VALORIZACIÓN DE SUBPRODUCTOS: CASOS EXITOSOS NACIONALES E

INTERNACIONALES.

Dr. Xavier Elias Castells.Consultor Internacional

Ex director de la Bolsa de Subproductos de Catalunya.

La Plata, 4 de abril de 2016

VALORIZACIÓN DE SUBPRODUCTOS: CASOS EXITOSOS NACIONALES E

INTERNACIONALES.

1ª Parte. Residuos Industriales.

2ª Parte. Residuos Urbanos.

Residuos, Subproductos o Recursos?

PRINCIPIOS DE LA ECONOMÍA LINEAL

Nutrientes tecnológicos

DESARROLLOSOSTENIBLE

Contaminación aguas

Gases de efecto invernadero

PROMOVER CRITERIOS DE SOSTENIBILIDAD

Agotamiento recursos Contaminación

Reducción de gases de efecto invernadero.Promover una economía baja en carbono.Reducir la contaminación de aguas, suelos, ..

ECONOMÍA LINEAL

La Bolsa de Subproductos es una herramienta para potenciar la Economía Circular.

En un futuro deben incluirse criterios de economía circular en las autorizaciones de actividad así como en la contratación pública.

LA BOLSA DE SUBPRODUCTOS COMO PARADIGMA DE LA

MODERNA ECONOMÍA CIRCULAR

residuo

Valorizacióncerámica

Nuevo material consumo

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INCINERACIÓN Y RECICLAJE.

Tal y como muestra el gráfico, los países europeos que mas incineran son también los que mas reciclan.La Directiva marco de residuos 98/2008 en su articulo 11 fija, para 2020, un 50% de reciclaje y reutilización de los RSU. Con la fracción resto lo mas aconsejable es la valorización energética.

IncineraciónVertidoRecicladoCompostado

MODALIDADES DEL WtE (Waste to Energy).

El Waste to Energy permite sistemas directos (si el RSU es combustible) o indirectos.

Residuos Sólidos Urbanos

Sistemas de WtE

ElectricidadCalor y/o frío

CSR

CDR

PROCESO CATALÍTICO

ElectricidadGasóleo

Combustible líquido

Combustible (sustituto carbón)

Combustible (sustituto

carbón)

Bio alcoholes

La energía embebida en los procesos de valorización.

Tecnologías adecuadas para la valorización de residuos. Ejemplos.

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LOS SMART-MATERIALESLa fabricación de materiales de construcción está unido a la eficiencia energética en la vivienda.

MATERIALES

RECICLAJEMateriales modificados

Disminuciónresiduos

ENERGÍA

Materias primas vírgenesResiduos (materiales recuperados)

Energía embebidaPropiedades térmicas

Materiales con bajaHuella de carbono

“SMART-MATERIALES”

Consecuencias: “Smart-cities”

Ahorro deenergía

Eficiencia energéticaEn la edificación

Disminución del efecto“isla de calor”

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LOS MATERIALES EN CLAVE DE CONSUMO Y RECURSOS

Desde el punto de vista del impacto ambiental y energético, los materiales de construcción podrían clasificarse según procedan de: • MINERÍA METÁLICA• MINERÍA EXTRACTIVA NO METÁLICA• MINERÍA ENERGÉTICA (Plásticos)• RECURSOS FORESTALES• RECICLAJE

93%

4%3%

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QUE ES LA ENERGÍA EMBEBIDAEs la energía involucrada en un material, producto o elemento requerida para extraer y procesar las materias primas, manufacturar el producto y transportar el material y el producto hasta su punto de uso.

Impactos ambientales

LA ENERGIA EMBEBIDA EN FABRICACIÓN Y LA TOTAL EN

LOS MATERIALES CORRIENTES.El gráfico siguiente muestra la diferencia (no ponderada) de las energía embebidas en fabricación y las finales cuando el material se halla en obra.

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Material EE Fabricación kWh/kg

EE total kWh/kg

Cerámica, hormigón, vidrio

1,1 1,8

Poliméricos 19,5 43,8

Acero y aluminio 0,6 2,3

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DISEÑO PARA EL RECICLAJELa metodología de diseño para el reciclaje incorpora criterios de reciclaje y recliclabilidad en la fase de diseño de los materiales. Esta variable no debe afectar a las propiedades del producto.

• Productos reciclados son los que se producen con materiales reciclados.

• Productos recliclables son los que se fabrican para ser reciclados al final de su vida útil (por ejemplo se prescinde de materiales peligrosos).

Ladrillos fabricados con lodos de EDAR

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CUANTIFICACIÓN DE LAS FASES AMORFAS POR TECNOLOGIAS Y POSIBILIDADES DE RECICLAJE.

El gráfico muestra, en valores porcentuales, las cantidades mínimas y máximas habituales en:• Los materiales cerámicos• El clínker• El vidrio

Cerámica

Clinker

Vidrio

0% 20% 40% 60% 80% 100%120%

MáximoMinimo

ECOBRICK. LADRILLO AISLANTE FABRICADO CON FANGO DE

EDAREl fango de EDAR contiene por término medio un 70 % de humedad y su fracción seca esta compuesta por materia orgánica e inorgánica en proporciones que dependen del proceso de tratamiento a que haya sido sometido.Durante la cocción los compuestos orgánicos del fango: celulosa, lignina, grasas, microorganismos patógenos, etc. se destruyen y en su lugar se crean unos poros cerrados que darán lugar a sus propiedades térmicas. Los componentes inorgánicos: arcillas, tierras, metales pesados, etc. quedan insertados en la matriz vítrea del cuerpo cerámico y, por tanto, inertizados.

SUSTRATOS Y SOPORTESEn términos agrícolas un substrato es un portador de nutriente. El caso mas conocido es la turba.El soporte es el acumulador de líquido. Para acumular líquido es imprescindible una frondosa estructura porosa .

Poro cerrado: aPoro abierto: b, c, d, e, f

FABRICACIÓN DE SUSTRATOS AGRÍCOLAS A PARTIR DE RESIDUOS:

PLÁSTICO CON FIBRA DE VIDRIO.

La foto de la parte superior muestra la forma física del substrato.La foto inferior muestra el sustrato en el interior de sacos y cultivando lechugas en el IRTA.

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LAS MEZCLAS CON CEMENTOLos adoquines “Lurgain”, son mezclas de cemento con residuos que cumplen las UNE 127-015, de resistencia mecánica y a la abrasión.La densidad es de 2.300 kg/m3 y de colores.

RECICLADO DE LOS PLÁSTICOSReciclado mecánicoLavado, triturado y extrusión (prensado). Tiene un coste relativamente elevado.Sirve para fabricar componentes para mobiliario urbano, vallas, tuberías o material de embalaje.Reciclado químicoIntenta reconvertir los plásticos en sus monómeros originales. Se utilizan métodos térmicos de calentamiento para romper los enlaces de las largas cadenas de polímeros.La gasificación y la hidrogenación son las que tienen mejor futuro.Reciclado energéticoEn la mayoría de países el sistema de valorización energética es la incineración. En otros se usa como combustible en las cementeras.

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DESPOLIMERIZACIÓN CATALÍTICAA relativamente baja temperatura y con la ayuda de catalizadores se obtienen resultados aceptables (de residuos con mucho carbono).

GOMA Y CAUCHOUna vez triturado, el neumático puede añadirse al firme de carretera bajo dos sistemas:• Vía seca: con granulometría gruesa (máximo 1 mm). La goma substituye el árido (como máximo de un 3% en peso).• Vía húmeda: con tamaño muy fino (< 0,7 mm) se añade a la fracción bituminosa. La cantidad a añadir es del orden del 10% en peso sobre la masa de betún.También puede valorizarse como:• Polvo seco para aplicaciones en tarimas,

baldosas, alfombras, etc.• Pirólisis catalítica para petrogasoil.

Sistemas de valorización del vidrio recuperado.

La vitrificación como sistema para la valorización de residuos peligrosos.

LOS VITRIFICADOS

El proceso, de forma resumida, consiste en mezclar:• Un formador de vidrio, el cuarzo es el más habitual, aún que puede ser el boro o el fósforo.• Un modificador del retículo, formado por el flujo fundente, a los que pueden añadirse los metales pesados que se desea inertizar.

El conjunto se echa en un horno que se calienta hasta llegar a la fusión total. El enfriamiento brusco colapsa la estructura vítrea y la convierte en un sólido inerte.

Una variante de este sistema es el "vitrificado in situ“.

Encapsulado

Vitrificado: Unión físico-química

en la red vítrea

OAl

Contaminante

SiK

OTRAS VÍAS DE RECICLAR VIDRIOS

Fabricación de esferas reflectantes: Se trata de unas microesferas de vidrio que se añaden a las pinturas de señalización horizontal para aumentar el poder reflectante por la noche.Vidrio celular: Esta fabricado con vidrio y carbono y contiene millones de burbujas atrapadas que confieren propiedades de baja densidad y aislamiento térmico.Las “burbujas” se pueden obtener con residuos.Es impenetrable por líquidos y vapores.

LOS RESIDUOS DE RAEE: MONITORES DE PANTALLAS.

En 2014 cada europeo generó 18 kg/año y se espera que en 2017 esta cifra casi se doble. La normativa europea exige recuperar un mínimo de 4 kg/persona y año.

VITRIFICACIÓN DE FANGOS DE EDAR CON METALES PESADOS.

Los fangos de EDAR tienen alrededor del 35% de materia inorgánica.La caracterización de la fracción residual, después de incinerar o gasificar es compatible con los óxidos vitrificadores.Se puede hacer grava y/o pavimento.

VITRIFICACIÓN DE POLVOS DE MINERÍA CON ARSÉNICO.

La foto muestra una serie de baldosas vitrificadas con polvos de arsénico. Éste está inserto en la matriz química del silicato sin ninguna posibilidad de lixiviar.

Es posible fabricar, como muestra la foto, diferentes formatos y diversos acabados superficiales.

TEJAS VITRIFICADAS CON PROPIEDADES FV

La foto de la figura muestra un soporte de vidrio sobre el que se ha aplicado un sustrato conductor (Cu, Mo,…) por CPD (Chemical Plasma Deposition).Seguidamente se deposita la capa absorbedora: el elemento activo dador de electrones (sales de Cu, Se, S) u otra combinación (Sn, Sb, Cu).

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VALORIZACIÓN DE LA CASCARILLA DE ARROZ

Esta compuesta por celulosa, lignina y otros compuestos orgánicos.En algunas zonas se utiliza como combustible, ya que tiene un poder calorífico del orden de las 3.500 Kcal/kg. La combustión de la corteza de arroz produce una media del 20% de cenizas con un gran porvenir ya que es un claro sustituto, o aditivo, del cemento en la formulación de hormigones. Tienen propiedad puzolánica .

2ª Parte

La gestión sostenible de los RSU.

Los CDR (Combustibles Derivados del Residuo).

PIB Y GENERACIÓN DE RSULa generación del RSU es una función del PIB per cápita en todo el mundo.A medida que aumenta el PIB per cápita se incrementa la generación de residuos.

Series10

100200300400500600700800

Generación kg/ha año PIB per capita (€x100/año)

PIB CARACTERIZACIÓN DEL RSUEn el RSU pueden distinguirse tres fracciones básicas que condicionan la gestión de los mismos:• Materia orgánica fermentable.• Fracción combustible (envases y embalajes).• Inertes y cenizas.

La gráfica muestra los valores en porcentaje según el PIB per cápita en €/habitante y año

LOS MODELOS DE GESTIÓN DE LOS RSU

Los modelos de gestión de RSU son:

• Recogida selectiva (modelo muy variable).• Valorización energética (electricidad o calor).• Vertido.

RECOGIDA SELECTIVA Fracciones recuperadas

RECICLAJE Fracción resto

VALORIZACIÓN ENERGÉTICA

INCINERACIÓN

ElectricidadCalor/fríoFracción resto

GASIFICACIÓNBiocarburante Fracción resto

VERTIDO EN MASA

VERTEDEROS SEGUROS

VERTEDEROS PELIGROSOS

LA RECOGIDA SELECTIVA Y EL RECICLAJE

RSU

30% Recogida selectiva

Recuperación

Fracciónresto

70% Recogida en masa/rechazo

Biosecado/ Compost

Vertido

TRATAMIENTO

Fracción fermentableFracción resto

Valorizaciónenergética

SELECCIÓN

En la UE, la tendencia en la gestión tiende a aumentar la recogida selectiva. En Alemania se ha llegado al 48% de valorización.

LAS VIAS DE TRATAMIENTO DE LOS RSU

El tratamiento de los RSU se halla íntimamente relacionado con su caracterización.En la UE esta prohibido verter o incinerar los RSU sin tratamiento previo.

Cantidad mayoritaria de fermentable

Cantidad mayoritaria de combustible

Rellenosanitario

Digestoresanaerobios

SoluciónAvanzada

CSR- Bioalcoholes

Recogidaselectiva

SolucionesAvanzadas

CDR-Bioalcoholes

Incineración

LOS TRATAMIENTOS MECÁNICOS – BIOLÓGICOS

(MBT).

RSU

CLASIFICACIÓN MECÁNICA

Metales

CDR:Plásticos y

papeles

Fermentables

Rechazo > 50%

DIGESTIÓN ANAEROBIA

Biogás LodosCompost deMala calidadBioestabilizado

LOS TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS - MECÁNICOS.

RSU

Predigestión aerobia

MetalesCDR:

Plásticos

Rechazo < 10%

CLASIFICACIÓN MECÁNICA

CSR:Fibra

CSR PCI: 3.100 kcal/kgHumedad < 15%Densidad: 200 kg/m3

CDRPCI: 5.500 kcal/kgHumedad < 15%Densidad: 100 kg/m3

ESCENARIOS DE VALORIZACIÓN DE LA FRACCIÓN “FERMENTABLE”.

La fracción fermentable y lignocelulósica, una vez ha sido sometida a la predigestión aeróbia, tiene diversas opciones de valorización.

CSR verde

Secado

Coque

Catálisis pirolítica

Gasóleo

Electricidad

Materiaprima

cerámica

Combustible

Fibra paraPapel/cartón

CSR – VerdePCI: 3.100 kcal/kgHumedad : 20%Densidad: 200 kg/m3

Impropios: 5% a 15%

FABRICACIÓN DE LADRILLOS AISLANTES Y DE BAJA HUELLA

DE CARBONOCon la introducción de CSR en la masa arcillosa se logra un material mas ligero (20%) y aislante.Si, además, se emplea este CSR como combustible, la huella de carbono es, prácticamente, nula.

Densidad % CSR Kg/m3

2.025 0%

1.930 2,5%

1.745 5,5%

1.635 8,0%

OPCIONES DE VALORIZACIÓN DE LA FRACCIÓN NO

FERMENTABLE

La fracción no fermentable, constituida por plásticos y textiles, una vez seca y triturada, puede tener las siguientes aplicaciones.

CDR

Secado

Coque

Despolimerización catalítica

Gasóleo

Electricidad

Combustible

CDRPCI: 5.800 kcal/kgHumedad : 20 %Densidad: 100 kg/m3

EMPLEO DE CDR COMO COMBUSTIBLE.

La tabla muestra los porcentajes de sustitución de combustibles fósiles por CDR en los principales países europeos. Los datos, promediados, hacen referencia al período 2006-2011.

La valorización energética y los sistemas de conversión de la

materia orgánica.

Exigencias de rendimiento de la UE (Directiva 89/2008).

RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA INCINERACIÓN

El esquema de la figura muestra el rendimiento térmico de una instalación de incineración.Admitiendo que el rendimiento del conjunto horno-caldera es del 85 % y el de turbina vapor-alternador del 20/22 %, el conjunto arroja un rendimiento global próximo al 18/20%, si la potencia es superior a 10 MW, de lo contrario los rendimientos bajan mucho.El problema mas significativo es la condensación del vapor que absorbe, aproximadamente el 75% de la energía del vapor.

ORC: EL CICLO ORGÁNICO DE RANKINE

Está pensado para generar energía eléctrica a partir de fuentes de calor residuales a baja temperatura.El vapor que hace girar la turbina no es agua sino un hidrocarburo.A bajas potencias presenta mejores rendimientos que la turbina de vapor.El funcionamiento es mas seguro (menos averías).

DESPOLIMERIZACIÓN CATALÍTICA

La temperatura rompe los largos enlaces poliméricos y con la ayuda de un catalizador se descompone, en ausencia de aire, en los componentes básicos:• Gases (hidrocarburos incondensables).• Vapores condensables (gasóleos).• Coque: fracción sólida.

RENDIMIENTO ELÉCTRICO DE LA GASIFICACIÓN.

El material a gasificar debe ser razonablemente homogéneo.El gas de síntesis debe entrar frío y libre de alquitranes en el motor.

RENDIMIENTOS EN FUNCIÓN DE LA POTENCIA

Se supone que la energía entrada al sistema es la misma: Los parámetros de referencia son:• Turbina vapor: Temperatura vapor de 350ºC.• ORC. Temperatura agua sobrecalentada

160ºC.• Motor gas vertedero. Rendimiento motor 35%.

Rendimiento tasa recuperación: 10%.

POSIBILIDADES DE UTILIZACIÓN FINAL DEL GAS DE SÍNTESIS

El objetivo último de un proceso de conversión energético es transformar el residuo orgánico en energía. La etapa final del proceso de gasificación es la obtención de un gas de síntesis. A partir de él las posibilidades de transformación energética son las indicadas en el esquema siguiente.

Compresor

Gasificador

quemador

RESIDUO

CALDERA +TURBINA VAPOR

CALDERAEnergíatérmica

BIOCARBURANTES 2ª GENERACIÓN

MOTOR TURBINA DE GAS +

(TURBINA VAPOR)

ACONDICIONAMIENTODE LOS GASES

OTRAS ALTERNATIVAS PARA LOS RSU

El proceso desarrollado por ENERKEM, consiste en:• Clasificación y trituración (recuperación de materiales reciclables) y secado.• Gasificación de la fracción resto.• Tratamiento del gas de síntesis.• Síntesis del etanol.

El producto final, el etanol, se usa para las gasolinas oxigenadas.

COMBUSTIBLES DE SEGUNDA GENERACIÓN.

A partir del típico CDR (ver análisis elemental), se genera un gas de síntesis para obtener metanol y/o etanol.

CDR % pesoC 52,0%H 7,3%

O 32,3%N 0,9%S 0,2%Cl 0,5%

Inertes 6,9%TOTAL 100,0%Humedad 15,0%

GASIFICACIÓN

CH3OH 450 l/t CDR seco

H2O pura

CO2

NH4

Char e inertes

El uso de combustible elaborado a partir de RSU permitirá reducir más de un 80% las emisiones a la atmósfera.American Airlines

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CONCEPTO DE BIORREFINERIA.

En Westburry (Canadá), ENERKEM ha construido una planta para la producción de metanol a partir de diversas materias residuales:

• Madera creosotada.• CDR

En Edmonton una plantaPara 15 t/h de CDR

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DEMANDA DE METANOLLa demanda de metanol en el mundo sigue creciendo. El destino para carburantes es solo del 33%.Se espera que en 2020 se alcancen los 100 millones de toneladas.

Residuos y subproductos.

SUBPRODUCTOS Artículo 5 Directiva 2008/98/EC

Se reconoce que una materia resultante de un proceso industrial, no sea considerada residuo sino subproducto si cumple las siguientes condiciones: a) es seguro que la sustancia u objeto va a ser utilizado ulteriormente;b) la sustancia u objeto puede utilizarse directamente sin tener que someterse a una transformación ulterior distinta de la práctica industrial normal;c) la sustancia u objeto se produce como parte integrante de un proceso de producción; yd) el uso ulterior es legal, es decir la sustancia u objeto cumple todos los requisitos pertinentes para la aplicación específica relativos a los productos y a la protección del medio ambiente y de la salud, y no producirá impactos generales adversos para el medio ambiente o la salud humana.

FIN DE LA CONDICIÓN DE RESIDUO Artículo 6 Directiva 2008/98/EC

1.   Determinados residuos específicos dejarán de ser residuos, en el sentido en que se definen en el artículo 3, punto 1, cuando hayan sido sometidos a una operación, incluido el reciclado, de valorización y cumplan los criterios específicos que se elaboren, con arreglo a las condiciones siguientes:a) la sustancia u objeto se usa normalmente para finalidades específicas;b) existe un mercado o una demanda para dicha sustancia u objeto;c) la sustancia u objeto satisface los requisitos técnicos para las finalidades específicas, y cumple la legislación existente y las normas aplicables a los productos; yd) el uso de la sustancia u objeto no generará impactos adversos globales para el medio ambiente o la salud.Los criterios incluirán valores límite para las sustancias contaminantes cuando sea necesario y deberán tener en cuenta todo posible efecto medioambiental nocivo de la sustancia u objeto.

Conclusiones:

La Bolsa de Subproductos y las nuevas tecnología aportan muchas herramientas para optimizar la

gestión de los residuos.

La economía circular debe ser el principio para la sostenibilidad en la gestión de los residuos.

GRACIAS POR SU ATENCIÓNxelias@econotermia.com