12Recuperacin energtica ecoeficiente de residuos.Potencial en Espaa

Alvaro Feliu Jofre Llus Otero Massa

medio ambiente

Recuperacin energtica ecoeficiente de residuos.Potencial en Espaa

AutoresAlvaro Feliu Jofre Llus Otero Massa

Edita

Fundacin Gas Natural

Plaa del Gas, 1 Edificio C, 3. planta 08003-Barcelona, Espaa Telfono: 93 402 59 00 Fax: 93 402 59 18 www.fundaciongasnatural.org 1. edicin, 2007 ISBN: 978-84-611-9324-0 Depsito legal: B-29314-2007 Impreso en Espaa

PrlogoLa acelerada y permanente evolucin de la sociedad hacia pautas crecientes de los niveles de consumo material, con aumentos relevantes de la necesidad psico-sociolgica de renovacin permanente de productos, que, o an no han alcanzado su obsolescencia, o no han llegado al final de su vida til, y asimismo, con requerimientos relevantes de consumo de embalajes y de soportes de publicidad y promocin, comporta una de las caractersticas mas acusadas de funcionamiento de la actual organizacin social. Esta tendencia proporciona un correspondiente aumento de forma importante y creciente de los residuos producidos y con los cuales es preciso hacer algo, habindose producido un claro avance en las tcnicas de seleccin de los residuos, su tratamiento y reciclaje, cuando ello es posible tecnolgicamente y dentro de parmetros de equilibrio econmico. El problema remanente es que hacer con los residuos ya no aptos para el reciclaje, que son producidos por la sociedad de forma progresivamente acelerada. Existen realmente varias alternativas: no hacer nada, depositarlos en un vertedero, y esperar que desaparezcan, o intentar aprovechar su contenido energtico para ayudar a minimizar los requerimientos energticos globales, ya sea de energas fsiles (con sus limitaciones de reservas mundiales, y sus problemas de emisiones precursoras del cambio climtico y de la contaminacin local), o de energas renovables (en algunos casos con poca densidad energtica y con procesos de una cierta discontinuidad). Este libro presenta para la mayora de los residuos estandarizados existentes, tanto de origen forestal, como agropecuario, o industrial, y tambin procedentes del consumo, una descripcin de las tecnologas disponibles, para permitir su aprovechamiento energtico, pudiendo evaluar sus rendimientos y eficacia, desde una perspectiva realista y poco especulativa.

Las tecnologas presentadas presentan diferentes variantes de: transformacin elctrica con posibilidad de cogeneracin, transformacin elctrica centralizada mediante co-combustin en centrales trmicas de carbn pulverizado, transformacin trmica para la produccin de calor como energa final, as como uso directo de combustibles recuperados. El anlisis de residuos y tecnologas aplicables, ha permitido finalmente el desarrollo de un modelo de simulacin para el clculo del potencial energtico de los residuos, que se ha aplicado a los datos correspondientes a Espaa, pero que se incorpora en un CD con la correspondiente estructura informtica para permitir la realizacin de clculos y simulaciones en otros contextos, como instrumento para el planteamiento y evaluacin de las polticas oportunas. Los autores concluyen que, con una eficiente recuperacin energtica de los residuos, Espaa podra obtener de los mismos un 8,3% de su consumo de energa primaria, contra la que se estima que aportan los procedimientos y el esfuerzo actual de tan solo un 2,6%, todo ello en cifras referidas al ao 2006. Aproximadamente una cuarta parte de la energa procedera de los residuos urbanos, otra cuarta parte de los residuos industriales, y mas del cincuenta por ciento de los residuos forestales y agropecuarios, permitiendo en conjunto un ahorro de 34 millones de toneladas de emisiones de CO2 al ao, con su correspondiente efecto positivo sobre el total de las emisiones de gases de efecto invernadero del pas, en la lnea de mejora de los procesos productores del cambio climtico. Al plantearnos en la Fundacin el desarrollo de un manual de este tipo, tropezamos inmediatamente con la dificultad de encontrar los profesionales adecuados para llevar el proyecto a termino, con una orientacin del texto eminentemente prctica, pero manteniendo un nivel alto de exigencia y planteamiento. Hemos tenido la suerte de poder contar con unos autores de la calidad de Alvaro Feliu y Lluis Otero, con una dilatada experiencia en el

sector, lo que ha permitido desarrollar un trabajo novedoso y que sin duda es una positiva aportacin a la valoracin energtica de los residuos, y un estimulo al desarrollo de nuevos planteamientos. Esperamos que esta nueva publicacin, aporte al conocimiento y difusin de planteamientos y realidades, desde una perspectiva novedosa, facilitando elementos de estudio y reflexin, que permitan avanzar en la mejora de la eficacia y la eficiencia en el aprovechamiento de los residuos y en la generacin energtica.

Pedro-A. Fbregas Director General Fundacin Gas Natural www.fundaciongasnatural.org

ndice general1. Introduccin ............................................................................................................................................................................................... 1 1.1. Objeto, alcance y metodologa ................................................................................................................................................1 1.2. Caractersticas bsicas de la recuperacin energtica de residuos ..............................................2 1.2.1. Una energa secundaria frente al reciclaje ...............................................................................................2 1.2.2. Una energa subsidiaria de una actividad principal .....................................................................4 1.2.3. Una energa de transicin.............................................................................................................................................6 1.2.4. Una energa de calidad que debe aprovecharse ................................................................................7 2. Del residuo a la funcin energtica .................................................................................................................... 9

3. Tecnologas de recuperacin energtica de residuos ......................................................15 3.1. Tecnologas de produccin de combustibles recuperados..................................................................16 3.1.1. Produccin de biocombustibles slidos..................................................................................................16 3.1.2. Produccin de combustibles slidos recuperados .....................................................................19 3.1.3. Craqueo de residuos aceitosos o plsticos mezclados para producir gasleo ......................................................................................................................................................23 3.1.4. Gasificacin convencional.........................................................................................................................................25 3.1.5. Gasificacin-atomizacin de residuos mediante plasma ..................................................28 3.1.6. Digestin anaerobia ...........................................................................................................................................................32 3.1.7. Produccin de biogs concentrado................................................................................................................34 3.2. Tecnologas de transformacin energtica y uso directo de combustibles recuperados ............................................................................................................................................................38 3.2.1. Transformacin elctrica y trmica................................................................................................................383.2.2. Incineracin ..................................................................................................................................................................................40 3.2.3. Co-combustin .......................................................................................................................................................................41 3.2.4. Automocin ................................................................................................................................................................................46

4.4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.

Inventario de la generacin de residuos potencialmente disponibles para su recuperacin energtica ................................................................................51 Residuos forestales ................................................................................................................................................................................55 Residuos agropecuarios...................................................................................................................................................................55 Residuos industriales ..........................................................................................................................................................................64 Residuos del consumo ......................................................................................................................................................................69 Sntesis del inventario ........................................................................................................................................................................77 Estimacin del potencial energtico de los residuos ......................................................83 Sntesis de las tecnologas de transformacin energtica consideradas ..............................83 Definicin de los combustibles recuperados .......................................................................................................85 Asignacin del inventario de residuos a los combustibles recuperados ...........................88 Caracterizacin bsica de los combustibles recuperados.....................................................................92 Definicin de las opciones tecnolgicas de recuperacin energtica ....................................95 Evaluacin de las opciones tecnolgicas de recuperacin energtica...................................98 Clculo del potencial energtico de los residuos ........................................................................................ 116 5.7.1. Resultados .................................................................................................................................................................................. 116 5.7.2. Balance en relacin a la situacin actual de la recuperacin energtica de residuos ................................................................................................................................................. 123 Conclusiones y recomendaciones ................................................................................................................. 129

5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7.

6.

Anexo Modelo bsico de evaluacin del potencial de recuperacin energtica de los residuos.......................................................................................................................................................... 137 Siglas utilizadas ............................................................................................................................................................................................ 175 Referencias bibliogrficas ............................................................................................................................................................ 177

Captulo 1

Introduccin1.1. Objeto, alcance y metodologaLa presente gua tiene por objeto evaluar, de un modo justificado y transparente, el potencial de recuperacin energtica de los residuos generados en Espaa, para distintas opciones tecnolgicas de transformacin en energa final. Se entiende como residuo toda sustancia incluida en la Lista Europea de Residuos1. Por tanto, las aguas residuales no forman parte del mbito de esta gua. La evaluacin del potencial de recuperacin energtica se ha realizado atendiendo a tecnologas que han superado la fase de demostracin y que pueden considerarse que estn comercialmente disponibles o que lo estarn a corto plazo (menos de cinco aos). Otras tecnologas emergentes podran, a medio y largo plazo, introducir modificaciones en los tipos y cantidades de energa final (electricidad, calor, combustibles) producida a partir de residuos. No obstante, no se han considerado, puesto que su mbito de aplicacin, en particular a los residuos, su rendimiento y su viabilidad tcnicoeconmica todava son inciertos, y haran que la evaluacin perdiera confianza debido a la heterogeneidad en la fiabilidad de los datos utilizados. Aunque las tecnologas emergentes podran suponer algunas mejoras en la eficiencia y en la calidad de la energa, se considera que los resultados globales de la evaluacin no resultaran modificados de forma muy significativa. Esta gua pretende ser sinttica, prctica y divulgativa, pero sin perder por ello la rigurosidad ni evitar la complejidad y los aspectos ambientales, tecnolgicos y econmicos inherentes al mbito considerado. Se ha hecho un esfuerzo de estructuracin y clarificacin de las diversas vas tecnolgicas de recuperacin energtica de los residuos y de los conceptos bsicos asociados, con una orientacin a los servicios energticos finales alcanzados de un modo ecoeficiente. La exposicin tecnolgica se ha centrado en los elementos clave para evaluar el potencial energtico de los residuos, sin profundizar en descripciones tcnicas y jurdicas, a menudo complejas y fuertemente especializadas, que podran resultar farragosas y seran poco relevantes para el objetivo central de esta gua. De hecho, la informacin que se pretende aportar es justo la complementaria: una evaluacin del coste, rendimiento y emisiones de CO2 de las opciones tecnolgicas de recuperacin energtica, como referencia para orientar el marco jurdico-administrativo hacia la potenciacin de las alternativas ms eficientes y competitivas, compatibles con la seguridad ambiental y sanitaria y el mayor valor aadido social.1

VaseelAnejo2delaOrdenMAM/304/2002,de8defebrero,publicadaporelMinisteriodeMedio Ambiente

Puesto que se ha tratado de evaluar el potencial total de recuperacin energtica, es decir, correspondiente al aprovechamiento de todos los residuos disponibles, no ha sido necesario realizar un inventario detallado de las instalaciones de recuperacin energtica de residuos existentes en Espaa. No obstante, para evitar incoherencias llamativas en relacin a la situacin actual, se han tenido en cuenta las cifras globales de recuperacin real o potencial aportadas en el Plan Nacional de Energas Renovables y en otros documentos de planificacin de gestin de residuos. El presente documento es bsicamente un reflejo elaborado de la experiencia y conocimiento de los autores en esta materia, apoyado en una revisin bibliogrfica y en consultas puntuales a entidades especializadas: - Centro Nacional de Energas Renovables (CENER). - Institut Catal dEnergia (ICAEN). - Departamento de Ingeniera Qumica y Tecnologas del Medio Ambiente (IQTMA). Universidad de Zaragoza. - CARTIF. - Asociacin Nacional de Industrias Transformadoras de Grasas y Subproductos Animales (ANAGRASA). - IDAE.

1.2. Caractersticas bsicas de la recuperacin energtica de residuos1.2.1. Una energa secundaria frente al reciclajeEl uso de productos que finalmente se convertirn en residuos implica el consumo de tres tipos de energa, tal como se muestra en el cuadro 1.1.Cuadro 1.1. Productos, residuos y recuperacin energticaEnerga asociada al uso de productos Consumida en la obtencin y transformacin de las materias primas. Consumida en los procesos de produccin a partir de las materias primas transformadas. Consumo Material Consumida durante la vida til de los productos. Contenida en los materiales que conforman el producto. Posibilidad de recuperacin a travs del residuo Mediante el reciclaje (recuperacin material). No recuperable. Mediante reciclaje y recuperacin energtica.

Proceso

Introduccin

En particular, los materiales presentes en los residuos pueden tener un contenido energtico significativo en forma qumica, extrable por combustin, ya sea directamente o despus de un pretratamiento. Pero los residuos traen tambin consigo una mochila energtica formada por la energa que ha sido necesario consumir durante la actividad de produccin del producto al que van asociados (energa de proceso). Cuando se desecha un residuo, se est desechando tambin esta mochila energtica, que slo puede recuperarse en mayor o menor medida mediante el reciclaje (pues de otro modo es necesario volver a incurrir en ella cuando se fabrique un nuevo producto sin contenido reciclado). La energa de proceso suele ser mucho mayor que la energa material de los residuos. Por ello, en general, el reciclaje es la mejor forma de recuperar energa de una parte muy importante de los residuos (vase el cuadro 1.2) y debe ser prioritario, dentro de su rango de viabilidad, frente a las opciones de recuperacin energtica recogidas en este documento. Con frecuencia, el mayor beneficio ambiental del reciclaje de residuos radica precisamente en el ahorro de energa primaria 2 que supone recuperar una parte de su mochila energtica. Desde este punto de vista, reciclaje y recuperacin energtica, aunque integran tecnologas muy diferentes, son fundamentalmente dos caras de la misma moneda. A medida que los niveles de entropa 3 aumentan, los costes marginales del reciclaje (econmicos y ambientales) crecen. A partir de un cierto nivel de entropa del residuo, la recuperacin energtica propiamente dicha se convierte en la opcin ms beneficiosa, y debera aplicarse. Si la entropa sigue creciendo, los residuos slo pueden destinarse a recuperaciones energticas poco eficientes o, finalmente, a opciones de eliminacin. La recogida selectiva de los residuos y el ecodiseo de los productos que al final de su vida til se convertirn en residuos son las principales herramientas disponibles para reducir la entropa y facilitar el reciclaje de una parte mayor de cada flujo de residuos.

2 3

Energaqueesprecisoconsumir,yaseadeproduccinenEspaaoimportada,parasatisfacerelconsumode energafinalencantidadycalidad. Desorden,gradodemezcolanzaydispersindelosresiduos.

Cuadro 1.2. Comparacin de la eficiencia de diversas formas de recuperacin energtica para determinados residuos objeto de recogida selectiva en Espaa. Energa primaria ahorrada (kcal/kg)Material Incineracin (1) Uso trmico como combustible en horno industrial (2) 5.000 8.500 3.000 no aplica no aplica Recogida selectiva + reciclaje (3) 13.000 12.000 4.500 800 42.000

PET Residuos combustibles PEAD Papel de peridico Residuos no combustibles Vidrio Aluminio

2.500 4.250 1.500 - 40 - 60

(1)El20%delaenergacontenidaenelresiduoserecuperaenformadeelectricidad,ysustituyeunacentral trmicaconun40%derendimento. (2)Prcticamenteel100%delaenergacontenidaenelresiduoserecuperacomoenergafinaltil,quesustituye lamismacantidaddeenergaprimaria. (3)Ahorrodeenergaprimariaentodoelciclodevida,incluyendolaextraccinytransformacindelasmaterias primas. Fuente:Elaboracinpropiaapartirde: - USEPA.Waste management and energy savings: benefits by the numbers.2005. - Whiteetal.1997. - AustraliaDepartmentofEnvironmentandConservation.Benefits of recycling. 2005. - DelftUniversityofTechnology.Thermogravimetry as a tool to classify waste components to be used for energy generation.2003.

Por ejemplo, al reciclar una tonelada de plstico PET, se ahorran (recuperan) 13 millones de kcal en forma de energa primaria, equivalentes a 1,3 toneladas de petrleo, cinco veces ms que la recuperacin energtica que se consigue mediante la incineracin. El nicho de la recuperacin energtica se produce, pues, donde el balance coste-beneficio energtico y ambiental supera al del reciclaje, y al mismo tiempo es mejor que el de la eliminacin.

1.2.2. Una energa subsidiaria de una actividad principalPor definicin, los residuos son substancias generadas como consecuencia no deseada de una actividad productiva o de consumo necesaria. Es decir, los residuos se generan con independencia de cul sea su gestin posterior, porque proceden de una actividad que se lleva a cabo para cubrir necesidades humanas. Si no existe tal actividad, no puede hablarse de residuo.

Introduccin

Este concepto es importante para analizar la viabilidad econmica y ambiental de la recuperacin energtica. Si se trata de un residuo, los costes y las emisiones derivados de la recogida y transporte del residuo hasta la instalacin de tratamiento o eliminacin siempre existirn, y la viabilidad de la recuperacin energtica depender exclusivamente de los sobrecostes y sobreemisiones con relacin a las formas alternativas de eliminacin del residuo, una vez agotadas las posibilidades de reciclaje. Ello no ocurre si se trata de una materia prima, puesto que siempre es posible no producirla (ya que no es subsidiaria de ninguna actividad principal) y buscar otra materia prima alternativa. Bien es cierto que se puede tratar de reducir el residuo en origen o, si genera problemas graves a la sociedad, incluso puede optarse por cesar la propia actividad que lo genera y buscar una actividad alternativa para cubrir las necesidades humanas involucradas. No obstante, la prevencin de residuos queda fuera del mbito de esta gua, que se centra en evaluar el potencial de recuperacin energtica de los residuos una vez generados como tales, descartando aquellos que potencialmente puedan ser reciclados, opcin que ya se ha indicado como prioritaria frente al aprovechamiento energtico, siempre hasta cierto nivel cuantitativo especfico que depende del residuo y de su entropa en cada lugar y momento. Mediante un ejemplo, se muestra el corolario bsico que se deriva de este concepto de residuo como material subsidiario de una actividad principal: Si se limpia un bosque para prevenir incendios forestales, puede ser justo exigir que la recuperacin energtica de los residuos generados cubra los sobrecostes con relacin a su simple eliminacin (por ejemplo, en un vertedero), pero tal vez no que financie las labores de limpieza del bosque propiamente dichas. Otra cosa distinta es que las sinergias entre ambas actividades logren financiar ntegramente el conjunto. Cada actividad involucrada y cada valor aadido asociado debera hacerse cargo de los costes que genera. En cambio, si la limpieza del bosque se realiza con el nico objeto de obtener un combustible, la biomasa recolectada no puede considerarse un residuo, sino una materia prima. En otras palabras, si la limpieza del bosque se condiciona a que el coste derivado pueda financiarse mediante la recuperacin energtica del residuo, entonces la actividad principal no es realmente necesaria y, en consecuencia, el supuesto residuo deja de serlo y se convierte en materia prima. Por tanto, el concepto de residuo obliga a plantearse si la actividad principal es necesaria o no lo es, con independencia del destino que se d al propio residuo. En consecuencia, para evaluar econmicamente alternativas de recuperacin energtica, slo se ha considerado el sobrecoste, con relacin al vertido (u otra forma de eliminacin obligada, en su caso), del tratamiento o acondicionamiento del residuo de cada opcin de recuperacin energtica. El mismo criterio es aplicable a las emisiones de CO2. No tiene sentido considerar los costes y emisiones de las etapas previas de gestin del residuo que sean comunes a todas las formas de recuperacin energtica y a sus alternativas de eliminacin (vase la figura 1.1).

Figura 1.1. mbito para la evaluacin de las opciones de recuperacin energtica de residuos

Residuos reciclables en origen Actividades productivas, de consumo o complementarias

Residuos reciclables

Residuos

Recogida residuos

Residuos no reciclables

Pretratamiento

RE

Etapas comunes a cualquier opcin de RE o eliminacin de residuos

Eliminacin segn normativa vigente

RE: recuperacin energtica

Fuente:Elaboracinpropia.

1.2.3. Una energa de transicinLos residuos no pueden concebirse en su totalidad como una fuente de energa definitiva, puesto que la prioridad general de la gestin de residuos es precisamente su prevencin. Aunque actualmente la reduccin de la generacin de residuos no recibe toda la atencin que sera deseable (demanda social y ecoinnovacin insuficientes), los fuertes condicionantes que impone la sostenibilidad, tanto a nivel local como global y, en particular, los derivados de una evolucin negativa de la crisis energtica que comienza a vislumbrarse, pueden acabar forzando una transicin de una economa lineal de usar y tirar a una economa circular, basada en el ecodiseo para la prevencin, reutilizacin, remanufacturacin y reciclaje. Esta reconversin econmica conllevara una drstica reduccin de la generacin de residuos industriales y del consumo no reciclables y, en consecuencia, del potencial de recuperacin energtica.

Introduccin

En el escenario opuesto, si se desarrollara una fuente energtica limpia, abundante y barata, la prevencin, el reciclaje y, sobre todo, la recuperacin energtica de residuos perderan inters. En esta hiptesis, se llega a la misma conclusin: los residuos como una fuente de energa fundamentalmente transitoria. No obstante, como mnimo a corto y medio plazo, la recuperacin energtica de residuos es una opcin muy importante, que no puede ignorarse.

1.2.4. Una energa de calidad que debe aprovecharseLa energa recuperada de los residuos es la nica energa que puede ser simultneamente eficiente, competitiva, limpia, renovable, local, distribuida y continua. Ignorarla o gestionarla de forma ineficiente supone un despilfarro de recursos escasos, puesto que se trata de residuos cuyo reciclaje no resulta viable, especialmente en una poca de inestabilidad energtica por causas ambientales y de volatilidad de la oferta. Asimismo, un uso insuficiente o mal orientado de la recuperacin energtica de residuos supondra perder una oportunidad de reduccin de la carga ambiental que implica su eliminacin. Generalmente, la prevencin de emisiones de CO2 se asocia exclusivamente al uso de energas renovables, y ste es el caso de los combustibles derivados de biomasa residual. Ahora bien, las caractersticas especiales de los residuos por su condicin de materiales subsidiarios de una actividad principal necesaria, conlleva que pueda generarse energa baja en CO2 tambin con residuos de origen primigenio fsil y de forma econmicamente competitiva, cuando se efecta de forma eficiente y lo permiten las condiciones siguientes: La emisin de CO2 por unidad de energa del combustible residual es inferior a la del combustible convencional sustituido. La tecnologa de recuperacin energtica es ms barata que la tecnologa alternativa que podra utilizarse para generar la misma energa baja en CO2. Este mismo concepto puede verse tambin desde otra perspectiva equivalente: puesto que el residuo se genera en cualquier caso, lo que importa es el balance entre la emisin neta de CO2 fsil derivada de su recuperacin energtica y la derivada de la opcin alternativa de eliminacin a la que necesariamente tiene que destinarse un residuo no reciclable que no se recupera energticamente. Este ecobalance es el que finalmente permite cuantificar la emisin neta de CO2 fsil a la atmsfera que contribuye al efecto invernadero.

Ello abre una va de reduccin de las emisiones de CO2 fsil a partir de residuos no renovables en el sentido estricto (natural) de la palabra, que podra considerarse a la hora de definir las polticas pblicas y las decisiones de gestin sobre este problema ambiental prioritario. Las estimaciones numricas del captulo 5 demuestran esta aplicacin clave de los residuos (vase el cuadro 5.14).

Captulo 2

Del residuo a la funcin energticaLos usuarios finales utilizan la energa para obtener determinadas funciones que les permiten satisfacer las necesidades asociadas a su estilo de vida. Para llegar a suministrar estas funciones energticas a partir de residuos, pueden ser necesarias diversas etapas de produccin, transformacin, transporte y distribucin de la energa recuperada. La figura 2.1 representa estas etapas e introduce diversos conceptos que es necesario definir con precisin, ya que se utilizarn a lo largo de este documento: Recuperacin energtica: obtencin de energa til a partir de residuos. La definicin se detiene en este punto, sin hacer referencia a la eficiencia mnima que debe tener el proceso1. Vector energtico (V): cualquier sistema o sustancia capaz de transferir energa de un lugar a otro para su uso posterior, ya sea directamente o despus de un proceso de transformacin. Combustible recuperado (CR): combustible slido, lquido o gaseoso obtenido a partir de residuos, ya sea directamente o despus de un proceso de produccin Produccin de CR: operacin de tratamiento de los residuos para obtener un combustible recuperado. Buena parte de los residuos susceptibles de recuperacin energtica son combustibles tal como se generan y, en consecuencia, pueden catalogarse directamente como CR. No obstante, pueden darse dos excepciones muy amplias y relevantes: - Algunos residuos no son directamente combustibles por causa de su alta humedad, y requieren un tratamiento previo para convertirlos en un CR. Por ejemplo, los purines de la ganadera intensiva (constituidos en ms de un 90% en peso por agua) se someten a un proceso de digestin anaerobia para obtener biogs como CR; un residuo orgnico de alta humedad puede someterse a un bio-secado para convertirlo en un combustible slido.

1

Porejemplo,lapropuestadenuevadirectivamarcoderesiduoshaconsideradoestablecerunaeficienciamnima delaincineracinderesiduos.

- En otros casos, un residuo que es combustible tal como se genera se somete a tratamientos de afino para facilitar, diversificar o hacer ms eficiente sus posibles formas de transformacin o de uso final energticos. Por ejemplo, un residuo slido puede ser incinerado directamente para producir electricidad o puede someterse a un tratamiento para convertirlo en un combustible que cumpla determinados estndares de calidad, de forma que pueda utilizarse con un mayor valor aadido. Usuario final: el que utiliza la energa con una finalidad distinta a producir energa (usos industriales, de servicios o domsticos; mquinas herramientas, automviles, etc.). Vector energtico final (Vf): vector energtico que llega al usuario final. El vector energtico final puede ser electricidad, calor o combustible (vase la figura 2.1). En la presente Gua, el aire comprimido o la energa mecnica no se consideran como vectores finales, puesto que no tienen ninguna relevancia en el consumo final de energa de Espaa 2 . Transformacin energtica: cambio de un combustible (recuperado) a un vector energtico final que se ajusta mejor a la demanda energtica del usuario final. Tambin se utilizar el trmino conversin energtica. Los CR pueden ser utilizados directamente por el usuario final o pueden someterse a un proceso de transformacin energtica. Aplicador: equipo o sistema que convierte la energa final en la funcin que satisface las necesidades del usuario. Cuando el Vf es calor (agua caliente, vapor), la funcin se obtiene sin necesidad de aplicador. Cuando el Vf es electricidad, los aplicadores son convencionales; en otros casos, por ejemplo, el uso domstico de pelets de residuos forestales, el aplicador es ms novedoso (estufas o calderas de biomasa). Energa final: energa puesta a pie de usuario final consumida en cualquier actividad y con cualquier grado de transformacin. Puede definirse tambin como el contenido energtico del Vf en el momento que llega al usuario final. Excluye el consumo de las industrias energticas (productoras o transformadoras de la energa): por tanto, un combustible recuperado de residuos que sustituye a un combustible convencional (por ejemplo, carbn) en una central de transformacin energtica (por ejemplo, una central de produccin de electricidad) no se contabiliza como energa final.

2

Dehecho,noaparecenenlasestadsticasenergticasespaolasnitampocoenlasinternacionales(UE, OCDE).

0

2. Del residuo a la funcin energtica

La energa final que llega al usuario puede ser inferior al contenido energtico del CR debido a dos motivos: - Eficiencia de la transformacin energtica del CR. - Prdidas en las redes de transporte y distribucin de la energa. Eficiencia energtica (de un proceso o transformacin energtica): la relacin, en unidades equivalentes, entre la energa producida y efectivamente aprovechada, y la energa total introducida en el proceso, ya sea con el residuo, con el CR o de forma externa, sea fsil o renovable.

PCI y PCS La mayor parte de los combustibles estn formados por carbono (C) e hidrgeno (H) como principales agentes calorficos. Puede haber otros elementos que no contribuyen, o lo hacen de forma limitada, al poder calorfico del combustible. El carbono y el hidrgeno se combinan con el oxgeno durante la combustin y estas reacciones producen el calor. Cuando el hidrgeno se combina con el oxgeno produce vapor de agua a las altas temperaturas de la combustin. El agua se expulsa con los restantes productos de la combustin en los gases de escape del equipo en el que tiene lugar la combustin (caldera, motor, horno, etc.). Cuando los gases se enfran, el agua pasa a estado lquido (condensacin) y emite calor, conocido como calor latente, que se pierde en la atmsfera. En consecuencia, el poder calorfico de un combustible puede expresarse en forma bruta o neta. El poder calorfico bruto o superior incluye todo el calor generado por el combustible, tambin el contenido en el agua formada durante la combustin. El poder calorfico neto o inferior excluye el calor latente. Las diferencias entre el poder calorfico superior (PCS) y el inferior (PCI) son tpicamente del orden del 5% o 6% del PCS para combustibles slidos y lquidos convencionales y del orden del 10% para el gas natural. La medicin del PCI de un combustible es complicada porque a menudo contiene agua en su composicin (especialmente en el caso de los residuos), adems de la que se forma durante la combustin. En sntesis, el PCI de un combustible es el calor total producido mediante su combustin menos el calor necesario para evaporar el agua presente en el combustible o producida durante la combustin.

Figura 2.1. Del residuo a la funcin energtica

Produccin de combustibles recuperados

Transformacin energtica

RESIDUO

Recogida (*)

Tratamientos mecnicos, biolgicos, qumicos o trmicos

CR (Combustibles recuperados): Slidos Lquidos Gaseosos

Sin transformacin energtica (uso directo) Por ejemplo: Pelets de madera a caldera industrial

Transformacin elctrica centralizada Por ejemplo: Co-combustin en central trmica de carbn

(*) Incluyesegregacinenorigen Vf: vectorenergticofinal Ef: energafinal (unavezdescontadaslasprdidasenlared) p =prdidasenlared p 90% coque, un subproducto del refino de petrleo) en Espaa en el ao 2005 fue de 3.400.000, y supuso el 95% del consumo de combustibles del sector. Por tanto, el consumo total puede estimarse en unos 104 millones de GJ/ao. Si se admite una sustitucin media del 25%, podran co-combustionarse 26 millones de GJ/ao de combustibles recuperados, es decir, unas 620.000 tep/ao. Suponiendo un PCI de 16 GJ/t, se dispondra de capacidad para co-combustionar 1,6 millones de t/ao de CR. Segn la misma fuente, el consumo de combustibles recuperados en el ao 2005 fue de 256.000 toneladas. En cuanto a las centrales elctricas de carbn pulverizado, la potencia instalada en Espaa es de unos 12.000 millones de We, con un consumo anual de 30 millones de toneladas anuales de carbn, es decir, unos 1.000 millones de GJ, casi diez veces el consumo en cementeras. Si se admite una sustitucin media del 12%, podran co-combustionarse entre 100 y 120 millones de GJ/ao, equivalentes a 7,5 millones de toneladas anuales de combustibles recuperados con un PCI de 15 GJ/t. En total, la capacidad potencial de la co-combustin en Espaa superara los 135 millones de gigajulios anuales, es decir, unas 3.200.000 tep/ao.

3.2.4. AutomocinLos combustibles lquidos recuperados, especialmente los biocombustibles lquidos, se producen para su uso como biocarburantes en vehculos de transporte. Tambin puede destinarse a este uso el biometano producido a partir del acondicionamiento del biogs. El cuadro 3.11 sintetiza los tipos de biocombustibles y su empleo. Atendiendo a la dificultad de su introduccin en el mercado, se distinguen dos formas de uso: La utilizacin directa en motores convencionales, sin cambios sustanciales en el rendimiento del vehculo ni en los servicios comerciales y de mantenimiento. La utilizacin en motores convencionales modificados, que permite utilizaciones de biocombustibles prcticamente puros, sin mezcla con combustibles convencionales. Como contrapartida, la necesidad de adaptacin del vehculo limita su mercado potencial. La produccin de biodiesel Fischer-Tropsch no se ha considerado como una tecnologa disponible comercialmente a corto plazo, debido a las dificultades que todava presenta la produccin de gas de sntesis de alta pureza a partir de residuos y a gran escala. A medio plazo, se espera una gran aplicacin de esta tecnologa para producir biodiesel de excelentes caractersticas con un coste competitivo.

3. Tecnologas de recuperacin energtica de residuos

Cuadro 3.11. Biocombustibles de transporteIntroduccin en el mercado Combustibles de transporte Caractersticas principales Fcil Motor gasolina Motor disel Complicada Motor gasolina adaptado Motor disel adaptado

Sirve como antidetonante Mayor octanaje que la gasolina Menor densidad energtica que la gasolina Menor presin de vapor que la gasolina (problemas en el arranque en fro) Menor miscibilidad en agua Sirve como antidetonante Mayor octanaje que la gasolina Frente al etanol, tiene la ventaja de que no es miscible con agua y es menos voltil Norma tcnica EN 14214 Menor viscosidad que el diesel fsil Cuando se produce a partir de grasas animales, la necesidad de biometanol y catalizador se dobla BGCC (biometano) Mezclas 5-20% (D5-D20) Mezclas 10 -15% Mezclas 5-22% (E5 E22) Mezcla 85% (E85) Requiere cambiar gomas naturales por sintticas Requiere un 15% de gasolina para evitar problemas en el arranque en fro Mezclas hasta el 15%

Bioetanol

Bio-ETBE

Biodiesel (transesterificacin)

100% (D100)

Tambin BGC de la red

100% o mezcla con GN Generalmente bifuel (con depsito de gasolina)

Fuente:ElaboracinpropiaapartirdeBioenergys role in the EU energy markets,ComisinEuropea,2004.

Produccin y transformacin de combustibles recuperados de residuos (sntesis) Residuos

Tratamientos mecnico-trmicos Trituracin y cribado Secado Etc.

Tratamientos termoqumicos Craqueo

Combustibles slidos: BCS CSR RSC RC (S/L/G)

Gasificacin convencional o plasma

GS

Combustibles recuperados

Transformacin elctrica centralizada Energa final: Slo electricidad

Transformacin elctrica distribuida Electricidad y calor

BCS: biocombustible slido; CSR: combustible slido recuperado; CLR: combustible lquido recuperado; BG: biogs;

3. Tecnologas de recuperacin energtica de residuos

Tratamientos fsico-qumicos Transesterificacin

Tratamientos bioqumicosFermentacin alcohlica Digestin anaerobia

Combustibles lquidos: BCL CLR

Concentracin

Combustibles gaseosos: BG

BGC

Combustibles recuperados

Transformacin trmica Slo calor

Uso directo trmico El propio combustible recuperado

Uso directo automocin El propio combustible recuperado

RSC: residuo slido combustible; BCL: biocombustible lquido; GS: gas de sntesis; BGC: BG concentrado; RC: residuo combustible

Captulo 4

Inventario de la generacin de residuos potencialmente disponibles para su recuperacin energticaDe acuerdo con el alcance de esta gua, el presente captulo tiene por objeto recoger los datos existentes sobre los flujos de residuos suficientemente significativos cuantitativa o cualitativamente, y estimar con criterios propios la parte de estos flujos que potencialmente podran captarse para recuperacin energtica en Espaa. No se ha realizado ningn estudio especfico para verificar o mejorar la informacin obtenida de diversas fuentes. Se ha preferido centrar los esfuerzos de anlisis en la asignacin de los flujos de residuos a las opciones tecnolgicas de recuperacin energtica con mayor valor aadido ambiental, econmico y social, tal como se desarrolla en los captulos 3 y 5.

4.1. Residuos forestalesLa biomasa residual forestal puede generarse fundamentalmente en tres tipos de operaciones silvcolas: Aclarado y mantenimiento de los bosques para aumentar la produccin de madera de calidad. Explotacin del bosque (corta de los rboles). Limpieza forestal para prevenir incendios. El potencial de biomasa forestal residual deriva del incremento anual de las masas forestales, segn el estudio realizado por el INIA Produccindebiomasayfijacin deCO2porlosbosquesespaoles. A las superficies forestales del Inventario Forestal Nacional elaborado por el Ministerio de Medio Ambiente, se les ha aplicado un ndice de incremento anual de la biomasa por hectara y especie. En este ndice, se tiene en cuenta la biomasa de la parte area del rbol, excluido el fuste; es decir, se consideran las partes de biomasa area que no tienen un aprovechamiento industrial1.

1

Deformaconservadora,seadmitequetodoslosfustes,inclusolosdemenordimetro,tienenunaprovechamiento industrial(porejemplo,paravallasdemadera).

Cuadro 4.1. ndices de produccin de biomasa forestal residual (t/ha/a)Especie Pino silvestre Pino laricio Pino pinaster Pino halepensis Pino uncinata Pino radiata Pino pinea Sabina albar Pinabete Abeto douglas Haya Roble Fresno Castao Encina Quejigo Rebollo Alcornoque Eucalipto Chopo t/ha/a (30% de humedad) 0,86 1,19 0,60 0,51 3,68 1,07 1,54 0,36 1,16 1,0 1,06 1,19 9,12 2,23 1,39 1,08 1,34 0,99 1,78 4,07

Conferas

Frondosas

Fuente:CENER.

La cantidad potencial de biomasa forestal basada en el incremento anual de la masa forestal espaola asciende a 11.400.000 t/a (al 30% de humedad). La biomasa residual disponible resulta de aplicar a la potencial dos factores de correccin: Las superficies forestales con una pendiente natural igual o superior al 35% se han considerado inaccesibles por medios mecnicos de recogida y, por tanto, no disponibles. Un 20% de la biomasa se queda sobre la explotacin por motivos de conservacin del suelo o por rendimiento de la maquinaria de recogida.

4. Inventario de la generacin de residuos potencialmente disponibles para su recuperacin energtica

Con ello, la biomasa forestal residual disponible se reduce hasta 6.400.000 t/a al 30% de humedad. Esta sera la biomasa residual generada, si se realizaran labores silvcolas en toda la superficie boscosa accesible. Sin embargo, con los niveles actuales de explotacin del bosque en Espaa, la cantidad de residuos disponibles disminuye hasta 1.500.000 t/a. Este resultado se obtiene aplicando los ndices de generacin de residuos del cuadro 4.2 a los volmenes de corta de madera recopilados en el Anuario de estadstica agroalimentaria del MAPA (media de los aos 2000, 2001, 2002 y 2003).Cuadro 4.2. ndices de generacin de residuos en porcentaje sobre el fusteEspecie Pino silvestre Pino laricio Pino pinaster Pino halepensis Pino radiata Otros pinos Otras conferas Chopos Haya Castao Quercus Eucalipto Otras frondosas % sobre fuste 30 36 30 52 20 30 30 31 61 64 70 22 40

Conferas

Frondosas

Fuente:CENER,apartirdelINIA.

De forma conservadora, a efectos de clculo del potencial energtico de los residuos, se considera una generacin de residuos forestales mxima de 5.000.000 t/a. Para ello, las labores silvcolas y de explotacin del bosque en Espaa deberan triplicarse en relacin a los niveles actuales. Se considera, asimismo, que la prevencin de incendios aconseja retirar en buena parte los residuos forestales del bosque, para su recuperacin energtica o eliminacin controlada. El potencial de biomasa combustible derivada del matorral no se ha considerado; en cualquier caso, su papel en la prevencin de la desertificacin debe tenerse muy presente. Tampoco se ha considerado ninguna actuacin en las zonas boscosas protegidas (Red Natura, etc.). El PCI de la biomasa forestal residual puede verse en el cuadro 4.3.

Cuadro 4.3. Poder calorfico de los residuos forestales (GJ/t)Especie forestal Parte del rbol Poder calorfico superior (humedad=0%) 21,4 20,4 22 22 21,3 21,3 21,7 22 21,4 21,5 22,5 21,8 19,8 20,1 21 22,5 19,5 19,7 18,5 18,1 20 19,3 19,7 21 18,8 18,7 15,9 20,2 Poder calorfico inferior (humedad=0%) 20 19,1 20,8 20,6 20 20 20,5 20,5 20,1 20,2 21,3 20,4 18,5 18,8 19,9 21,1 18,3 18,4 17,3 17 18,7 18,1 18,5 19,8 17,6 17,5 14,9 19 Poder calorfico inferior (humedad=30%) 13,3 12,6 13,8 13,7 13,3 13,3 13,6 13,6 13,3 13,4 14,2 13,5 12,2 12,4 13,2 14,0 12,1 12,1 11,4 11,2 12,4 11,9 12,2 13,1 11,6 11,5 9,7 12,6

Pino silvestre

Ramas