresas principales que incineran residuos: Clean Harbours, WTI-Heritage y Ross Incineration Services. Clean Harbours ha adquirido muchas de las instalaciones más pequeñas, gestionadas de forma independiente, y ha acumulado entre 5 y 7 incineradores en el proceso en todo Estados Unidos. WTI-Heritage tiene un incinerador, situado en la esquina sureste de Ohio , al otro lado del río Ohio desde Virginia Occidental. [ cita requerida ]
Se han cerrado varias incineradoras de vieja generación; de las 186 incineradoras de RSU que había en 1990, sólo quedaban 89 en 2007, y de las 6200 incineradoras de residuos médicos que había en 1988, sólo quedaban 115 en 2003. [72] No se construyeron nuevas incineradoras entre 1996 y 2007. [ cita requerida ] Las principales razones de la falta de actividad han sido:
En Estados Unidos y Canadá se ha renovado el interés por la incineración y otras tecnologías de conversión de residuos en energía. En Estados Unidos, en 2004 se concedió a la incineración la posibilidad de obtener créditos fiscales para la producción de energía renovable. [73] Se están llevando a cabo proyectos para aumentar la capacidad de las plantas existentes y los municipios están evaluando una vez más la opción de construir plantas de incineración en lugar de seguir depositando los residuos municipales en vertederos. Sin embargo, muchos de estos proyectos han enfrentado una oposición política constante a pesar de los renovados argumentos a favor de los beneficios de la incineración en materia de gases de efecto invernadero y de un mejor control de la contaminación del aire y del reciclaje de cenizas.
En Europa, como resultado de la prohibición de depositar residuos no tratados en vertederos, [74] se han construido muchas incineradoras en la última década, y hay más en construcción. Recientemente, varios gobiernos municipales han iniciado el proceso de contratación para la construcción y operación de incineradoras. En Europa, parte de la electricidad generada a partir de residuos se considera que proviene de una "fuente de energía renovable" (FER) y, por lo tanto, es elegible para créditos fiscales si se opera de manera privada. Además, algunas incineradoras en Europa están equipadas con recuperación de residuos, lo que permite la reutilización de materiales ferrosos y no ferrosos que se encuentran en los residuos quemados. Un ejemplo destacado es la planta de energía a base de residuos de AEB, en Ámsterdam. [75] [76]
En Suecia, aproximadamente el 50% de los residuos generados se queman en instalaciones de conversión de residuos en energía, produciendo electricidad y abasteciendo los sistemas de calefacción de distrito de las ciudades locales. [77] La importancia de los residuos en el sistema de generación de electricidad de Suecia se refleja en sus 2.700.000 toneladas de residuos importados por año (en 2014) para abastecer a las instalaciones de conversión de residuos en energía. [78]
Debido a los objetivos cada vez mayores de reciclaje de residuos sólidos urbanos en la UE, de al menos el 55 % para 2025 hasta el 65 % para 2035, [79] varios países que incineran tradicionalmente corren el riesgo de no cumplirlos, ya que como máximo el 35 % permanecerá disponible para el tratamiento térmico y la eliminación. [80] [81] Desde entonces, Dinamarca ha decidido reducir su capacidad de incineración en un 30 % para 2030. [82]
La incineración de residuos no peligrosos no se incluyó como una forma de inversión verde en la taxonomía de la UE para actividades sostenibles [83] debido a preocupaciones sobre dañar la agenda de circularidad, deteniendo efectivamente la financiación futura de la UE al sector de incineración de residuos sólidos municipales.
La tecnología empleada en la industria de gestión de residuos del Reino Unido ha quedado muy por detrás de la de Europa debido a la amplia disponibilidad de vertederos. La Directiva sobre vertederos establecida por la Unión Europea llevó al Gobierno del Reino Unido a imponer una legislación sobre residuos que incluye el impuesto sobre vertederos y el Plan de Comercio de Derechos de Vertedero . Esta legislación está diseñada para reducir la liberación de gases de efecto invernadero producidos por los vertederos mediante el uso de métodos alternativos de tratamiento de residuos. La posición del Gobierno del Reino Unido es que la incineración desempeñará un papel cada vez más importante en el tratamiento de los residuos municipales y el suministro de energía en el Reino Unido. [ cita requerida ]
En 2008, existen planes para posibles ubicaciones de incineradores en aproximadamente 100 lugares, que han sido mapeados interactivamente por ONG del Reino Unido. [84] [85] [86] [87]
En virtud de un nuevo plan de junio de 2012, se creó un programa de subvenciones respaldado por DEFRA (el Programa de Mejora de la Agricultura y la Silvicultura) para fomentar el uso de incineradores de baja capacidad en las zonas agrícolas a fin de mejorar su bioseguridad. [88]
Recientemente se ha concedido un permiso [89] para lo que sería el mayor incinerador de residuos del Reino Unido en el centro del corredor Cambridge – Milton Keynes – Oxford , en Bedfordshire . Tras la construcción de un gran incinerador en Greatmoor en Buckinghamshire y los planes para construir otro cerca de Bedford , [90] el corredor Cambridge – Milton Keynes – Oxford se convertirá en un importante centro de incineración en el Reino Unido.
Existen sistemas de incineración de emergencia para la eliminación urgente y biosegura de animales y sus subproductos después de una mortalidad masiva o un brote de enfermedad. La presión pública y una importante exposición económica han obligado a aumentar la regulación y la aplicación de las normas por parte de los gobiernos e instituciones de todo el mundo.
Las enfermedades contagiosas de los animales han costado a los gobiernos y a la industria 200.000 millones de dólares en 20 años hasta 2012 y son responsables de más del 65% de los brotes de enfermedades infecciosas en todo el mundo en los últimos sesenta años. Un tercio de las exportaciones mundiales de carne (aproximadamente 6 millones de toneladas) se ve afectada por restricciones comerciales en cualquier momento y, por ello, los gobiernos, los organismos públicos y los operadores comerciales se centran en métodos más limpios, seguros y robustos de eliminación de los cadáveres de animales para contener y controlar las enfermedades.
Los sistemas de incineración a gran escala están disponibles a través de proveedores especializados y los gobiernos suelen comprarlos como medida de seguridad en caso de brotes contagiosos. Muchos son móviles y pueden desplegarse rápidamente en lugares que requieran eliminación biosegura.
Existen incineradores de pequeña escala para fines especiales. Por ejemplo, los incineradores móviles de pequeña escala están destinados a la destrucción higiénicamente segura de desechos médicos en países en desarrollo . [91] Empresas como Inciner8, una empresa con sede en el Reino Unido, son un buen ejemplo de fabricantes de incineradores móviles con sus modelos I8-M50 e I8-M70. Los incineradores pequeños se pueden desplegar rápidamente en áreas remotas donde se ha producido un brote para eliminar a los animales infectados rápidamente y sin el riesgo de contaminación cruzada. [ cita requerida ]
Los incineradores en contenedores son un tipo especial de incinerador que está diseñado específicamente para funcionar en lugares remotos donde no se dispone de infraestructura tradicional. Estos incineradores suelen construirse dentro de un contenedor de transporte para facilitar su transporte e instalación.
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