ESTUDIO AMBIENTAL
La incineración limpia de residuos sólidos urbanos es posible
El vertido representa una pérdida de materiales y de energía, además de significar costos de recogida, tratamiento y eliminación final, con efectos contaminantes graves.
Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) son los que se originan en la actividad doméstica y comercial de ciudades y pueblos. En los países desarrollados en los que cada vez se usan más envases, papel, y en los que la cultura de "usar y tirar" se ha extendido a todo tipo de bienes de consumo, las cantidades de basura que se generan han ido creciendo hasta llegar a cifras muy altas. Investigadores argentinos y franceses desarrollaron un modelo local que predice las velocidades de desprendimiento de metales pesados para reducir la generación de contaminantes.
Los residuos producidos por los habitantes urbanos comprenden basura, muebles y electrodomésticos viejos, embalajes y desperdicios de la actividad comercial, restos del cuidado de los jardines, la limpieza de las calles, etc. El grupo más voluminoso es el de las basuras domésticas.
La basura suele estar compuesta por: materia orgánica, son los restos procedentes de la limpieza o la preparación de los alimentos junto la comida que sobra, Papel y cartón, periódicos, revistas, publicidad, cajas y embalajes, etc, Plásticos, botellas, bolsas, embalajes, platos, vasos y cubiertos desechables, Vidrio como botellas, frascos diversos, vajilla rota, Metales como latas, botes y otros.
En las zonas más desarrolladas la cantidad de papel y cartón es más alta, constituyendo alrededor de un tercio de la basura, seguida por la materia orgánica y el resto. En cambio si el país está menos desarrollado la cantidad de materia orgánica es mayor -hasta las tres cuartas partes en los países en vías de desarrollo- y mucho menor la de papeles, plásticos, vidrio y metales. En Argentina, el vertido de residuos en basurales a cielo abierto o en rellenos sanitarios, constituye la práctica más empleada.
El vertido representa una pérdida de materiales y de energía, además de significar costos de recogida, tratamiento y eliminación final, con efectos contaminantes graves.
En aquellos casos en que se hace una inadecuada disposición final de los residuos sólidos urbanos se aumenta el riesgo de contaminación del suelo, del agua superficial y subterránea, constituyendo un potencial transmisor de enfermedades a través de vectores biológicos.
Existe una gran preocupación ambiental y de regulación en relación a las emisiones de metales desde las plantas de incineración y su toxicidad.
Germán Mazza, doctor en ingeniería química e investigador independiente del CONICET y director del Instituto Multidisciplinario de Investigación y Desarrollo de la Patagonia Norte (IDEPA, CONICET-UNCo) en Neuquén, explica que los metales pueden vaporizarse, transformarse en un elemento gaseoso cuando son sometidos a altas temperaturas.
Luego esos metales se liberan a la atmósfera y pueden depositarse en la tierra y en el agua. Esta acumulación de metales resulta nociva tanto para el medio ambiente como para el ser humano. Aunque la actividad se puede hacer en forma controlada y generando un beneficio para el medioambiente.
"Resulta de sumo interés para el conocimiento, control y operación de las unidades de incineración, contar con simuladores matemáticos del proceso, para evaluar los efectos de diferentes variables operativas y de diseño en el comportamiento del incinerador. Para ello, además de la fluidodinámica del lecho fluidizado, es de fundamental importancia la modelización local del proceso de combustión de las partículas de residuo sólido acoplado con el desprendimiento de metales pesados, presentes en la matriz de los residuos, hacia la fase gaseosa”, explica.
El Grupo de Investigación de Reactores y Procesos Químicos (GIRPQ), dirigido por Germán Mazza, junto al equipo científico francés de Gilles Flamant y Daniel Gauthier, desarrolló un modelo matemático utilizando la Fluidodinámica Computacional (CFD, por sus siglas en inglés) a escala local de la vaporización de los metales pesados, en especial para el caso del cadmio, acoplado a los fenómenos que intervienen en la partícula de residuo que se quema.
"Este modelo permite analizar rigurosamente los fenómenos ocurrentes durante la incineración para luego conocer las condiciones operativas óptimas (presión, temperatura, velocidad de fluidización) a los fines de lograr un proceso "limpio”, minimizando las emisiones gaseosas de metales tóxicos a la atmósfera”, comenta Germán Mazza.
El modelo fue publicado en la revista internacional Journal of Hazardous Materials en enero 2013, donde los investigadores presentaron los resultados validados con determinaciones experimentales – llevadas a cabo en el laboratorio PROcédés, Matériaux et Énergie Solaire de Francia (PROMES, por sus siglas en francés) – y las ventajas de la aplicación de un modelo cinético a nivel de la partícula de residuo, formulado con el software de CFD ANSYS Fluent 14.0.
Este modelo permite predecir la evolución temporal de la vaporización de determinados metales, en particular el cadmio, en función de la temperatura de operación y los perfiles de temperatura internos de la partícula durante la combustión heterogénea. De esta manera se desarrollaron herramientas que permiten no solo conocer el adecuado punto operativo sino que también permiten diseñar los dispositivos de captura de las especies metálicas que dejan la unidad incineradora.
La posibilidad de obtener energía a partir de aquellos residuos que no se reciclan se denomina valorización energética. Con esta metodología se aprovecha el residuo como una fuente de energía renovable para producir energía eléctrica o térmica, que convencionalmente se obtendría con combustibles fósiles.
Según Germán Mazza, la incineración limpia en lecho fluidizado de residuos urbanos es una de las técnicas más eficientes de incineración y valorización energética simultánea. Cuando este proceso se lleva a cabo en un lecho fluidizado se desarrolla con menores consecuencias sobre el medio ambiente que en equipos convencionales.
La incineración en lechos fluidizados es una tecnología que se emplea en el tratamiento de residuos sólidos municipales, aunque también puede utilizarse para tratar lodos, residuos forestales y peligrosos. La combustión tiene lugar en el seno de una masa en suspensión de partículas (usualmente arena), junto con cenizas y las partículas combustibles, que es fluidizada por una corriente ascendente de aire.
Los equipos incineradores presentan numerosas ventajas, entre las que se destacan: la reducción del volumen y peso de los residuos y la recuperación potencial de energía, junto con una minimización de gases contaminantes como óxidos de nitrógeno, el dióxido de azufre, el dióxido de carbono (NOx, SO2, CO2), dioxinas y furanos, entre otros. Esta reducción se debe principalmente a que estos equipos fluidizados operan a temperaturas menores a 900ºC, a diferencia de las unidades de incineración convencionales. En ese sentido es una "tecnología limpia” ya que evita que se formen y se evaporen ciertos contaminantes.
Posibles aplicaciones en la región
José Soria, doctor en Ingeniería Química con mención en Procesos Limpios, previamente becario doctoral de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, bajo la dirección de Mazza y Flamant, e integrante del GIRPQ del IDEPA, está desarrollando la simulación por CFD del incinerador completo, lo que permitirá evaluar la fluidodinámica del incinerador para lograr una mejor comprensión del funcionamiento del equipo entero y de las interacciones entre el residuo y el lecho.
El resultado final será la simulación de la escala local acoplada a la simulación global del incinerador. Soria basó en experiencias hechas con cadmio y plomo, aunque el estudio puede aplicarse a otros metales.
"No estamos apuntando al patentamiento sino al conocimiento en sí y a la formación de especialistas en este tema”, expresó el investigador del CONICET. También agregó que habría que implementar un programa en la región en el cual esté contemplada la aplicación de técnicas de tratamiento de residuos compatibles con la sociedad moderna y el medioambiente. "El modelo no es costoso pero de nada sirve implementarlo si no se tiene el equipo adecuado – usinas de incineración – para llevarlo después a la práctica y los residuos se siguen volcando a la tierra”, concluyó Germán Mazza.
Los residuos producidos por los habitantes urbanos comprenden basura, muebles y electrodomésticos viejos, embalajes y desperdicios de la actividad comercial, restos del cuidado de los jardines, la limpieza de las calles, etc. El grupo más voluminoso es el de las basuras domésticas.
La basura suele estar compuesta por: materia orgánica, son los restos procedentes de la limpieza o la preparación de los alimentos junto la comida que sobra, Papel y cartón, periódicos, revistas, publicidad, cajas y embalajes, etc, Plásticos, botellas, bolsas, embalajes, platos, vasos y cubiertos desechables, Vidrio como botellas, frascos diversos, vajilla rota, Metales como latas, botes y otros.
En las zonas más desarrolladas la cantidad de papel y cartón es más alta, constituyendo alrededor de un tercio de la basura, seguida por la materia orgánica y el resto. En cambio si el país está menos desarrollado la cantidad de materia orgánica es mayor -hasta las tres cuartas partes en los países en vías de desarrollo- y mucho menor la de papeles, plásticos, vidrio y metales. En Argentina, el vertido de residuos en basurales a cielo abierto o en rellenos sanitarios, constituye la práctica más empleada.
El vertido representa una pérdida de materiales y de energía, además de significar costos de recogida, tratamiento y eliminación final, con efectos contaminantes graves.
En aquellos casos en que se hace una inadecuada disposición final de los residuos sólidos urbanos se aumenta el riesgo de contaminación del suelo, del agua superficial y subterránea, constituyendo un potencial transmisor de enfermedades a través de vectores biológicos.
Existe una gran preocupación ambiental y de regulación en relación a las emisiones de metales desde las plantas de incineración y su toxicidad.
Germán Mazza, doctor en ingeniería química e investigador independiente del CONICET y director del Instituto Multidisciplinario de Investigación y Desarrollo de la Patagonia Norte (IDEPA, CONICET-UNCo) en Neuquén, explica que los metales pueden vaporizarse, transformarse en un elemento gaseoso cuando son sometidos a altas temperaturas.
Luego esos metales se liberan a la atmósfera y pueden depositarse en la tierra y en el agua. Esta acumulación de metales resulta nociva tanto para el medio ambiente como para el ser humano. Aunque la actividad se puede hacer en forma controlada y generando un beneficio para el medioambiente.
"Resulta de sumo interés para el conocimiento, control y operación de las unidades de incineración, contar con simuladores matemáticos del proceso, para evaluar los efectos de diferentes variables operativas y de diseño en el comportamiento del incinerador. Para ello, además de la fluidodinámica del lecho fluidizado, es de fundamental importancia la modelización local del proceso de combustión de las partículas de residuo sólido acoplado con el desprendimiento de metales pesados, presentes en la matriz de los residuos, hacia la fase gaseosa”, explica.
El Grupo de Investigación de Reactores y Procesos Químicos (GIRPQ), dirigido por Germán Mazza, junto al equipo científico francés de Gilles Flamant y Daniel Gauthier, desarrolló un modelo matemático utilizando la Fluidodinámica Computacional (CFD, por sus siglas en inglés) a escala local de la vaporización de los metales pesados, en especial para el caso del cadmio, acoplado a los fenómenos que intervienen en la partícula de residuo que se quema.
"Este modelo permite analizar rigurosamente los fenómenos ocurrentes durante la incineración para luego conocer las condiciones operativas óptimas (presión, temperatura, velocidad de fluidización) a los fines de lograr un proceso "limpio”, minimizando las emisiones gaseosas de metales tóxicos a la atmósfera”, comenta Germán Mazza.
El modelo fue publicado en la revista internacional Journal of Hazardous Materials en enero 2013, donde los investigadores presentaron los resultados validados con determinaciones experimentales – llevadas a cabo en el laboratorio PROcédés, Matériaux et Énergie Solaire de Francia (PROMES, por sus siglas en francés) – y las ventajas de la aplicación de un modelo cinético a nivel de la partícula de residuo, formulado con el software de CFD ANSYS Fluent 14.0.
Este modelo permite predecir la evolución temporal de la vaporización de determinados metales, en particular el cadmio, en función de la temperatura de operación y los perfiles de temperatura internos de la partícula durante la combustión heterogénea. De esta manera se desarrollaron herramientas que permiten no solo conocer el adecuado punto operativo sino que también permiten diseñar los dispositivos de captura de las especies metálicas que dejan la unidad incineradora.
La posibilidad de obtener energía a partir de aquellos residuos que no se reciclan se denomina valorización energética. Con esta metodología se aprovecha el residuo como una fuente de energía renovable para producir energía eléctrica o térmica, que convencionalmente se obtendría con combustibles fósiles.
Según Germán Mazza, la incineración limpia en lecho fluidizado de residuos urbanos es una de las técnicas más eficientes de incineración y valorización energética simultánea. Cuando este proceso se lleva a cabo en un lecho fluidizado se desarrolla con menores consecuencias sobre el medio ambiente que en equipos convencionales.
La incineración en lechos fluidizados es una tecnología que se emplea en el tratamiento de residuos sólidos municipales, aunque también puede utilizarse para tratar lodos, residuos forestales y peligrosos. La combustión tiene lugar en el seno de una masa en suspensión de partículas (usualmente arena), junto con cenizas y las partículas combustibles, que es fluidizada por una corriente ascendente de aire.
Los equipos incineradores presentan numerosas ventajas, entre las que se destacan: la reducción del volumen y peso de los residuos y la recuperación potencial de energía, junto con una minimización de gases contaminantes como óxidos de nitrógeno, el dióxido de azufre, el dióxido de carbono (NOx, SO2, CO2), dioxinas y furanos, entre otros. Esta reducción se debe principalmente a que estos equipos fluidizados operan a temperaturas menores a 900ºC, a diferencia de las unidades de incineración convencionales. En ese sentido es una "tecnología limpia” ya que evita que se formen y se evaporen ciertos contaminantes.
Posibles aplicaciones en la región
José Soria, doctor en Ingeniería Química con mención en Procesos Limpios, previamente becario doctoral de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, bajo la dirección de Mazza y Flamant, e integrante del GIRPQ del IDEPA, está desarrollando la simulación por CFD del incinerador completo, lo que permitirá evaluar la fluidodinámica del incinerador para lograr una mejor comprensión del funcionamiento del equipo entero y de las interacciones entre el residuo y el lecho.
El resultado final será la simulación de la escala local acoplada a la simulación global del incinerador. Soria basó en experiencias hechas con cadmio y plomo, aunque el estudio puede aplicarse a otros metales.
"No estamos apuntando al patentamiento sino al conocimiento en sí y a la formación de especialistas en este tema”, expresó el investigador del CONICET. También agregó que habría que implementar un programa en la región en el cual esté contemplada la aplicación de técnicas de tratamiento de residuos compatibles con la sociedad moderna y el medioambiente. "El modelo no es costoso pero de nada sirve implementarlo si no se tiene el equipo adecuado – usinas de incineración – para llevarlo después a la práctica y los residuos se siguen volcando a la tierra”, concluyó Germán Mazza.
