Pues sí, seguimos evaluando diferentes soluciones al problema de la generación excesiva de residuos y cómo el ingeniero químico puede colaborar en estas técnicas. Si comenzamos por explicar como funciona un vertedero, hoy nos fijaremos en el siguiente peldaño del tratamiento de residuos: la valorización energética.

La valorización energética persigue minimizar el volumen de los residuos formados y a la vez se aprovecha la energía que contienen. Teniendo en cuenta las limitaciones de las fuentes de energía más tradicionales, la valorización energética puede ser (y de hecho, ha sido) una alternativa realista para apoyar otros sistemas de generación de energía.

Las técnicas que permiten aprovechar la energía de los residuos son variadas e incluyen la incineración, la forma más directa de obtener energía a partir de residuos. La gasificación y la pirólisis como tratamientos térmicos adicionales y también la digestión anaeróbica como tratamiento biológico pueden considerarse técnicas de generación de energía, aunque también pueden tener otros objetivos como veremos.

Para poder dar una explicación de todas ellas, tendremos que escribir más de un artículo al respecto, espero que los disfrutéis.


INCINERACIÓN

Es un tratamiento térmico que consiste en una oxidación completa de materiales orgánicos en exceso de oxígeno. Básicamente estamos hablando de quemar la basura. En este proceso se reduce la cantidad de residuos y se generan cenizas, gases, partículas y calor.

Las ventajas de este proceso incluyen la posibilidad de recuperar la energía (de hecho, la incineración sin recuperación de energía está prohibida) y que se pueden tratar una gran variedad de residuos dentro de la misma planta. Además, la superficie de implantación es relativamente pequeña.

Y las desventajas también son numerosas: los residuos no se eliminan por completo, por lo que es necesario un vertedero especial y se generan gases que deben ser tratados, así como sustancias extremadamente tóxicas de difícil eliminación (dioxinas y furanos). Además, se necesita una fuente de energía externa y el coste de instalación y tratamiento puede ser elevado. Por último, el rechazo social a las instalaciones de incineración debe tenerse en cuenta.

Desde el punto de vista del proceso hay que tener en cuenta diferentes factores, para empezar las características del combustible: el poder calorífico, la composición, homogeneidad, estabilidad y la formación de cenizas y gases deben evaluarse en cada caso, pero en general los residuos son muy heterogéneos y con propiedades variables.

El proceso completo incluye un pretratamiento de los residuos para adecuar el tamaño si es necesario, la incineración propiamente dicha en un horno y el tratamiento de los gases producidos para eliminar los principales contaminantes después de aprovechar su energía de alguna forma. La siguiente imagen representa el proceso general.

 

alt

 

Hay muchísimas variedades en modelos de horno (rotatorio, de parrilla, de lecho fluidizado...) que intentan provocar una combustión lo más completa posible con un alto grado de mezclado entre los residuos y el oxígeno. El diseño concreto determinará la eficiencia del proceso, el tiempo de residencia o la cantidad de cenizas o gases contaminantes generados.

Aunque con un poco de retraso, es hora de empezar con la propuesta que os hice de evaluar las diferentes opciones de que disponemos en la actualidad para enfrentarnos a la cantidad masiva de residuos que generamos.

Hace unas semanas os introduje los diferentes grupos en que podían clasificarte estas soluciones: eliminación, valorización energética, reciclaje, reutilización y prevención. 

Empezaremos por la eliminación, el menos deseable de los finales de nuestra basura.

En este artículo debe entenderse “eliminación” como la disposición de residuos en vertederos, práctica que está reglada legalmente en la directiva europea 1999/31/CE y cuya aplicación concreta en España se recoge en el Real Decreto 1481/2001.

Todos estos documentos legales indican la importancia de llevar a cabo una disposición responsable de los residuos, de manera que entrañen el menor peligro posible para el entorno natural y la población.

El vertido es la forma más simple y directa de deshacerse de los residuos, también la más antigua. Simplemente consiste en almacenarlos en algún lugar concreto que minimice los efectos perjudiciales sobre la población que los genere.

VERTEDEROS INCONTROLADOS

En principio, la basura podría acumularse en cualquier lugar sin ningún tratamiento previo, suponiendo una forma increíblemente sencilla y económica de deshacerse de ella. Pero, como sabemos, las consecuencias de esta práctica son muy negativas e incluso peligrosas. A pesar de esto, estos vertederos incontrolados o clandestinos siguen existiendo, una situación especialmente grave en países en vías de desarrollo a la que no deberíamos ser ajenos.

alt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¿Cuáles son los riesgos de este tipo de vertedero?

Para empezar, la acumulación de residuos de manera incontrolada ocasiona problemas directos de salud pública como olores o plagas de roedores y mosquitos, que prosperan en estos lugares, y las enfermedades que pueden transmitir.

La Química Verde, también denominada Química Sostenible, es la química para la prevención  de la contaminación. Se ha definido como el diseño, la manufactura y el uso de sustancias químicas y procesos que reducen o eliminan el uso o la generación de residuos y productos nocivos para el medio ambiente o la salud humana.

La Química Sostenible, en sus diferentes vertientes de I+D+I, es un ámbito científico actual, innovador y en rápido desarrollo alrededor del mundo. La Química Verde utiliza principios químicos que garantizan no solamente el logro de los objetivos económicos de las industrias, sino también los objetivos de calidad ambiental.

Dicho esto, a continuación se recogen los principios de la Química Verde y varios ejemplos de algunos de ellos.

PRINCIPIO 1: Es mejor evitar el residuo que tratarlo o eliminarlo después de formado.

Ejemplo: Aplicaciones del carbonato de dimetilo (CDM) como alternativa al fosfeno en las reacciones de carbonilación y como un sustituto del cloruro de metilo y el sulfato de dimetilo en las reacciones de metilación. Los procesos con CDM no generan co-productos y han demostrado excelentes selectividades cuando se utilizan catalizadores tales como las zeolitas y el carbonato potásico, substancias amigables con el medio ambiente.

PRINCIPIO 2: Los métodos de síntesis deben ser diseñados para maximizar la incorporación de todos los materiales utilizados en el producto final.

Ejemplo: El ibuprofeno es un analgésico ampliamente utilizado. La síntesis del ibuprofeno ha necesitado de seis etapas de reacciones incorporando menos del 40% de los átomos puestos en juego. Se ha diseñado una ruta sintética catalítica que requiere únicamente tres pasos, con una eficacia de átomos que alcanza el 80% tal como se ve a continuación:

alt

PRINCIPO 3: Siempre que sea posible, las metodología de síntesis debe ser diseñada para utilizar y generar substancias que minimicen la toxicidad o que no sean toxicas para las personas y el medio ambiente.

Una de las mayores preocupaciones del siglo XXI es evitar la crisis energética a causa de una explosión de la demanda. En relación a ello hay que tener en consideración tanto el aumento de la población mundial así como el desarrollo económico de las regiones más densamente pobladas (como China o la India).

Hay que tener presente, que en apenas una generación la población global se ha incrementado en cerca de 2 mil millones (Figura 1.1), con una contribución importante de los países en desarrollo. En comparación con el año 2010, se espera que la población mundial aumente un 35% para 2050 según datos del departamento de energía de los Estados Unidos (2010).

alt

Figura 1.1 Evolución de la población mundial, 2000-2012.

Al hilo de lo mencionado al comienzo del apartado, según datos que maneja la Agencia Internacional de la Energía (IEA) a fecha de 2011, el marco energético global dependerá en buena medida del desarrollo de los países no pertenecientes a la OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development). Con objeto dejustificar estas perspectivas, en la Figura 1.2 se recoge las evoluciones estimadas de población, PIB (GDP) y consumo de energía primaria de los países pertenecientes y no pertenecientes a la OECD hasta el año 2030.

alt

Figura 1.2  Evolución de la población, PIB y consumo de energía de los países de la OECD y no-OECD en el periodo 1990-2030.

A partir de las gráficas se estima que los países emergentes no pertenecientes a la OECD supongan más de un 90% del crecimiento de la población mundial para 2030. Debido a su rápida industrialización también contribuyen con un 70% sobre el crecimiento del PIB y con más de un 90% sobre el crecimiento de la demanda energética.