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Avances en la Destrucción de SAO no deseadas en Hornos de Cemento
en la República Bolivariana de Venezuela
Junio 2013
Ester C. Monroyestermjg@gmail.com
Avances - Destrucción de SAO en Venezuela 2
CONTENIDO
• INTRODUCCIÓN• SAO NO DESEADAS Y ALTERNATIVAS PARA SU DESTRUCCIÓN • CO-PROCESAMIENTO DE SAO EN HORNOS DE CEMENTO• AVANCES EN LA DESTRUCCIÓN DE SAO – VENEZUELA• DESAFÍOS
E. Monroy, Junio 2013
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INTRODUCCIÓN
• Gestión de los desechos peligrosos presente en la agenda ambiental internacional a partir de comienzos del decenio de 1980.
• CONVENIO DE BASILEA (marzo 1989), establece medidas para la gestión y eliminación de desechos peligrosos.
• Sinergias entre Convenios ambientales en la gestión de los productos químicos y desechos peligrosos.
• En el marco del Protocolo de Montreal, se impulsan acciones para la destrucción de SAO no deseadas y desechos.
E. Monroy, Junio 2013
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ELIMINACIÓN
• “Cualquier operación especificada en el anexo IV del Convenio de Basilea”.
• Medidas para reducir o eliminar liberaciones derivadas de … (Convenio de Estocolmo).
Anexo IV A Operaciones que no pueden conducir a:
Anexo IV B Operaciones que pueden conducir a:
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• Eliminación progresiva del consumo de SAO, según cronograma establecido en el Protocolo de Montreal.
Recuperación de recursos, reciclado, regeneración,
reutilización directa y otros usos
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DESTRUCCIÓN
Distinción entre la destrucción y la eliminación:
• No se define de manera explícita en el Convenio de Basilea.
• Se podrá considerar como un subconjunto de las actividades que se incluyen en la definición de eliminación (UNEP/POPS/INC.2/6, párr. 6).
• Figuran actividades de tratamiento fisicoquímico o biológico, mediante la incineración o por otros medios.
Transformación irreversible, para garantizar que no exhiban las características iniciales de peligrosidad / resulten en especies
inocuas.
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ELIMINACIÓN DE SAO• Preocupación por los Bancos de SAO acumulados a nivel mundial.• Estudio de opciones de disposición de SAO en países Artículo 5, Japón
(2006).
• Tecnologías aprobadas para la destrucción de SAO, (11ava, 15ava MOP). • Enfoques :
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Sustitución temprana
Recolección y recuperación
Almacenamiento temporal,
transporte y destrucción
foránea
Tecnologías de Destrucción
específicas - local
Erik Pedersen, 11th Annual FA Workshop. Marzo, 2007.
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ALTERNATIVAS DE DESTRUCCIÓN DE SAO
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Tecnologías aprobadas Espuma CFC Halones
Hornos de cemento x x
Incineración de Inyección líquida x x x
Oxidación de gases / humos x x
Incineración de residuos sólidos Municipales x
Reactor de craqueo x
Incinerador de horno rotatorio x x x
Arco de Plasma de Argón x x
Plasma acoplado por inducción de radiofrecuencia x x
Plasma de microondas / Nitrógeno x x
Deshalogeneración catalítica en fase gas x x
Reactor de vapor sobrecalentado x x
Panel de Expertos en Economía y Tecnología del Protocolo de Montreal (TEAP)
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ALTERNATIVAS DE DESTRUCCIÓN DE SAO
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Costos Iniciales de las diferentes tecnologías de destrucción de SAO
Opción Costo Inicial Capacidad de destrucción/recuperació
n
Construcción de una nueva instalación (reactor de vapor supercalentado)
Aprox. 500.000 USD 25 Kg/hora
Construcción de una nueva instalación de recuperación
Aprox. 300.000 USD 15 Kg/hora (CFC12, liq)200 Kg/hora (CFC11 gas)
Modificación de un horno de cemento Aprox. 50.000 USD 30-50 Kg/horaExportar a otros países con tecnología disponible Aprox. 280.000 USD
para 21 TMNo aplica
Fuente: Ministerio del Ambiente de Japón, 2006
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LA INDUSTRIA CEMENTERA
• Producción mundial de cemento: 2,9 millones de Ton (2008).
• Consumo alcanzará 3,4 millones de Ton en 2020 (Degré, 2009).
• Aprox. 6% del total de fuentes de emisiones estacionarias de CO2 (IPCC, 2005).• Emisiones atmosféricas dependen de materias primas, combustibles y tipo de
proceso empleado.
• Para producir 1 Ton de clínker se consume 1,5 -1,7 Ton de materia prima. • Consumo de 60 a130 kg. de combustible o equiv., y aprox. 105 KWh de
electricidad por Ton de cemento producida (Loréa, 2007).
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• Co-procesamiento de desechos, proporciona energíarecupera materiales, mientras se produce cemento.
• Manejo ambientalmente seguro de desechos peligrosos.
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CLINKER/CO-PROCESAMIENTO
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Fuente: CMC, Holcim 2005.
Preservar el uso de recursos naturales a través del uso intensivo de combustibles y materias primas alternativas
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CO-PROCESAMIENTO DE DESECHOS
Requerimientos
• Marco normativo adecuado para la gestión de desechos peligrosos.
• Cumplimiento estricto de controles de alimentación, proceso y emisiones.
• Composición de la materia prima y del combustible; puntos de alimentación; el proceso de limpieza de gases de escape; calidad del clínker; impacto ambiental.
• Únicamente en hornos de cemento que cumplan con todos los requisitos técnicos y ambientales para su autorización.
• Método de eliminación sin recuperación (destrucción) si existen beneficios ambientales.
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EXPERIENCIAS EN DESTRUCCIÓN DE SAO• JAPÓN
• INDONESIA
• MEXICO (Destrucción de 166.7 toneladas de CFC contaminados).
• Aprobación de proyectos relacionados con destrucción de SAO, por el Comité Ejecutivo del Fondo Multilateral para la Implementación del Protocolo de Montreal .
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•.
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AVANCES EN VENEZUELA
• FASES DE IMPLEMENTACIÓN
Fase I. Concepción de la propuesta y planificación general(2010).
Fase II. Investigación y elaboración de estudios de soporte (2011-2012).
Fase III. Adaptación tecnológica/ infraestructura (2012).
Fase IV. Prueba de quemado - creación de capacidad (2013)
Fase V. Fortalecimiento de la Gestión integral de refrigerantes y sus desechos.
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FASE I.
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Estrategia global
Capacidad Nacional Destrucción de
Refrigerantes creada operativa
Sensibilización a sectores clave
Evaluación de opciones nacionales destrucción
Revisión de políticas y aspectos relacionadoscon Kioto y Montreal
2010 2011FASE I 2012 FASE II
Recolección de datos y estimación de inventario
Estrategias Específicas
Establecimiento de Vinculo entre sectores
Búsqueda de fuentesde financiamiento
Preparación de proyectos
Proyecto Piloto de destrucción
Creación convenios/acuerdos entre las partes del proyecto
Recolección y análisis detallado de Información
Preparación de Proyecto y Ejecución Protocolo
de prueba
Creación de la Red de Recuperación de Refigerantes
Fortalcimiento de Red de recolección / recuperación
Creación de incentivos/Medidas legales que
apoyen la recuperación Sensibilización
de usuarios de la Red
Desarrollo de estrategias y programas de recuperación
a pequeños y sector informal
Proyecto autosustentable de destrucción progresiva
Preparación y ejecución de proyecto Mecanismo de autofinanciamiento
Plan de Monitoreo Ajuste de Capacidad
ROADMAP
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FASE I.
Objetivo del Proyecto
Desarrollar una experiencia Piloto orientada a la destrucción de refrigerantes halogenados no deseados, mediante el co-procesamiento térmico en la planta de producción de cemento de la empresa INVECEM ubicada en San Sebastián de los Reyes, Edo. Aragua, que permita crear la capacidad nacional instalada para la destrucción futura y progresiva de sustancias agotadoras de la capa de ozono y/o con potencial de calentamiento global (CFC, HCFC, HFC)
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FASE I.Alcance del Proyecto
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• Proyecto a escala piloto
• Valorar las variables de la cadena de manejo de refrigerantes: desde la etapa de generación, recuperación del refrigerante hasta la etapa de destrucción.
• Desarrollo por fases que permitan alcanzar la sustentabilidad de la operación de destrucción y la gestión integral de los refrigerantes.
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FASE I.
PLANTAS INVECEM
Cumarebo
San Sebastián
PLANTA DE PRODUCCIÓN/REGENERACIÓN
SERVITRONIC, C.A
SERVITRONIC
, C.A
CENTROS DE ACOPIO
Alcance geográfico del Proyecto
Edición del origina (Fuente: FONDOIN, Junio 2011).
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FASE II.
• ESTUDIOS Y ANÁLISIS DE VIABILIDAD
1. Evaluación de Factibilidad Técnica de la Capacidad de Destrucción de Sustancias Agotadoras de la Capa de Ozono (SAO) en Hornos de Cemento en Venezuela (2011).
2. Documento de orientación para la Creación de Capacidades para la Destrucción Nacional y Ambientalmente segura de CFC, HCFC y HFC en la Industria Cementera (Abril 2012).
• Análisis de viabilidad de opciones • Evaluación de la demanda de destrucción• Selección de tecnología y adecuación
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EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍASTecnologías Principio
Características TEAP* Disponibilidad nacional
Experiencia similar
Desempeño ambiental
Hornos de cemento Co-procesamiento térmico en horno de cemento a 1.100 - 2.000ºC.
Si OperativoRecibe desechos peligrosos líquidos y sólidos autorizados
Tierras contaminadas con Plaguicidas organoclorados
Alto
Incineración de Inyección líquida
Tratamiento térmico a 800 ºC.
Si OperativoRecibe desechos peligrosos líquidos autorizados
Experiencia con solventes No halogenados *
Medio-bajo
Incinerador de horno rotatorio
Co-procesamiento térmico en horno rotatorio producción agregados livianos a 350 – 1100 ºC.
Si OperativoRecibe desechos peligrosos líquidos y sólidos autorizados
Experiencia con solventes y sólidos No halogenados *
Medio - Alto
Arco de Plasma de Argón Destrucción térmica pirolisis (descarga eléctrica) a temp. muy elevadas.
Si No disponibleProyecto aún no autorizado
- -
Declorinación o tratamiento por reacción alcalina
Descontaminación declorinación química con metal alcalino
- Ensayos y operaciones puntuales
- BajoDe alto impacto
Declorinación e hidrogenación catalítica
Destrucción por reacciones catalíticas de declorinación.
- No disponible a escala comercial
Exitoso a escala Experimental
Alto
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VENTAJAS PLASMA Argón INCINERACIÓN HORNOS CEMENTEROS
Temperatura 1800- 2000 ºC Alcanza hasta 1800 ºC 1.100 y 2.000ºC Eficiencia destrucción Muy alta
Mayor 99.999 Alta
Mayor 99.9 Alta
Mayor 99.9 Formación de Dioxinas y Furanos
Muy Baja0.006 ng/m3 TEQ
Baja0.031 ng/m3 TEQ
Baja0.1 a 0.05 ng/m3 TEQ
Tasa de Destrucción Alta40-100 kg/h
Muy Alta165kg/h
MEDIA4-50kg/h
Costos operación 3-4 US/kg 3-5 US/kg MUY BAJO Puede aprovecharse para otros residuos
SI(de naturaleza similar. No es viable para espumas)
SI( de naturaleza similar)
Ya se realiza en otros casos
DESVENTAJAS
Pre-tratamiento Puede requerir para remoción de aceites
No necesariamente NO - Se requiere un stma. eficiente de inyección
Efluentes Acuosos SI SI NO
Otros Sistema móvil Puede ser móvil Dosificación inadecuada puede deteriorar el refractario y mermar la calidad del producto.
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EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍAS
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SELECCIÓN DE LA PLANTA
• Proceso óptimo para el co-procesamiento de SAO (temperaturas y tiempo de residencia requeridos).• Bajo contenido de cloro esperado.• Cercanía a centros industriales (logística). • Autorizados y con experiencia en el co-procesamiento de desechos en niveles de eficiencia y control ambiental satisfactorios.• Infraestructura, capacidad técnica y personal calificado.
.Conocimientos y lecciones aprendidas que le confieren a la
empresa, una ventaja y oportunidad en el desarrollo del proyecto.
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SELECCIÓN DE LA PLANTA
Antecedentes en la Industria Cementera Nacional
• Lodos petroleros, de fondos de tanques, de tratamiento de efluentes• Hidrocarburos pesados• Tierras contaminadas con plaguicidas POPs• Mezclas de hidrocarburos con o sin agua• Catalizadores gastados• Lodos de pintura• Aceites usados con o sin agua• Solventes gastados• Madera, polímeros y absorbentes contaminados • Impregnantes y textiles contaminados• Cauchos y gomas• Cenizas de combustión• Residuos de aluminio y/o hierro, de calcio y arenas contaminadas
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FASE II.
EVALUACIÓN DE LA DEMANDA DE DESTRUCCIÓN
• Evaluación de existencias (inventarios)
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Inventarios de stocks de SAO no deseadas y desechos Cantidades (2011)
1. Excedentes de Producción -
2. Refrigerantes decomisados por importación ilícita Aprox. 19.472,oo Kg mezcla de R12: 13,3 %, R22: 66,8 % R125: 10,7 %, R134a: 9,1 %
3. Refrigerantes provenientes del Programa de Recuperación y Regeneración.
570 Kg R12, 366 Kg R134-a, 423 Kg R11.
4. Refrigerantes provenientes del Programa de Recuperación y Regeneración almacenados en los centros de acopio
200 Kg. CFC-113 virgen
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FASE II.ESTIMACIÓN DE DEMANDA DE DESTRUCCIÓN
• Estimación de la demanda prevista (generación progresiva), por sector, tipo de sustancia (CFC, HCFC y HFC) y tipo de fuente de generación; Estimación de SAO no deseada y desechos en el Sector Refrigeración Estimación de banco de halones no deseada y desechos Estimación de generación anual de refrigerante no deseado, recuperado y desechos.
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Demanda Prevista
estimada
Demanda prevista ajustada
Generación anual de SAO no deseada/desechos
Tasa de crecimiento económico
Modificación de la Normativa/políticas
Tasa de crecimiento demográfico
Modificación de patrón de consumo
• Demanda prevista ajustada:
Condiciones de generación eventual Cambios previsibles en normas nacionales Exigencias en gestión de refrigerantes y desechos.
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FASE III.ADAPTACIÓN DE LA PLANTA
• Adecuación del punto de alimentación (entrada al quemador principal)
• Sistema de alimentación (regulador/medición de flujo másico)
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FASE III.INVERSIONES
• Conducción stma. Tuberías, válvula de emergencia y control de presión.
• Infraestructura para precalentamiento de cilindros (*).
• Controles - piezas eléctricas.
• Formación del personal operativo en las instalaciones.
• Adecuación de infraestructura y procedimientos de recepción y almacenamiento.
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Costo inicial para la prueba de quemado~ 50.000 $US
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FASE IV. PROTOCOLO DE QUEMADO
• Revis ión de procedimientos e ins talaciones de la planta para la realización de la prueba piloto.
• Evaluación de línea base de Cl, F en materia prima, harina, Baghouse, c línker, cemento y AFR actual.
• Revis ión de emis iones (HCl, HF y resto) evaluaciones iso-cinéticas disponibles .
• Simulaciones , balance de masas , revisión y def inición de límites .
• Matriz de riesgos para la realización de prueba.
• Documento técnico y adminis trativo
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FASE IV.PROTOCOLO DE QUEMADO
E. Monroy, Junio 2013
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FASE IV.Condiciones Establecidas para la prueba
• SAO: diclorodifluorometano (CCl2F2, R12) aprox. 99.54%.
• Dosificación: flujo de10 Kg/h
• Tiempo de monitoreo: 8 horas
• Número de corridas: 3
• Tiempo máximo de estabilización con alimentación de las SAO: 3 horas
• Material total estimado para la prueba: 360 Kg y 120 Kg (contingencias)
• Evaluación de emisiones atmosféricas en operación directa.
• Caracterización de materia prima que ingresa al horno, SAO y clínker producido.
E. Monroy, Junio 2013
PROTOCOLO DE QUEMADO
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FASE IV.
E. Monroy, Junio 2013
PROTOCOLO DE QUEMADO
Caracterización de emisiones atmosféricas
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FASE IV.PRUEBA DE QUEMADO
• Definición de necesidades (tiempo, financieras y técnicas).
• Plan de comunicaciones y gestión de riesgos
• Contrataciones de servicios (Laboratorio certificado, personal de apoyo y logística).
• Toma de muestras y mediciones de los parámetros clave (emisiones), análisis de laboratorio y monitoreo de la dosificación de refrigerantes.
• Desarrollo de la Prueba de Quemado: Julio 2013.
• Evaluación de resultados y gestión de autorización.
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FASE IV.PRUEBA DE QUEMADO
• Eficiencia de destrucción (ED) de SAO destruido en el proceso.
ED = [(Win – Wout)/Win] * 100Win: tasa de alimentación SAO en masa que alimenta el horno Wout: tasa de emisión en masa del mismo constituyente que sale del horno (antes del control de contaminación del aire).
• Eficiencia de destrucción y eliminación (EDE) de SAO
EDE = [(Win – Wout ch)/Win] *100i
Win: tasa de alimentación SAO en masa que alimenta el horno Wout ch: tasa de emisión en masa del mismo constituyente en las emisiones de escape antes de su liberación a la atmósfera.
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FASE V.
E. Monroy, Junio 2013
Fortalecimiento de la Gestión integral de refrigerantes
Elementos críticos
• Incentivo a la recuperación• Conexión efectiva de la cadena de manejo• Costos asociados a servicios
Transporte Reciclaje/regeneración Destrucción
• Establecimiento de políticas nacionales• Mecanismos e instrumentos económicos• Esquemas alternativos para un gestión integral
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FASE V.
E. Monroy, Junio 2013
Instrumentos/Mecanismos Económicos
Opción 1. Depósito – tarifa de descuento
Opción 4. Exoneración de impuesto por inversión y prestación de servicio de mejora ambiental (destrucción)
Opción 3. Impuesto por importación – producción de refrigerantes contaminantes
Opción 2. Exoneración de impuesto por inversión y prestación de servicio de mejora ambiental (acopio, transporte)
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DESAFÍOS
E. Monroy, Junio 2013
• Capacidad técnica para el servicio de co-procesamiento de SAO OPERATIVA y AUTOSUSTENTABLE.
• Mecanismos de internalización de costos de destrucción y red de recuperación y acopio de refrigerantes.
• Armonización de políticas e instrumentos legales que conduzcan al enfoque de "ciclo de vida integrado” de los refrigerantes.
• Ampliación de la red de recuperación y centros de acopio de refrigerantes.
• Esquemas alternativos para la gestión integral y sustentable de los refrigerantes y sus desechos.
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Ester Monroyestermjg@gmail.com
“¿Qué están haciendo, picando piedra? …. Estamos creando los cimientos de una hermosa catedral”
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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CO-PROCESAMIENTO DE DESECHOS
Características esenciales del proceso - Hornos Rotatorios (EIPPCB, 2010):
• Temperatura max 2000 °C (quemador principal, llama);
• Tiempos de retención del gas (aprox. 8 seg. y superior a los 1.200°C)
• Temperatura de los materiales de aprox. 1.450°C en zona de sinterización,
• Atmósfera de gas oxidante
• Tiempo de retención (Tr) del gas en los quemadores secundarios mayor a 2 seg. y superior a 850°C;
• Precalcinador con Tr más largos y las temperaturas más elevadas;
• Temperatura de sólidos 850°C en el quemador secundario y en el calcinador;
• Condiciones uniformes de combustión para fluctuaciones de carga debidas a las altas temperaturas a tiempos de retención suficientemente largos;
E. Monroy, Junio 2013
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CO-PROCESAMIENTO DE DESECHOS
Características esenciales del proceso - Hornos Rotatorios (EIPPCB, 2010):
• Destrucción de contaminantes orgánicos por altas temperaturas y Tr largos;
• Sorción de componentes gaseosos: HF, HCl y el SO2 en reactivos alcalinos;
• Alta capacidad de retención para metales pesados unidos a partículas;
• Tr cortos de gases de escape en el rango de temperatura en el que se da la formación de PCDD/PCDF;
• Reciclado de material y recuperación de energía: uso de cenizas de combustible como componentes del clínker;
• Los desechos específicos de producto no se generan debido al uso completo del material en la matriz del clínker.
• Incorporación químico-mineralógica de metales pesados no volátiles a la matriz del clínker.
E. Monroy, Junio 2013