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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY
EVALUACIÓN DE LOS IMPACTOS AMBIENTALES
GENERADOS POR LA GASIFICACIÓN Y LA
INCINERACIÓN COMO TRATAMIENTOS DE GESTIÓN
DE RESIDUOS SÓLIDOS PARA LA CIUDAD DE MÉXICO
TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE
MAESTRA EN CIENCIAS EN DESARROLLO SOSTENIBLE
PRESENTA
BERTHA PAULINA LÓPEZ JUÁREZ
Asesor:
Dra. LEONOR PATRICIA GÜERECA HERNÁNDEZ.
Atizapán de Zaragoza, Edo. Méx., Noviembre de 2010.
Comité de tesis:
Dr. PEDRO AVILA PEREZ
Dr. JOSÉ LUIS CUEVAS
Jurado:
Dr. PEDRO AVILA PEREZ
Dr. JOSÉ LUIS CUEVAS
Dra. LEONOR PATRICIA GÜERECA
HERNÁNDEZ
Presidente
Secretario
Vocal
ii
¿Por qué he de preocuparme?
No es asunto mío pensar en mí.
Asunto mío es pensar en Dios.
Es cosa de Dios pensar en mí.
Simone Weil
iii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco primeramente a CONACYT (Consejo Nacional de Ciencias y Tecnología) por
el apoyo recibido a lo largo de mis estudios de maestría, sin éste hubiese sido imposible
concluirlos.
Agradezco a la Dra. Leonor Patricia Güereca Hernández por asesorarme a través de esta
investigación, por su motivación y entusiasmo a seguir a delante y buscar siempre más.
Al Dr. Pedro Avila Pérez por todo su apoyo y sus horas invertidas en este trabajo, gracias
por sus consejos me han sido de gran utilidad.
Le doy gracias a la M.C. Gladys Juárez Rojop por ser mi inspiración y mi sustento, por
sus consejos y palabras de aliento, gracias madre porque he llegado hasta aquí por querer
ser como tú.
Gracias padre por ser ejemplo en orden, disciplina y carácter, por no dejarme dar por
vencida por nadie y por nada, por impulsarme siempre a realizar mis metas, ¡gracias!
A la M.C. Gabriela Cabral, directora de la Maestría, por ayudarme a cumplir con todos los
requisitos y siempre estar al pendiente durante la realización de mis estudios
A Ignacio Zarate por su apoyo incondicional, sus palabras, su paciencia, su presencia y
toda su ayuda en la presentación de este trabajo, ¡muchas gracias por estar siempre ahí y
por alentarme a ser excelente!
Gracias a Dios por su don inefable.
iv
RESUMEN
La búsqueda de tecnologías para la disposición de los residuos sólidos generados por la vida
cotidiana se ha convertido últimamente en uno de los tópicos más abordados. La Ciudad de México
con su 9 millones de habitantes genera alrededor de 12 500 toneladas diarias de residuos sólidos.
Aproximadamente el 87% de estos, son dispuestos en el único relleno sanitario disponible, Bordo
Poniente; el cual carece de tecnología adecuada para el tratamiento de estos residuos. Esto origina
emisiones incontroladas de biogás y lixiviados, los cuales incrementan los gases de efecto
invernadero, contaminación del agua y la contaminación terrestre, como la salud humana. Países
dentro de la Unión Europea han optado por implementar acciones para el manejo de los residuos,
como la fabricación de compost, el reciclaje y el aprovechamiento de los residuos para la
generación de energía. Uno de los procesos más utilizados a nivel mundial para el tratamiento de
residuos sólidos es la incineración, proceso mediante el cual estos residuos se someten a una
combustión para generar calor. Otro en menor escala es la gasificación, proceso termoquímico que
convierte la biomasa en un gas combustible. El objetivo de esta investigación es el de evaluar los
impactos ambientales generados por la gasificación y la incineración como tratamientos de gestión
de residuos sólidos para la Ciudad de México. Para esta evaluación se utilizó un análisis de ciclo de
vida basado en las normas ISO 14040 y 14044, utilizando un software TEAM™ . Se analizaron
tres diferentes escenarios; uno se refiere a la situación actual en la gestión de residuos de la Ciudad
de México y los otros dos por cada tecnología propuesta. Las categorías de impacto evaluadas
fueron acidificación del aire, toxicidad del agua, gases de efecto invernadero, toxicidad humana,
toxicidad terrestre, formación de foto-oxidantes, disminución del ozono estratosférico y
eutrofización. Los resultados muestran que para la toxicidad del agua el escenario actual emite 12
108 gramos de 1,4 diclorobenceno, mientras que para la gasificación y la incineración es de 1 171
gramos y de 5 626.6 gramos respectivamente. Con respecto a los gases de efecto invernadero la
gasificación presenta menor impacto con 241.8 gramos de CO2 en comparación a los 989 gramos
generados por la incineración y 4 509.7 gramos por la situación actual. La toxicidad terrestre es de
17.4 gramos de 1,4 diclorobenceno para la situación actual, 10.2 gramos para la gasificación y 37.6
gramos para la incineración. El proceso con mayor impacto es el de relleno sanitario por la fuga del
biogás generado por los residuos, estas emisiones incontroladas se ven reflejadas en las altas
concentraciones de gramos de CO2 emitidos por este mismo proceso. Así la recolección de todos
los residuos contribuye en todas categorías y en los tres escenarios por el uso de combustibles
fósiles para el transporte de estos residuos. El escenario que contribuye al ahorro en ocho de las
nueve categorías a evaluar es el escenario 2, el que incorpora a la gasificación como una tecnología
para el tratamiento de los residuos sólidos orgánicos. Esta tecnología no sólo ayuda a la
disminución de los impactos generados por el sistema actual de gestión de residuos, sino que tiene
como producto un gas con un poder calorífico de 5.4 MJ/Nm3, lo cual haciendo una estimación de
la cantidad de gas generado por el total de residuos destinados a dicha tecnología da como resultada
la cantidad de energía necesaria para abastecer la demanda de energía anual en la Zona de Oaxaca.
v
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 11
OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 4
Objetivos específicos .......................................................................................................................... 4
1. ÁREA DE ESTUDIO ..................................................................................................................... 5
1.1. CIUDAD DE MÉXICO .............................................................................................................. 5
1.2. BASURA EN LA CIUDAD DE MEXICO ................................................................................. 8
1.2.1. BARRIDO .......................................................................................................................... 15
1.2.2 RECOLECCIÓN ................................................................................................................. 19
1.2.3 TRANSFERENCIA ............................................................................................................ 20
1.2.4 PLANTA DE COMPOST BORDO PONIENTE ................................................................ 22
1.2.5 PLANTAS DE SELECCIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS ................................................ 22
1.2.6 BORDO PONIENTE ......................................................................................................... 25
1.2.7 PLANTAS DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS......................................................... 28
1.3.1 TENDENCIAS INTERNACIONALES EN LA GESTIÓN DE RESIDUOS .................... 31
2. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 33
2.1. RESIDUOS SÓLIDOS.............................................................................................................. 33
2.2 TECNOLOGÍAS PARA LA GESTIÓN INTEGRAL DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS .......... 35
2.2.1 GESTIÓN INTEGRAL DE RESIDUOS ........................................................................... 36
2.2.2 TRATAMIENTOS DE LOS RESIDUOS .......................................................................... 36
2.2.2.1 RECICLAJE ................................................................................................................. 37
2.2.2.2 COMPOSTAJE ........................................................................................................... 38
2.2.2.3 INCINERACIÓN ........................................................................................................ 38
2.2.2.4 DISPOSICIÓN FINAL EN RELLENOS SANITARIOS ........................................... 39
2.2.2.5 DISPOSICIÓN FINAL EN RELLENOS DE SEGURIDAD ...................................... 39
2.2.2.6 TECNOLOGÍA RESIDUO CERO .............................................................................. 39
2.2.2.7 TRATAMIENTO MECÁNICO BIOLÓGICO ............................................................ 40
2.2.2.8 PIRÓLISIS ................................................................................................................... 40
vi
2.2.3.1 DE BIOMASA A ENERGÍA ...................................................................................... 41
2. 3 GASIFICACION ....................................................................................................................... 43
2.3.1 HISTORIA DE LA GASIFICACION................................................................................. 43
2.3.2 EL PROCESO ..................................................................................................................... 43
2.3.3 ZONAS DEL PROCESO .................................................................................................... 47
2.3.4 PROPIEDADES DEL GAS ................................................................................................ 49
2.3.4.1 TEMPERATURA DEL GAS. ..................................................................................... 54
2.3.5 APLICACIONES DEL GAS COMBUSTIBLE ................................................................. 54
2.3.6 TIPOS DE GASIFICADORES .......................................................................................... 56
2.3.6.1 LECHO FIJO ................................................................................................................ 57
2.3.6.2 LECHO FLUIDIZADO ............................................................................................... 59
2.3.7 BIOMASA COMO MATERIA PRIMA ............................................................................ 62
2.3.7.1 CARACTERÍSTICAS DE LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE ........................ 63
2.3.7.2 PREPARACIÓN DE LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE ................................ 67
2.4 INCINERACIÓN ....................................................................................................................... 69
2.4.1 EL HORNO Y LA COMBUSTIÓN .................................................................................. 69
2.4.2 TIPOS DE HORNOS .......................................................................................................... 71
2.5 ANALISIS CICLO DE VIDA ................................................................................................... 75
2.5.1 ANTECEDENTES DEL ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA ........................................... 76
2.5.2 CATEGORÍAS DE IMPACTO .......................................................................................... 77
3. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................................ 80
3.1 TIPOS DE INVESTIGACIÓN .................................................................................................. 80
3.2 MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN .......................................................................................... 80
3.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ......................................................................................... 81
3.3.1 INVESTIGACIÓN BIBILIOGRÁFICA ............................................................................ 83
3.3.2 ESTUDIO DE CASOS ........................................................................................................ 83
3.3.4 ANALISIS DE CICLO DE VIDA ...................................................................................... 84
3.3.4.1 DESCRIPCIÓN DE LOS ESCENARIOS ................................................................... 85
3.3.4.2 ANÁLISIS DE INVENTARIO .................................................................................... 90
3.3.5 INSTRUMENTOS ............................................................................................................ 105
4. DISCUSIÓN Y RESULTADOS ............................................................................................ 107
vii
4.1 ESCENARIO BASE ................................................................................................................ 107
4.2 ESCENARIO 2 ........................................................................................................................ 108
4.3 ESCENARIO No. 3 .................................................................................................................. 110
4.4 ACIDIFICACIÓN DEL AIRE ................................................................................................. 112
4.5 TOXICIDAD DEL AGUA ...................................................................................................... 114
4.6 DISMINUCIÓN DEL OZONO ESTRATOSFÉRICO ............................................................ 115
4.7 EUTROFIZACIÓN .................................................................................................................. 115
4.8 EFECTO INVERNADERO ..................................................................................................... 116
4.9 TOXICIDAD HUMANA ......................................................................................................... 118
4.10 FORMACIÓN DE FOTO-OXIDANTES .............................................................................. 119
4.11 TOXICIDAD TERRESTRE .................................................................................................. 120
4.12 INTERPRETACIÓN DE LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE CICLO DE VIDA ..... 121
4.13 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELECTRICA ...................................................................... 123
5. CONCLUSIONES.................................................................................................................. 125
6. REFERENCIAS ..................................................................................................................... 128
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Mapa del Distrito Federal.. ................................................................................................. 6
Figura 2. Sectores y Sub-sectores de la fuente de residuos.. ............................................................ 13
Figura 3. Gráfica de la generación de basura por delegación. .......................................................... 14
Figura 4. Diagrama de flujo de Residuos Sólidos en el Distrito Federal, 2008. .............................. 15
Figura 5. Operación del Sistema de Transferencia.. ......................................................................... 20
Figura 6. Gestión Integral de Residuos en México. ......................................................................... 30
Figura 7. Estrategia propuesta para el manejo de los residuos sólidos dentro de la Ciudad de
México.. ............................................................................................................................................ 31
Figura 8. Comparativa de la Ciudad de México con otras ciudades del mundo respecto al tema del
aprovechamiento de residuos. .......................................................................................................... 32
Figura 9. Recuperación de energía.. ................................................................................................. 37
Figura 10. Procesos de aprovechamiento energético de la biomasa. ................................................ 42
Figura 11. Proceso de la gasificación. .............................................................................................. 44
Figura 12. Proceso de la gasificación directa e indirecta.. ............................................................... 45
Figura 13. Opciones en la conversión del gas de síntesis.. ............................................................... 50
Figura 14. a) Gasificador de flujo ascendente y descendente. b) Gasificador de lecho fluilizado
burbujeante y circulante. .................................................................................................................. 62
Figura 15. Diagrama de un incinerador.. .......................................................................................... 70
Figura 16. Horno Giratorio típico con cámara de postcombustión.. ................................................ 74
Figura 17. Análisis de Ciclo de Vida (ACV).. ................................................................................. 76
Figura 18. Diseño de la investigación empleada. ............................................................................. 81
Figura 19. Diagrama de flujo de la gestión de residuos actual en la Ciudad de México. ................. 87
Figura 20. Flujo de residuos dentro del Escenario 2. ....................................................................... 88
Figura 21.Flujo de los residuos en el escenario 3. ............................................................................ 89
Figura 22. Impactos ambientales del Escenario base (No. 1) ......................................................... 108
Figura 23. Impactos ambientales del Escenario No.2. ................................................................... 110
Figura 24. Impactos ambientales del Escenario No.3. ................................................................... 112
Figura 25. Resultados graficados correspondientes a la acidificación del aire. ............................. 113
Figura 26. Resultados graficados correspondientes a la toxicidad del agua.................................. 114
Figura 27. Resultados graficados correspondientes a la disminución del ozono estratosférico. .... 115
Figura 28. Resultados graficados correspondientes a la eutrofizacón. ........................................... 116
Figura 29. Resultados graficados correspondientes al efecto invernadero. .................................... 117
Figura 30. Resultados graficados correspondientes a la toxicidad humana. .................................. 118
Figura 31. Resultados graficados correspondientes a la formación de foto-oxidantes. .................. 119
Figura 32. Resultados graficados correspondientes a la toxicidad terrestre. .................................. 120
ix
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Detalles de las delegaciones dentro del Distrito Federal. ..................................................... 7
Tabla 2 Composición de la basura (%) en México, 2000. ................................................................ 10
Tabla 3. Composición física porcentual de los residuos sólidos en el Distrito Federal. .................. 11
Tabla 4. Fuentes de generación de residuos. .................................................................................... 12
Tabla 5.Modelos de equipo de barrido mecánico de las Delegaciones Políticas del Distrito Federal.
.......................................................................................................................................................... 17
Tabla 6. Número de rutas, colonias y parque vehicular en las Delegaciones Políticas. ................... 19
Tabla 7. Toneladas transferidas por día en las estaciones de transferencia del DF, 2008. ............... 21
Tabla 8. Características de las plantas de selección. ........................................................................ 23
Tabla 9. Resumen de la operación en las plantas selección. ............................................................ 24
Tabla 10. Clasificación de productos que entran a las plantas de selección..................................... 24
Tabla 11. Etapas del relleno sanitario Bordo Poniente. .................................................................... 26
Tabla 12. Características del relleno sanitario Bordo Poniente. ....................................................... 26
Tabla 13. Matriz del flujo de residuos dentro del Distrito Federal. .................................................. 27
Tabla 14. Proceso de la gasificación. ............................................................................................... 46
Tabla 15. Contaminantes del gas de síntesis .................................................................................... 49
Tabla 16. Características deseables del gas de síntesis para diferentes aplicaciones. ...................... 52
Tabla 17. Composición del gas producido por varios combustibles. ............................................... 53
Tabla 18. Características en el proceso de selección del reactor. ..................................................... 57
Tabla 19. Características de la gasificación de varios combustibles. ............................................... 65
Tabla 20. Procesos que integran el sistema de gestión actual de la Ciudad de México (2008). ...... 85
Tabla 21. Parámetros asumidos para la estimación de combustible en la recolección selectiva. ..... 91
Tabla 22. Parámetros asumidos para la estimación de combustible en la recolección general. ....... 92
Tabla 23. Parámetros asumidos para la estimación del combustible de transporte a la planta de
composta. .......................................................................................................................................... 93
Tabla 24. Composición de lixiviados. .............................................................................................. 94
Tabla 25. Parámetros asumidos para la estimación del combustible de transporte a las plantas de
selección. .......................................................................................................................................... 96
Tabla 26. Composición de los residuos entrantes a las plantas de selección. .................................. 97
Tabla 27. Ahorros en el consumo de energía por el reciclaje. .......................................................... 97
Tabla 28. Parámetros asumidos para la estimación del combustible de transporte a las empresas
reciclado ........................................................................................................................................... 98
Tabla 29. Parámetros asumidos para estimar el consumo de combustibles desde las estaciones de
transferencias. ................................................................................................................................... 99
Tabla 30. Parámetros asumidos para estimar el consumo de combustibles desde las plantas de
selección. ........................................................................................................................................ 100
Tabla 31. Composición de biogás. ................................................................................................. 100
Tabla 32. Composición de los residuos. ......................................................................................... 102
x
Tabla 33. Composición de los residuos. ......................................................................................... 103
Tabla 34. Factores de emisión (kg/tonelada de residuo). ............................................................... 104
Tabla 35. Categorías de impacto consideradas en el ACV............................................................. 104
Tabla 36. Impactos ambientales resultantes dentro del Escenario base (No.1). ............................. 107
1
INTRODUCCIÓN
A través de la historia el ser humano ha mejorado su calidad de vida buscando siempre
diferentes maneras de hacer su vida más fácil. Pero conforme los avances se han dado, han
surgidos diversos problemas afectando en diferentes maneras el entorno.
La quema de combustibles fósiles en vehículos, plantas de generación de energía,
embarcaciones, calderas, entre otros, son varias de las causas de problemas ambientales
globales e.g. calentamiento global, agotamiento de la capa de ozono, smog foto químico,
lluvia ácida y contaminación del aire local.
En los primeros años la vida no era como se conoce hoy en día, los conceptos de
abundancia, bienestar, riqueza eran diferentes y se podría decir más sencillos; como dijera
Thomas Hobbes, la vida del hombre era "solitaria, pobre, sucia, brutal y corta" (Leviatán,
1651). No se desperdiciaba nada, porque se hacía difícil hacerse de cualquier cosa, gracias
a esto la gente misma disponía de la basura en la calle, podemos recordar a Londres antes
de la revolución industrial. Dicho suceso efectuó un cambio notorio en la manera de vivir
de los humanos.
Por primera vez se pudieron crear bienes, herramientas, armas, entre otras cosas de manera
rápida y masiva. Por consiguiente, el tema de la basura empezaría por ser un problema; la
generación de desechos por las industrias eran muchos mayores a los procesos artesanales
y el fácil acceso a las mercancías hacían que la cantidad de productos echados a la basura
fuera mayor. Como el mundo se va volviendo más y más civilizado, más y más basura es
producida.
La disposición de los residuos es un problema mayor en los países desarrollados en
particular y en el resto del mundo de manera general debido a que el bajo poder adquisitivo
en países de desarrollo obliga a la población a usar menos productos industrializados y con
ello generar menor cantidad de recursos, aunque los gobiernos tampoco cuentan con
recursos para dar tratamiento integral y adecuado a los residuos generados en éstas
naciones. En Europa, con referencia a datos proporcionados por la Unión Europea, en
promedio un 62.2% del total de los residuos es depositado en rellenos sanitarios, 21.9% es
incinerado, con el 4.5% se fabrica compost y el 11 % es reciclado. Un ejemplo se puede
encontrar en Holanda, la cual destina un porcentaje
menor al 5 % de sus residuos al relleno sanitario, el resto es reciclado, utilizado en compost
y aprovechado en la implementación de una de las tecnologías más avanzadas. De la cual
el 33% de energía utilizada dentro de este país proviene del uso de dicha técnica
(Coordinación General para la Gestión Integral de los Residuos Sólidos, 2007).
Inglaterra y Gales (Departamento del Medio Ambiente, Transporte y Las Regiones, 2000),
Escocia (SEPA, 1999) e Irlanda del Norte (Departamento de Medio Ambiente) publicaron
sus estrategias de manejo de residuos para hacer frente a la Dirección de Rellenos
Sanitarios (Landfill Directive, en inglés). Se prevé que potencialmente 3.03 millones de
toneladas de residuos municipales biodegradables serán desviados de los rellenos en el
2020.
Todo esto lleva a la interrogante sobre la situación actual de la República Mexicana. ¿Se
está haciendo lo necesario para dar una solución al problema de residuos dentro del país?,
¿Se están implementando las diferentes tecnologías para el aprovechamiento de residuos?
La gestión de residuos fermentables dentro de la República Mexicana se ha vuelto obsoleta
e ineficiente. Cada vez esta problemática crece día con día, dejándonos una única opción,
la urgente necesidad de buscar nuevos mecanismos para su manejo.
Uno de los más grandes retos se presenta en la ciudad de México donde se encuentra una
cuarta parte de todos los residuos del país. Actualmente se generan 12 500 ton/día; se
estima que el 6% de los residuos es reciclado anualmente dentro de la ciudad
metropolitana. El 87% restante de los residuos diarios es depositado en el relleno sanitario.
El Relleno Sanitario Bordo Poniente es el principal relleno para la ciudad, al menos por
ahora; ya que éste, debido a la enorme cantidad (12 500 ton/día) de basura está llegando a
su límite (DGSU, 2008). En enero del año 2009 el gobierno nacional decidió clausurarlo;
pero debido a la falta de otro relleno se extendió su vida por otros 5 años más, contando
con este tiempo para la investigación e implementación de una nueva gestión de residuos.
El depósito de basura Bordo Poniente recibe aproximadamente 4 380 000 a 5 110 000
toneladas de basura anuales (el cual lo hace el basurero más grande del continente). Emite
dos millones de toneladas de dióxido de carbono por año a la atmósfera, lo que representa
el 15 por ciento de los gases de efecto invernadero que produce esta ciudad de nueve
millones de habitantes; sólo detrás de los automóviles. Cerrarlo equivale a retirar de
circulación unos 500 000 automóviles (La Republica, 2008).
Se estima que existen unos 130 vertederos de basura no autorizados en barrancas, zonas
verdes y predios baldíos de esta urbe y unos 6 000 similares en los límites de la capital. En
2
3
estos sitios prolifera fauna nociva, y los líquidos de la descomposición de materia orgánica
(lixiviados) se filtran a cauces de agua (La Republica, 2008).
Al Bordo Poniente, de 375 hectáreas, ha llegado la mayor parte de los residuos de la
Ciudad de México desde los años 80. Noventa por ciento de las más de 12 000 toneladas
diarias de basura --la mitad doméstica--, se entierra, y el resto es vendido y reciclado.
Se estima que la generación de basura crece 5% anualmente. Siendo así, para el 2012 se
generarán 16 mil 250 toneladas al día (DGSU, 2008).
Debido a esta problemática, que no sólo es evidente en México sino en todo el mundo,
durante los últimos 25 años los sistemas de destrucción térmica han sido una alternativa
cada vez más deseable a los métodos tradicionales de eliminación de residuos (Esperanza,
2000).
Se cree que los combustibles fósiles se extinguirán en un futuro no muy lejano. Al igual
existe una inmensa presión legal para la búsqueda de nuevas maneras sustentables para la
producción de energía eléctrica. La producción de energía renovable y la utilización de
energía sustentable es necesaria para impulsar el sector energético internacional hacia un
grado más de sustentabilidad. La biomasa contiene menos Nitrógeno y Azufre por lo que
las emisiones de NOx y SOx son menores. Al igual la biomasa es una fuente de energía
con ciclo de CO2 neutro. Por lo que la gasificación de residuos sólidos (biomasa) para la
generación de energía es la mejor técnica disponible. No sólo produce energía sino que
también se deshace de los residuos. Compitiendo con la combustión en que está produce
menos contaminantes, como las dioxinas y furanos, compuestos tóxicos. Así como también
proporciona una segura disposición de los residuos sólidos y reduce problemas ambientales
por disminuir las emisiones de metano, el cual es gas de efecto invernadero con un poder
de impacto muy alto, proveniente de los rellenos sanitarios.
La gasificación es un proceso termoquímico el cual permite la conversión de un
combustible sólido tal como la biomasa en combustible gaseoso, mediante un proceso de
oxidación parcial. El gas pobre (nombre que se le da al gas resultante de este proceso)
puede ser utilizado en turbinas de gas o en motores de combustión interna para la
generación de energía.
Históricamente la gasificación ha sido llevada a cabo con aire para generar energía; tal es
el caso del gasógeno, dispositivo utilizado para producir gas a partir de carbón y fue muy
utilizado en España después de la Guerra Civil Española por la escasez de petróleo.
Aproximadamente el 40% de las emisiones de gases de efecto invernadero proviene del
transporte y la generación de energía. Como se mencionó anteriormente, la gasificación no
4
sólo ofrece una mejora en la gestión de residuos, sino el aprovechamiento de estos para la
generación de energías limpias, tales como la mecánica y la eléctrica.
La implementación de estos mecanismos para el manejo de la basura en países de la Unión
Europa, tales como Holanda, uno de los países con un porcentaje alto en el
aprovechamiento de sus residuos, ha sido uno de las mejores vías para la generación de
energías limpia y bajar sus emisiones contaminantes de gases de efecto invernadero.
"Esta solución ofrece un alto rendimiento energético, procesos optimizados y un diseño
que, por sus reducidas dimensiones, permite su instalación en el punto donde se encuentra
la biomasa, por lo que los costos de transporte son prácticamente inexistentes" (Taim
Weser, 2008).
4
OBJETIVOS
Por lo que dentro de esta investigación el objetivo es: “evaluar los impactos ambientales
generados por la gasificación y la incineración como tratamientos de gestión de residuos
sólidos para la Ciudad de México.”
Objetivos específicos
Determinar la cantidad de residuos sólidos aprovechables para la gasificación que
se genera en la Ciudad de México.
Simular los posibles impactos ambientales de los dos sistemas propuestos con base
en un análisis de ciclo de vida.
Estimar la generación de energía eléctrica utilizando los gases producidos en el
proceso de la gasificación.
5
1. ÁREA DE ESTUDIO
1.1. CIUDAD DE MÉXICO
La ciudad de México es el centro político y económico del país. Su área, es la novena más
poblada del mundo (Ranking de las ciudades más pobladas del mundo) y la más poblada
de Norteamérica (INEGI, 2010).
Ocupa una décima parte del Valle de México en el centro-sur del país, en un territorio que
formó parte de la cuenca lacustre del lago de Texcoco. La ciudad de México es la ciudad
más rica y poblada del país, con más de ocho millones de habitantes en el 2005 (INEGI,
2005) y ocupa el segundo lugar como entidad federativa, solamente detrás del estado de
México. En su crecimiento demográfico, la ciudad de México fue incorporando a
numerosos poblados que se encontraban en las cercanías. A mediados del siglo XX, su área
metropolitana desbordaba los límites territoriales del Distrito Federal, y se extendía sobre
40 municipios del estado de México y un municipio del estado de Hidalgo, según la
definición oficial de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM), elaborada en
el 2003 por los gobiernos locales, estatales y federal (Bush y Gómes, 1998).
La ZMCM estaba habitada en el 2005 por 19 331 365 personas, casi el 20 por ciento de la
población total del país. De acuerdo con las proyecciones del Consejo Nacional de
Población (CONAPO); para el 1 de julio de 2007 se estimaba una población de 8 193 899
habitantes para la ciudad, y de 19 704 125 habitantes para toda la Zona Metropolitana. El
ingreso per cápita del Distrito Federal ascendía en 2008 a 281 110 pesos mexicanos, lo cual
equivalía en dólares nominales de septiembre de 2008 a 25 258 dólares (Banamex, 2010) -
cifra similar a la de países como la República Checa o Corea del Sur.
El territorio capitalino se divide en 16 delegaciones. Cada una es encabezada por un jefe
delegacional desde el año 2000, elegido por sufragio universal. A diferencia de los
municipios, las delegaciones no tienen cabildos. En su lugar, la Ley de Participación
Ciudadana del Distrito federal contempla la conformación de Comités Ciudadanos por
unidades territorial (López Obrador, 2004).
6
Cada delegación está integrada por pueblos, barrios y colonias. Pueblos y barrios son
denominaciones que corresponden a unidades vecinales de gran antigüedad, algunos de
ellos datan de la época prehispánica. Las colonias nacieron a partir de la expansión de la
zona urbana de la ciudad de México en los terrenos aledaños.
Delegaciones del Distrito Federal
El Distrito Federal se encuentra dividido en 16 delegaciones, la cuales se describen en la figura 1 y
la tabla 1.
Figura 1. Mapa del Distrito Federal. Fuente: DGSU, 2008.
7
Tabla 1. Detalles de las delegaciones dentro del Distrito Federal.
Fuente: INEGI, 2005.
Población (2005) Superficie km2
Distrito Federal
1.479,00
Álvaro Obregón 706 .567 96,17
Azcapotzalco 425.298 33.66
Benito Juárez 355.017 26,63
Coyoacán 628.063 54,40
Cuajimalpa 173.625 74,58
Cuauhtemoc 521.348 32,40
Gustavo A. Madero 1.93.161 94,07
Iztacalco 395.025 23,30
Iztapalapa 1.820.888 117,00
La Magdalena Contreras 228.927 74,58
Miguel Hidalgo 353.534 46,99
Milpa Alta 115.895 228,41
Tláhuac 344.106 85,30
Tlalpan 607.545 340,07
Venustiano Carranza 447.459 33,40
Xochimilco 404.458 118,00
8
1.2. BASURA EN LA CIUDAD DE MEXICO
De todo el mundo, México con sus más de 30 millones 733 mil toneladas al año -84200
toneladas diarias- ocupaba en el año 2000, el décimo lugar entre los países que más basura
generan en el mundo. Estados Unidos ocupa el primero. (Noticieros televisa; 2003)
La basura generada en el país se distribuye de la siguiente manera: 31 % residuos
alimenticios; 14.2 % papeles y cartón; 9.8 % desechos de jardinería; 6.6 % vidrio; 5.8%
plástico y; 32.6% otros residuos no especificados (La jornada. 2001).
Del total de la basura obtenida, sólo el 77% de los residuos se recolecta oportunamente, y
de éstos, únicamente 50% se dispone o recicla de manera segura, el resto -57 mil toneladas
diarias de basura en todo el país- queda abandonada a cielo abierto en cañadas, caminos,
lotes baldíos y cuerpos de agua, así como en tiraderos clandestinos.
El 53% de la basura se dispone en rellenos sanitarios y tiraderos controlados ya existe un
déficit del 68% en infraestructura moderna y adecuada para la separación, recolección,
transporte, tratamiento, reciclaje y disposición final segura de residuos municipales.
(Semarnat. 2004)
Por regiones, la zona centro con el Distrito Federal genera 62 % del total de los residuos
del país. En cuanto al tipo de materiales que componen los desechos hay un cambio
sustancial: hace medio siglo, 5% de la basura era material no biodegradable, y en la
actualidad estos representan 50%.
Datos oficiales afirman que en 1997 la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM)1
generaba 20 mil 166 toneladas de residuos sólidos, 11 mil 140 en el Distrito Federal y 9
mil 26 en los municipios metropolitanos del Estado de México, que corresponden a 1.04
kilogramos por habitante cada día. Los desechos estaban divididos de la siguiente manera:
40% era orgánica, 15% papel, 4% cartón, 8% vidrio, el 3% de la basura son pañales
desechables y el resto es plástico, lámina, aluminio, loza, madera, cuero, trapo y chácharas.
Para recolectar esa enorme cantidad de basura se requería de la participación de 20 mil
trabajadores entre barrenderos, choferes y ayudantes que limpian con mil 727 vehículos,
193 tracto camiones los 17 mil kilómetros de vías. (Álvarez. 2000).
En este mismo año, 1997, se generaron en el Distrito Federal cerca de 4 millones 222 mil
366 toneladas de residuos con una producción de basura por persona de 1.3 kilogramos al
día.
9
En la Zona Metropolitana del Valle de México habitan más de 19 millones de habitantes en
una superficie menor a tres mil quinientos kilómetros cuadrados de los cuales 115 km2
corresponden al área urbana. La Zona Metropolitana del Valle de México se divide en dos
principales sectores el Distrito Federal, con 1 500 km2 y la zona conurbada con 1728 km2.
Los desperdicios domiciliarios1 representaban la principal fuente de generación de basura
con el 40.13% del volumen total y los comerciales2, servicios
3, especiales
4 y otros
5
representaban el 51.87%. Este total era transportado a dos sitios de disposición final
después de pasar por las trece estaciones de transferencia. (JICA/GDF.1999) Se afirmaba
que la Ciudad de México generaba en dos días unas 22 mil 840 toneladas, equivalentes al
peso de la torre de Latinoamérica. (Álvarez, 2000) Actualmente -2009- el único sitio de
disposición final en el Distrito Federal es el relleno Bordo Poniente, una vez cerrados los
rellenos sanitarios de Prados de la Montaña julio de 1994) y el sitio de disposición final de
Santa Catarina (segundo semestre de 1995).
El Distrito Federal genera más de 12 500 toneladas de residuo sólidos diarios producidos
por 8, 720,916 habitantes más la población flotante (estimada en unos 3 millones) que
ingresa de municipios de la Zona Metropolitana del Valle de México, de los cuales 60%
corresponde a residuos de tipo inorgánico y 40% a orgánicos. La principal fuente
generadora de residuos son los domicilios con 47%, seguida del comercio con 29%, los
servicios con 15%, y el restante 9% corresponde a los llamados diversos y controlados.
La tabla 2 detalla la composición de la basura.
1 Los residuos domiciliarios se dividen en dos grandes grupos: los orgánicos y los inorgánicos. Los orgánicos son todos
aquellos de origen biológico, que en algún momento tuvieron vida. Los inorgánicos con todos aquellos productos (empaques, papel sanitario, muebles, polvo) que nunca tuvieron vida (JICA, 1999). 2 Los residuos comerciales están compuestos por los desperdicios de los mercados y centros comerciales.
3 Los residuos de servicios comprenden los sobrantes de los restaurantes y bares, centros de espectáculo y recreación,
servicios públicos, hoteles, oficinas públicas y centros educativos. 4 Estos están compuestos por los desechos de las unidades médicas, laboratorios, veterinarias, terminales terrestres,
aeropuertos, habilidades y centros de readaptación social. 5 Los residuos otros toman en cuenta las basuras de la áreas verdes, centros de readaptación social, materiales de
construcción y reparación, objetos voluminosos, y menores (JICA, 1999).
10
Tabla 2 Composición de la basura (%) en México, 2000.
Fuente: La jornada, 2001 en aguayo, Sergio. Almanaque. Editorial Grijalbo, 2000.
Al igual el Instituto de Ciencia y Tecnología del Distrito Federal en coordinación con las
principales instituciones de Educación Superior públicas realizaron un estudio sobre la
composición física porcentual de los residuos sólidos en las trece estaciones de
transferencia, la cual se muestra en la tabla 3.
Concepto Cantidad (%)
Residuo de alimentos 31.18
Papel y Cartón 14.12
Desechos de Jardinería 9.8
Vidrio 6.6
Plástico 5.8
Otros 32.6
11
Tabla 3. Composición física porcentual de los residuos sólidos en el Distrito Federal.
Fuente: Instituto de Ciencia y Tecnología del Distrito Federal, 2009.
12
La tabla 4 muestra las diferentes fuentes de generación de los residuos sólidos en la Ciudad
de México, así como la cantidad y porcentaje de los mismos.
Tabla 4. Fuentes de generación de residuos.
Fuente: Secretaria de Obras y Servicios, 2004.
La DGSU ha investigado acerca de la composición de los residuos generados en los
diferentes sectores y subsectores del D.F, como lo muestra la figura 2. Estos residuos se
clasifican en 35 tipos.
Concepto ton/día %
Domicilios 5,672 47
Comercios 1,869 16
Mercados 1,249 10
Servicios 1,829 15
Controlados 374 3
Diversión 557 5
Central de abastos 450 4
TOTAL 12 000 100
13
Figura 2. Sectores y Sub-sectores de la fuente de residuos. Fuente: JICA, 1999.
La generación de residuos sólidos urbanos en el Distrito Federal, es variable en cada
Delegación: Milpa Alta produce la menor cantidad, 102 ton/día, e Iztapalapa, con la mayor
generación: 2 584 ton/día. Dentro de este rango se encuentran las otras delegaciones.
14
Figura 3. Gráfica de la generación de basura por delegación. Fuente: Secretaría de Obras y Servicios, 2008.
El flujo de residuos dentro de la ciudad se detalla en la figura 4.
En este diagrama de flujo se estiman las cantidades de residuos generada en cada una de las etapas
del manejo en el DF.
15
Figura 4. Diagrama de flujo de Residuos Sólidos en el Distrito Federal, 2008. Fuente: CIIEMAD, IPN SMA, SOS -
2009.
1.2.1. BARRIDO
Barrido es la actividad de recolección manual o mecánica de los residuos sólidos en la vía pública.
El Gobierno del DF realiza el servicio de barrido mediante dos ámbitos de atención: 1) a través de
las delegaciones políticas, quienes tienen la facultad de realizar esta actividad en las vías
secundarias, empleando para ello barrido manual y mecánico; y 2) a través de la DGSU quien se
encarga del mantenimiento y limpieza urbana de la red vial primaria de la ciudad.
16
BARRIDO MECÁNICO
El servicio de barrido es de competencia de la Secretaria de Obras y Servicios (por sus siglas,
SOS) se realiza atreves de la Dirección General de Servicios Urbanos (DGSU). Esta actividad se
realiza en horario nocturno en la red vial primaria, misma que tiene una longitud de 930 kilómetros,
y está integrada por 9 vías rápidas, 29 ejes viales y 37 avenidas principales.
Para la prestación de este servicio, actualmente la DGSU cuenta con 17 barredoras; 15 para las
grandes vialidades y 2 más para el Centro Histórico. Estas barredoras limpian un promedio diario
de 1 998 km, adicionalmente, se estima que en el Centro Histórico se, barren 44.7 km de forma
mecánica.
La cantidad y modelos de las barredoras propiedad de la DGSU son:
7 barredoras, modelo 2000
1 barredora, modelo 2002
9 barredoras, modelo 2007
Para apoyar este servicio la DOSU contrata a dos empresas privadas; en donde alrededor de 103
trabajadores prestan el servicio, pero de los cuales 21 se encuentran adscritos a la DGSU y 82
pertenecen a empresas contratadas.
DELEGACIONAL
En cuanto a las 16 Delegaciones Políticas del DF, éstas proporcionan el servicio de barrido
mecánico en la red vial secundaria, misma que tiene una longitud aproximada de 9 557 km lineales
esta cantidad no considera los perfiles de barrido. Para la prestación de este servicio, las
Delegaciones cuentan con una gran variedad de barredoras mecánicas, tales como: mecánicas,
hidrostáticas mecánicas, hidráulica con eje triciclo y tolva, sistema compresor, centrifugo de
cepillos laterales, dual, mini barredora y de succión. En total las demarcaciones cuentan en su
conjunto con 110 barredoras para el barrido mecánico; de las cuales el 39% del equipo tiene una
antigüedad mayor a 20 años, tabla 5.
17
Tabla 5.Modelos de equipo de barrido mecánico de las Delegaciones Políticas del Distrito Federal.
Fuente: Delegaciones políticas del Distrito Federal, 2009.
BARRIDO MANUAL
Dirección General de Servicios Urbanos
La DGSU realiza la limpieza diaria mediante barrido manual y mecánico en 26 vialidades
primarias. El barrido de forma manual, se efectúa de la siguiente manera: se barren en
promedio 1 700 km en 15 horas. Estas actividades se realizan con 1 200 trabajadores
aproximadamente y 96 vehículos de recolección, distribuidos en 5 zonas de la ciudad. Los
residuos recolectados en las jornadas de barrido nocturno, son transportados y depositados
en cualquiera de las ocho estaciones de transferencia (Álvaro Obregón, Azcapotzalco,
18
Central de-Abasto, Coyoacán, Cuauhtémoc, Gustavo A. Madero, Miguel Hidalgo y
Venustiano Carranza).
Para el barrido manual, a diferencia de las delegaciones, la DGSU utiliza escobas de
plástico, mijo y palma para lograr un mejor arrastre de polvos y residuos, acción que se
conoce como barrido fino. El barrido mecánico se hace en los carriles de alta velocidad de
las vías primarias, mientras que en las laterales de éstas, se realiza de manera manual.
Las áreas verdes ocupan una superficie de 190 mil metros cuadrados, con diversa
vegetación de plantas de ornato, flores, árboles, setos y pasto, cajetes y jardineras;
Así mismo, 41.78 kilómetros de vialidades y 110 mil metros cuadrados de andadores. El
mantenimiento se realiza cotidianamente para la limpieza integral, poda deshierbe,
levantamiento de fuste, plantas de temporada (cempazuchitl y nochebuena), retiro de
planta, cultivo, volteo y nivelación de tierra, aplicación de composta y riego 3 veces por
semana con agua tratada. Labora una fuerza de trabajo de 103 jardineros, profesionales y
ayudantes, todos los días del año. Posterior a los múltiples eventos, se realiza la
reforestación y el lavado general
DELEGACIONAL
Las Delegaciones para la prestación del servicio en las calles, emplean en mayor
proporción el barrido manual, para lo cual se cuentan con un plantilla de personal
operativo de 9 661 trabajadores, mismo que se encuentra organizado en cuadrillas.
A cada trabajador se le dota de las herramientas necesarias que básicamente son:
escobillón (de fibras cortas y duras que puede ser de ramas o de plástico), escoba de
perlilla, carrito de mano (con base de ruedas y uno o dos tambos cilíndricos), recogedor y
pala en algunas ocasiones. Actualmente las Delegaciones cuentan con 7 827 carritos para
dicha actividad.
19
1.2.2 RECOLECCIÓN
Las delegaciones políticas, son las entidades responsables de realizar la recolección de los
residuos sólidos y su posterior transporte a las estaciones de transferencia. En su conjunto
recolectan 10 760 toneladas de residuos por día. El servicio de recolección en la Ciudad de
México, se lleva a cabo en 1 766 rutas con 2 260 vehículos que cubren en su recorrido a 1
525 colonias, tabla 6.
Tabla 6. Número de rutas, colonias y parque vehicular en las Delegaciones Políticas.
Fuente: Delegación Política de DF, 2009.
A partir de la publicación de la Ley de Residuos Sólidos del Distrito Federal (2004) y del
Programa de Gestión Integral de Residuos Sólidos 2004-2009, se contempló la sustitución
del parque vehicular y la recolección en dos fracciones orgánica e inorgánica. Las
delegaciones adquirieron vehículos de doble compartimento para realizar la recolección
selectiva, de los cuales actualmente se cuenta con 173 mismos que representan el 8% del
total.
20
1.2.3 TRANSFERENCIA
La Ciudad de México por su extensión y complejidad cuenta con 13 estaciones de
transferencia, ubicadas en puntos intermedios entre las diversas fuentes generadoras de
residuos sólidos y el sitio de disposición final.
El objetivo de las estaciones de transferencia es incrementar la eficiencia del servicio de
recolección y con ello reducir el tiempo de traslado de los vehículos, así como la
disminución del tiempo de descarga de los residuos.
El horario de operación de la estaciones es de 6:00 a 22:00 horas, aunque en sólo en tres
estaciones se cuenta con un horario de 24 hs, tal es el caso de la estación de transferencia
de Iztapalapa 1 (Central de Abastos), Coyoacán y Cuauhtémoc.
Actualmente, existen 238 tractos, cada uno con caja para el traslado la transferencia de los
residuos sólidos distribuidos en las 13 estaciones de transferencia. El servicio de estos se
encuentra sub contratado por la DGSU.
Para la recepción de los residuos orgánicos se dispone específicamente de tolvas verdes
para la descarga de esta fracción, efectuándose previamente el barrido del interior de la
caja. En la figura 5, se observa el proceso de operación que se lleva dentro de las 13
estaciones de transferencia.
Figura 5. Operación del Sistema de Transferencia. Fuente: Secretaría de Obras y Servicios, Dirección General de
Servicios Urbanos, 2009.
21
La eficiencia de las estaciones de transferencia en la recepción de los residuos sólidos
urbanos es del 100%, transfiriendo el total de los residuos sólidos urbanos y de manejo
especial, ya sea a las plantas de selección y compost, o bien, al sitio de disposición final.
En la tabla 7 se muestra la cantidad de residuos transferidos por día a cada una de las
estaciones de transferencia.
Tabla 7. Toneladas transferidas por día en las estaciones de transferencia del DF, 2008.
Fuente: Secretaría de Obras y Servicios, Dirección General de Servicios Urbanos, 2009.
22
1.2.4 PLANTA DE COMPOST BORDO PONIENTE
La planta de composta mecanizada de Bordo Poniente se encuentra dentro del Sitio de
Disposición Final y está a cargo de la DGSU es catalogada la planta de mayor capacidad
en México, aunque el porcentaje de residuos que trata es mínimo.
En el 2008 ingresó a la planta un total de 6 692 toneladas de residuos orgánicos
domiciliarios; así como 15 099 toneladas dentro de los programas coordinados por la
DGSU, siendo estos residuos de podas, mercados, CEDA (Central de Abasto), Jamaica,
Merced, dando un total de 21 791 toneladas durante este año.
Ocasionalmente se tiene un bajo rendimiento en la planta de compost, debido a que cuando
la maquinaria presenta deterioro (consecuente a su antigüedad); ocasiona que los costos de
operación y mantenimiento incrementen considerablemente, esto hace que la planta deje de
funcionar o pare labores.
1.2.5 PLANTAS DE SELECCIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS
Para el tratamiento de los residuos sólidos, el Distrito Federal cuenta con 3 plantas de
selección de residuos sólidos urbanos (Santa Catarina, Bordo Poniente- y San Juan de
Aragón), se realiza la recuperación de materiales valorizables.
Las plantas son propiedad del Gobierno del Distrito Federal; su administración y
mantenimiento se encuentra a cargo de la DGSU, mientras que la cuestión operativa es
llevada a cabo por los gremios de selectores. Es decir, la DGSU proporciona los servicios
de mantenimiento preventivo, correctivo y emergente a los equipos e instalaciones, así
como la transportación de los residuos sólidos desde las estaciones de transferencia y el
traslado del rechazo hacia el relleno sanitario Bordo Poniente. Los gremios de selectores
por su parte, se encargan de la selección manual de los materiales o subproductos, así
como de su comercialización, de cuyo producto se paga la nómina de estos.
En la tabla 8 se muestran los rasgos generales de las plantas de selección.
23
Tabla 8. Características de las plantas de selección.
Bordo Poniente San Juan de Aragón Santa Catarina
Año de
establecimiento
Julio/1994 Julio/1994 Marzo/1996
Área del sitio 9 500 m2 8 000 m
2 5 600 m
2
Duración 15 años 15 años 15 años
Sistema de pesaje Báscula Báscula Número de
vehículos (no hay
báscula instalada)
Capacidad 2 000 ton/día 2 000 ton/día 1 500 ton/día
Número de líneas de
selección
4 líneas 4 líneas 3 líneas
Capacidad por línea 500 ton/día 500 ton/día 500 ton/día
Horas de trabajo 24 horas/3 turnos
Lunes a viernes
24 horas/3 turnos
Lunes a viernes
24 horas/3 turnos
Lunes a viernes
Organización laboral “Frente único de
Pepenadores, A.C.”
Asociación de
Selectores de
Desechos Sólidos de
la Metropoli, A.C.”
“Unión de
Pepenadores del DF
Rafael Gutiérrez
Moreno, A.C.”
Número de
trabajadores para
selección
42 personas/línea 42 personas/línea 62 personas/línea
Materiales
recuperados
Papel, cartón,
plástico, vidrio,
lamina de acero,
aluminio, cobre,
hierro, tortilla,
hojalata, colchones,
llantas, ropa.
Papel, cartón,
plástico, vidrio,
lamina de acero,
aluminio, cobre,
hierro, tortilla,
hojalata, colchones,
llantas, ropa.
Papel, cartón,
plástico, vidrio,
lamina de acero,
aluminio, cobre,
hierro, tortilla,
hojalata, colchones,
llantas, ropa.
Fuente: DGSU, 2008.
Los residuos que ingresan a las plantas de selección, en su mayoría provienen de las
estaciones de transferencia, recolectores, particulares y del Estado de México. La cantidad
de residuos que recibió cada planta, así como su eficiencia de recuperación para el 2008, se
presenta en la tabla 9.
24
Tabla 9. Resumen de la operación en las plantas selección.
Fuente: Secretaría de Obras y Servicios, Dirección General de Servicios Urbanos, 2009.
Entre los materiales recuperados están el plástico (pet, puc, pead, pebd, vinil); el vidrio
(separado por verde ámbar y transparente, completo y pedacería), cartón, papel, materiales
ferrosos y no ferrosos, trapo, llanta, hueso, pan, tortilla, árboles de Navidad, acumuladores,
chácharas y colchones (GDF, 2008) .
La Dirección Técnica de Servicios Urbanos menciona que los porcentajes de recuperación
por tipo de material no ha variado en los últimos años, por lo que la esta investigación
utiliza los datos reportados en el 2005. Dichos datos se observan en la tabla 10.
Tabla 10. Clasificación de productos que entran a las plantas de selección.
SUBPRODUCTO
Bordo
Poniente
ton/año
San Juan
Aragón
ton/año
Santa
Catarina
ton/año
Total
ton/año
Porcentaje
Papel y
cartón
Cartón 3 768 10 532 2 962 17 262 42.72
Archivo 238 1 242 1 074 2 554
Archivo
color
1 034 6 988 1 638 9 660
Periódico 264 688 3 408 4 360
Papel
envoltura
200 4 266 996 5 462
25
Bolsa 1 082 668 1 270 3 020
Plástico Vinil 186 186 34.78
Mica 12 12
Polietileno
duro
1 590 2 958 5 992 10 540
Envase
PET
7 952 3 204 12 556 23 712
Metal Lámina 3 794 5 230 9 024 9.96
Aluminio 2 2
Bronce 42 32 1990 264
Cobre 242 266 64 572
Vidrio Vidrio 4 628 4 950 2 616 12 194 12.31
Madera Otros 70 144 20 234 0.24
Suma 21 110 21 110 39 932 99 058 100.00
Fuente: Dirección Técnica, Secretaria de Servicios Urbanos 2007.
1.2.6 BORDO PONIENTE
Ubicado en el municipio de Netzahualcóyotl en la Ciudad de México recibe diariamente de
12,000 a 14,000 toneladas de residuos sólidos provenientes de la Ciudad, de algunos
municipios del Estado de México, así como de plantas de construcción, de selección, entre
otros.; por lo que el relleno sanitario ha llegado a su límite hace unos siete años y no se
cuenta con algún plan alterno para la disposición de toda esta basura.
Cuando se escogió el sitio actual en 1985, el DF estaba bajo administración federal y el
relleno sanitario se ubicó en la zona Federal del lago de Texcoco bajo administración de la
Comisión Nacional del Agua (CNA), destinándose para ello una superficie total de 1,000
Ha, en las cuales se inicio la disposición en una sección denominada Zona 1; se continuo
en las etapas 2 y 3, con una superficie acumulada por las 3, de 260 Has. A partir de 1995,
se inicio la disposición en la denominada 4 etapa, con una superficie de 420 Ha. La
superficie utilizada por las 4 etapas suma 680 de las 1 000 Ha concesionadas. Las primeras
3 etapas tienen una disposición cuya altura fluctúa entre 4 y 6 m de altura, mientras que la
4 etapa tiene actualmente 12 m.
En la tabla 11 se muestra las diferentes etapas de este relleno sanitario, así como el
periodo en que estas fueran utilizadas, superficie y la cantidad de residuos depositados.
26
Tabla 11. Etapas del relleno sanitario Bordo Poniente.
Etapa Periodo Superficie (hectáreas) Residuos depositados
I 1985-1992 75 3,323,247
II 1986-1991 80 3,659,368
III 1992-1994 105 5,819,892
IV 1995-2008 420 30,002,556
Fuente: Secretaria de Obras y Servicios, Dirección General de Servicios Urbanos, 2004.
Otras características del relleno Bordo Poniente se detallan en la tabla 12.
Tabla 12. Características del relleno sanitario Bordo Poniente.
Fuente: Secretaria de Obras y Servicios, Dirección General de Servicios Urbanos, 2004.
Recepción de
residuos
12,500 toneladas diarias
Protección del suelo Geomembrana de polietileno de alta densidad con espesor de
1mm.
Altura de las celdas 8.5 metros
Método de la
operación
Zanja hasta 1.5 metros y área hasta 8 metros.
Compactación 900 kg a 1 tonelada por m3
Maquinaria
utilizada
Equipo marca BOMAG, modelo BC 671, con peso de 32
toneladas y motor de 350 h.p.
Control de Biogás 250 pozos de venteo
Control de
Lixiviados
Drén perimetral para captación, cárcamos de bombeo, tinas de
evaporación y proyecto piloto de reinyección
Costo directo de
operación
4.5 dólares por tonelada
Otras características Barda perimetral, zona de amortiguamiento, control de acceso,
báscula para control de ingresos de residuos.
27
Tabla 13. Matriz del flujo de residuos dentro del Distrito Federal.
Fuente: Secretaria de Obras y Servicios, Dirección General de Servicios Urbanos, 2004.
28
1.2.7 PLANTAS DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS
La Etapa IV del relleno Bordo Poniente genera anualmente una lámina de lixiviados de
espesor variable entre 7 y 11 cm, en promedio 9 cm. Está lámina por la superficie se
traduce en 337 500 m3 por año.
Existen 2 plantas de tratamiento de lixiviados dentro del Relleno Sanitario:
1. La planta de tratamiento de lixiviados que se encuentra en la etapa III consiste en
un tratamiento fisicoquímico, el cual radica en la adición de diferentes sustancias
químicas y el control del pH por medio del la coagulación-floculación,
sedimentación y oxidación química.
2. La planta que se encuentra localizada en la IV etapa del relleno sanitario Bordo
Poniente es una planta móvil y automática, su tratamiento se basa en el principio de
osmosis inversa con membrana vibratoria. La planta es utilizada para el tratamiento
de los lixiviados, tiene una capacidad instalada de 5,000 l/h, actualmente sólo se
están tratando 20 000 l/día.
En un principio se contrató a una empresa para llevar la operación y supervisión de la
planta, pero debido a la falta de recursos ahora es operada por la DGSU.
El agua tratada resultado de la operación de la planta es utilizada para el riego de las áreas
verdes del propio relleno sanitario; los análisis que se le realizan al agua tratada están
basados en el cumplimiento de la NOM-001-ECOL- 1999.
29
1.3 LEGISLACIÓN MEXICÁNA
La legislación actual acerca de la gestión de residuos en México se basa en los siguientes
puntos:
Enfoque de Higiene y Salud, basándose en servicios municipales y rellenos
sanitarios.
Residuos no tiene valor.
Responsabilidad de generadores pero no de productores.
Municipalidades son responsables de casi todos los residuos.
Algunas de las tendencias propuestas modernas para la legislación son las siguientes:
Adoptan un enfoque preventivo.
Distribuyen la responsabilidad entre todos los sectores de la sociedad de manera
diferenciada.
Inducen a la adopción de procesos sustentables de producción y consumo.
Promueven el manejo seguro y ambientalista adecuado de los recursos.
30
Figura 6. Gestión Integral de Residuos en México. Fuente: Proceso de Construcción del Proyecto LGIR, Rolando Castro
Córdoba, 2007.
Dentro de la ciudad de México se han contado con diversos programas para la gestión de
Residuos. Se han organizado algunas comisiones como la Coordinación General para la
Gestión Integral de los Residuos Sólidos, en donde se han elaborado algunas leyes como la
Ley General para la Gestión de Residuos Sólidos (publicada en la Diario Oficia de la
Federación el 8 de octubre del 2003).
En la figura 7 se ilustra la estrategia básica para el manejo de los residuos propuesta dentro
de la ciudad de México.
31
Figura 7. Estrategia propuesta para el manejo de los residuos sólidos dentro de la Ciudad de México. *Los datos son un
aproximado dependiendo de las tendencias de los últimos años. Fuente: Coordinación General para la Gestión Integral de
Residuos, 2007.
Aunque se cuenta con diversos proyectos y planes para esta gestión de residuos, dentro de
México no existen compañías que presten servicios para el aprovechamiento de los
residuos. Podemos encontrar diversas compañías que se dedican al reciclaje, más
comúnmente localizadas al norte del país, por la gran cantidad de industrias situadas en
esos lugares; pero en cuanto a las empresas dedicadas a la conversión de los residuos para
la generación de energía, México se encuentra muy atrasado.
1.3.1 TENDENCIAS INTERNACIONALES EN LA GESTIÓN DE RESIDUOS
Las grandes líneas en las que los diversos acuerdos internacionales y las conferencias
mundiales sobre el Medio Ambiente se han movido son las siguientes:
Reducir el origen en la producción de residuos.
Tratar adecuadamente los residuos producidos.
Promover la cooperación internacional.
32
El aprovechamiento de los residuos sólidos en otras partes del mundo es cada vez más
evidente. Gracias a esto las tecnologías son mejores y de más fácil acceso para el resto del
mundo.
La figura 8 nos muestra una comparativa de distintos países y los resultados de sus
sistemas de gestión de residuos.
Figura 8. Comparativa de la Ciudad de México con otras ciudades del mundo respecto al tema del aprovechamiento de
residuos. Fuente: Coordinación General para la Gestión Integral de los Residuos Sólidos, 2007.
33
2. MARCO TEÓRICO
2.1. RESIDUOS SÓLIDOS
Para entender lo que es gestión de residuos se debe definir lo que es un residuo, que es
"cualquier sustancia, objeto o materia del cual su poseedor se desprenda o tenga la
intención o la obligación de desprenderse independientemente del valor del mismo”
(McDougal et al., 2004).
Otra definición de esto mismo se refiere a la carencia de uso o valor, o a "residuos inútiles"
(Concise Oxford Dictionary). Los residuos constituyen subproductos provenientes de la
actividad humana.
Dentro de una zona urbana se generan diferentes tipos de residuos, estos pueden
clasificarse de la siguiente manera:
por su naturaleza física: secos o húmedos - sólidos, líquidos o gases
por su composición química: orgánicos e inorgánicos
por sus potenciales riesgos: peligrosidad alta, media o baja
por su origen: domésticos, de podas y limpieza de la ciudad, residuos especiales
como aceites, pilas, neumáticos, residuos hospitalarios y de centros de salud,
residuos generados en las industrias y residuos provenientes de obras civiles
(escombros).
Una de las razones por las cual el abordar el manejo de los Residuo Sólidos Municipales es
importante, es que a estos residuos son los que están en contacto con el público en general;
este manejo tiene una alta implicación política. Además los residuos domésticos son una de
las fuentes de residuos más difíciles de manejar de manera efectiva.
Su composición viene de una amplia y diversa gama de material (vidrio, metal, papel,
plástico, residuos orgánicos) mezclados entre sí totalmente. Esta composición también
varía tanto geográficamente como estacionalmente de un país a otro, así como las áreas
urbanas y rurales. A diferencia de los residuos industriales, comerciales y algunos otros
tienden a ser más homogéneos, conteniendo cantidades más grandes de cada material.
34
En los últimos años las naciones del mundo industrializado han cuadriplicado su
producción de desechos domésticos, incrementándose esta cifra en un dos o en un tres por
ciento por año. El volumen de producción de desechos es inversamente proporcional al
nivel de desarrollo del país que se trate.
Uno de los problemas que ha tomado importancia crítica en los últimos años con respecto a
las necesidades futuras es la generación de contaminación y residuos que rebasan la
capacidad de los reservorios naturales del planeta para absorberlos y convertirlos en
compuestos inocuos.
Actualmente en México la gestión de residuos es insuficiente y mal enfocada. Solamente
en la Ciudad de México se destinan 200 millones de pesos anuales para la recolecta,
distribución y selección de los residuos producidos diariamente, es importante mencionar
que este servicio es poco eficiente ya que únicamente se recolectan el 86%, mientras que el
14% queda disperso6. (Mora, 2004).
Así mismo el Gobierno del Distrito Federal (GDF, por sus siglas) cubre con 100 millones
de pesos anuales la limpieza de drenajes y presas, debido a que en épocas de lluvias la
basura tapan las coladeras y redes de drenaje (Comisión de Salud y Asistencia Social de la
ALDF, 2002). Otro de los problemas ocasionados por la mala gestión de residuos
actualmente -se puede decir una falta de esta- es la falta de aprovechamiento de los
materiales descartados como inútiles y tratados como basura.
Mientras en nuestro país la basura es dispuesta en las calles, depositada en tiraderos,
rellenos sanitarios, en otros países esta es aprovechada para la elaboración de los mismos o
diferentes productos. En la mayoría de los casos esto constituye en un ahorro económico
por parte de la obtención de la materia prima, recursos como energía y/o combustibles. Por
ejemplo, exportamos basura a Europa, Japón, Estados Unidos y Canadá de manera secreta
y perfecta a través de los productos como la cerveza. El vidrio, cartón y aluminio que
contiene, luego de ser reciclado se convierte en cerveza Heineken o Saporo, con materia
prima regalada en calles de la Ciudad de México. Esta materia prima, recolectada por los
millones de ciudadanos y las delegaciones o municipios, las empresas la adquieren a bajo
6 A nivel nacional, el servicio de recolección de basura cubre en promedio a 78% de la población. Aunque en las grandes
zonas urbanas el porcentaje de los ciudadanos atendidos se estima en 95%, en las ciudades medias va de 70 a 85%, y en
las pequeñas áreas urbanas está entre 50 y 70%. (Instituto Nacional de Ecología)
35
precio, pues utilizan la colaboración ciudadana y cuentan con camiones, plantas,
clasificación, administración; es decir una empresa gratis a su servicio (Rascón.2002).
La labor original del barrendero era el barrer las calles y banquetas de las calles
secundarias asignadas por la delegación, ante el incremento en la demanda de recolección
y la posibilidad de aumentar sus ingresos, empezó a recoger de puerta en puerta.
Ocasionando que estos barrenderos dejaran de barrer los lugares designados, lo que
presupone irregularidades en el servicio y en donde obtiene hasta 2 mil pesos por ruta sin
cumplir sus obligaciones reales (Mora, 2004). Al igual existen aproximadamente unos 8
mil 600 voluntarios que caminan por las calles con carritos que sobreviven de lo que les
dan las amas de casa, su "sueldo" es la venta de la pepena del cartón y fierro.
Aunque la recolección domiciliaria es gratuita, la población termina por dar de propina al
año alrededor de 600 pesos por este concepto. (Enciso, 2001) Cada chofer termina ganando
unos 12 mil pesos al mes, por la selección del material que se puede vender -papel, cartón
y vidrio. Lo que deja al GDF el sólo poder recuperar para su venta entre 5 y 10% del total
de los residuos, el 90 o 95% restantes se va la "disposición final" aunque no se sabe si esta
disposición final son las plantas de tratamiento o los caciques de la basura (Castillo, 2002).
Por lo resaltado anteriormente es necesario contar un nuevo sistema integral de gestión de
residuos, adoptado específicamente para todo el flujo de residuos sólidos dentro de la
Ciudad de México.
2.2 TECNOLOGÍAS PARA LA GESTIÓN INTEGRAL DE
LOS RESIDUOS SÓLIDOS
La mayor parte de los materiales usados no son recuperados al final de su vida útil, salvo
casos muy específicos. Por lo que se buscan métodos y tratamientos que aprovechen de la
mejor manera todos los desechos: una gestión integral de residuos.
36
2.2.1 GESTIÓN INTEGRAL DE RESIDUOS
La gestión de residuos se entiende por reducir al mínimo la cantidad de desechos enviados
al vertedero. Ya sea aprovechando los desechos, una vez que la vida útil del producto ha
terminado o mejorando los procesos de producción para un menor desperdicio; algunas
medidas que se han adoptado actualmente son las del reciclaje, convertir los desechos en
energía, diseñando productos que usen menos material y la legislación que confiere por
mandato que los fabricantes se hagan responsables de los gastos de disposición de
productos y del embalaje, entre otras.
Una Gestión Integral de Residuos se refiere al conjunto articulado de planes, normas
legales y técnicas, acciones operativas y financieras implantadas por una administración
para asegurar que todos sus componentes sean tratados de manera:
ambiental y sanitariamente adecuada;
operativamente correcta;
económicamente factible y
socialmente aceptable
Dentro de la Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos(2004)
define la gestión integral de residuos de la siguiente manera: como un conjunto articulado
e interrelacionado de acciones normativas, operativas, financieras, de planeación,
administrativas, sociales, educativas, de monitoreo, supervisión y evaluación, para el
manejo de residuos desde su generación hasta la disposición final, a fin de lograr la
eficiencia ambiental, la optimización económica de su manejo y su aceptación social,
respondiendo a las necesidades y circunstancias de cada localidad y región.
2.2.2 TRATAMIENTOS DE LOS RESIDUOS
Los tratamientos son mecanismos implementados para acondicionar los residuos luego que
los mismos ya no tienen un valor de mercado. Estos pueden tener un beneficio económico
y/o ambiental, o tan sólo disminuir la cantidad de los mismos.
Dentro de estos tratamientos pueden distinguir los siguientes:
Reciclaje,
37
Tratamientos biológicos, entre los que se destaca el compostaje,
Tratamientos térmicos, entre los que se destaca la incineración.
Otros tipos de tratamientos particulares para determinados tipos de residuos como
neumáticos, aceites o residuos peligrosos como los provenientes de centros de salud.
En la figura 9 algunas tendencias en cuanto a la recuperación de energía por el uso de los
residuos como un posible combustible.
Figura 9. Recuperación de energía. Fuente: F. McDougall, P. White, M. Fraoke, P. Hindle. "Gestión Integral de Residuos
Sólidos: Inventario de Ciclo de Vida" Ed. Blackwell Science - Caracas, 2004.
2.2.2.1 RECICLAJE
Proceso en el cual los desechos son separados, recolectados y procesados y son sometidos
a un ciclo de tratamiento parcial para obtener una materia prima o un nuevo producto.
Este tratamiento reduce la cantidad de residuos en la disposición final, preserva los
recursos naturales y genera empleo.
Para llevar a cabo un buen reciclaje es necesario la implementación de un buen sistema de
recolección llamado: recolección selectiva, se basa en la clasificación en origen
(separación de los desechos por grupos en los hogares) mediante un acondicionamiento
especifico. La finalidad de esta separación es que permite obtener un máximo valor de los
residuos mediante su reciclaje.
38
2.2.2.2 COMPOSTAJE
Es un proceso biológico de descomposición de las materias orgánicas contenidas en los
restos de origen animal o vegetal.
El material orgánico resultante es reciclado como paja o compost para agricultura. Hay una
gran variedad de métodos de compostaje, de digestión y tecnologías, variando desde el
simple compost de plantas trituradas, a la digestión automatizada en un recipiente con
basura variada. Estos métodos de descomposición biológica se distinguen como aeróbicos
en métodos de compost o anaeróbicos en métodos de digestión, aunque existen híbridos
que usan los dos métodos.
2.2.2.3 INCINERACIÓN
La incineración es un método de recolección de basura que implica la combustión de la
basura a altas temperaturas. Es decir, una quema controlada de materiales a altas
temperaturas mezclados con una cantidad apropiada de aire durante un tiempo determinado
en una planta de incineración.
La incineración:
Disminuye la cantidad de residuos en la disposición final;
Proporciona calor utilizable para otros procesos( calefacción, producción de
electricidad)
Desintoxica y descontamina;
Exige control estricto de la temperatura y de la emisión de partículas de gases;
Requiere de mano de obra calificada y
Presenta problemas de operación debido a la composición variable de los residuos.
Una planta de generación de energía de residuos, o Waste-to-Energy (WtE), es un término
moderno para un incinerador que quema desechos en horno de alta eficiencia para producir
vapor y/o electricidad e incorpora sistema de control de contaminación de aire moderno y
39
monitores de emisión continuos. Se le puede llamar a esto tipo de incinerador una energía
desde-basura (Energy-for-Waste o EfW).
La incineración es popular en países como Japón donde la tierra es un recurso escaso.
Suecia ha sido líder en la utilización de energía generada por incineración desde 1985.
2.2.2.4 DISPOSICIÓN FINAL EN RELLENOS SANITARIOS
Es un confinamiento de residuos sólidos en capas cubiertas con materia inerte (tierra,
arcilla). El relleno sustituye al clásico vertedero con cielos abiertos, práctica económica
pero contaminante de aguas superficiales y subterráneas, productora de gases nocivos, y
utilizada durante años para deshacerse de los residuos.
Los principales objetivos de un relleno sanitario son los siguientes:
El relleno sanitario es una técnica de eliminación final de desechos sólidos en el
suelo que no causa molestias ni peligros para la salud y seguridad pública.
Tampoco perjudicar el ambiente durante su operación ni después de terminado el
mismo.
Confinar la basura en un área lo más pequeña posible, cubriéndola con capas de
tierra diariamente y compactándola para reducir su volumen.
2.2.2.5 DISPOSICIÓN FINAL EN RELLENOS DE SEGURIDAD
Son diseñados para el confinamiento de residuos provenientes de la industria o residuos
especiales que presentan un determinado nivel de peligrosidad. Cumplen o deben de
cumplir con mayores exigencias que los rellenos sanitarios.
2.2.2.6 TECNOLOGÍA RESIDUO CERO
Construcción, puesta en marcha y auditoría de una Planta Procesadora para la disposición
final de residuos sólidos urbanos (R.S.U. mezcla heterogénea de materiales que pueden
contener decenas de miles de sustancias químicas diferentes, greenpeace). En dicha planta,
se preseleccionan según su composición.
40
Se apartan para su reciclaje metales, aluminio, vidrio, papel, cartón, vidrio plásticos, entre
otros, aquellos R.S.U. susceptibles de ser transformados en materiales de construcción
mediante el método de solidificación y estabilización de residuos. El cual consiste en
mezclar, amasar, moldear y conformar los R.S.U. no reciclables con un aglomerante que
actúa como confinador a través de un proceso adecuado. Al producto obtenido de este
proceso se le denomina "Compound".
2.2.2.7 TRATAMIENTO MECÁNICO BIOLÓGICO
Tipo de tecnología que combina la clasificación mecánica y el tratamiento mecánico
biológico de los residuos. TMB también es llamado TBM - Tratamiento Biológico
Mecánico- aunque simplemente se refiere al orden del tratamiento.
Los residuos peligrosos se separan de los demás residuos, los elementos recic1ables de la
cadena de residuos que pueden ser variados o los procesa para producir un combustible de
alto poder calorífico, denominado Combustible Sólido Recuperado (CSR) que puede ser
usado en hornos de cemento o centrales eléctricas. Los sistemas que son configurados para
producir CSR incluyen Herhof and Ecodeco. Es una idea falsa común que todos los
proceso de TMB producen CSR. El tratamiento mecánico se refiere a la homogeneización
de los desechos para su tratamiento biológico.
El elemento biológico se refiere a la digestión anaeróbica o aeróbica. En caso de puros
desechos orgánicos se habla de compostaje. La digestión anaerobia "degrada" los
componentes biodegradables de la basura para producir biogás. El biogás puede ser usado
para la generación de energía renovable.
2.2.2.8 PIRÓLISIS
Es la descomposición química de materia orgánica y todo tipo de materiales excepto
metales y vidrios causada por el calentamiento en ausencia de oxígeno. La pirolisis
extrema, que sólo deja carbon como residuo, se llama carbonización. La pirolisis es un
caso especial de termólisis (con presencia de agua).
La pirolisis se puede utilizar también como una forma de tratamiento termal para reducir el
volumen de los residuos y producir combustibles como subproductos. También ha sido
41
utilizada para producir un combustible sintético para motores de ciclo diesel a partir de
residuos plásticos.
2.2.3 APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS
Se cree que los combustibles fósiles se extinguirán en futuro cercano; por lo que existe una
inmensa presión legal para encontrar nuevas formas sustentables para la producción de
energía, La disposición legal de los residuos sólidos es un mayor problema en países en
desarrollo en particular y en el resto del mundo en general. En Europa, refiriéndose a datos
de la Unión Europea (Coordinación General para la Gestión Integral de los Residuos
Sólidos, 2007), en promedio 62.2% del total de los residuos es depositado en rellenos
sanitarios, 21.9 % es incinerado, el 4.5 % se manda al compost y un 11 % es reciclado. En
el 2001 se reportó que la producción total de residuos sólidos municipales es cerca de 32
millones de toneladas por año en Reino Unido.
En la actualidad la gasificación de residuos sólidos (biomasa) para la generación de energía
es la mejor técnica accesible (BAT, por sus siglas en inglés). Esta no sólo produce energía
sino se deshace de los residuos. Dicha tecnología compite con la combustión, sin embargo
la gasificación produce menos contaminantes, como dioxinas y Furanos, los cuales son
tóxicos. Así mismo provee una segura opción en la disposición de los residuos sólidos y
reduce problemas ambientales reduciendo la producción de metano, el cual es uno de los
gases de efecto invernadero producidos por los vertederos a cielo abierto.
2.2.3.1 DE BIOMASA A ENERGÍA
La biomasa es el nombre que se le da a cualquier material orgánico de origen reciente que
haya derivado de animales y vegetales como resultado del proceso fotosintético.
Para la generación de energía a través de los desechos es necesario realizar una
clasificación de los residuos sólidos a residuos sólidos orgánicos e inorgánicos.
42
Figura 10. Procesos de aprovechamiento energético de la biomasa. Fuente: Proyecto de Almazán GASBI.
La figura 2.2.3.1 muestra los procesos por los cuales pueden la biomasa puede ser tratada y
los posibles productos de cada uno de estos.
43
2. 3 GASIFICACION
2.3.1 HISTORIA DE LA GASIFICACION
El proceso de la gasificación para producir combustible a partir de materia prima orgánica
era usado en un alto horno, hace unos 180 años aproximadamente. La posibilidad de usar
este gas para calentar y generar energía fue alcanzada pronto y surgió en los sistemas
europeos de producción de gas, los cuales utilizaron carbón y turba como materia prima.
En el siglo XX el petróleo adquirió un mayor uso como combustible, pero durante ambas
guerras mundiales, especialmente la segunda guerra mundial, la escasez en los suministros
de petróleo llevó a una amplia re-introducción de la gasificación. Para 1945 el gas fue
utilizado en camiones, autobuses y maquinaria agrícola e industrial. Se estimaba que cerca
de 9 millones de vehículos andaban con el gas producido alrededor de todo el mundo
(Breag et al., 1979).
Después de la segunda guerra mundial la falta de un impulso estratégico y la disponibilidad
de combustibles fósiles baratos llevaron a declive de la industria del gas en general. Sin
embargo, Suecia continuo trabajando en las tecnologías de producción de gas y este fue
acelerado después de la crisis del canal de Suez en 1956. Se incluyeron los gasificadores
dentro de los planes de emergencia en la estrategia Sueca. Investigaciones para el diseño
adecuado de gasificadores de madera, usados en el transporte particularmente, se llevó a
cabo en el instituto nacional sueco para la maquinaria agrícola de prueba y aun está en
marcha (Johansson, 1980).
2.3.2 EL PROCESO
Podría decirse que la gasificación es el proceso de conversión más versátil teniendo casi
aplicaciones en casi todos los sectores de demanda de energía (Merrick, 1984). La única
tecnología que ofrece tanto corrientes ascendentes (flexibilidad en la materia prima) y
corrientes descendientes (flexibilidad en el producto).
La gasificación es una serie de procesos complejos químicos y térmicos concurrentes y
consecutivos, los cuales no son muy entendidos (Reed, y Das 1988). La gasificación es un
proceso de dos pasos, un proceso endotérmico (absorbe calor) en el cual un combustible
44
sólido (biomasa o carbón) es termoquímicamente convertido a un gas con un BTU bajo o
medio.
La gasificación es un proceso termoquímico en el que un sustrato carbonoso (carbón,
biomasa, plástico) es transformado en un gas combustible a través de una serie de
reacciones que ocurren en presencia de un agente gasificante. Como agente oxidante se
emplea el vapor, el oxígeno o el aire. EL gas resultante contiene monóxido de carbono
(CO), y dióxido de carbono (CO2), hidrógeno (H2), metano (CH4), alquitrán, agua y
pequeñas cantidades de hidrocarburos tales como el etano.
El gas pobre puede ser utilizado en turbinas de gas o motores de combustión interna. La
tecnología más empleada es, sin embargo la que utiliza aire con agente oxidante, por
razones económicas y tecnológicas.
La gasificación de la biomasa es la solidificación de los residuos sólidos y líquidos
derivados de la descomposición termoquímica de la materia orgánica a altas temperaturas a
un combustible gaseoso mediante la adición de reactantes oxidantes. La figura 11 muestra
el proceso de gasificación con cada una de sus fases, sus subproductos, productos y las
características del gas producto. Así mismo podemos observar que el calor generado por
una de las etapas del proceso puede ser redirigido para utilizarlo en las reacciones
endotérmicas del mismo proceso.
Figura 11. Proceso de la gasificación. Fuente: C.A. Jordan, 2008
45
El principal objetivo de la gasificación es transferir la máxima energía química desde la
alimentación a la fracción gaseosa y recibir un alto rendimiento del gas combustible
compuesto principalmente de productos gaseosos de bajo peso molecular. (Arauzo et al.,
1997).
El proceso de la gasificación puede simplificarse con la siguiente reacción.
Combustible Sólido H2 + CO + CH4
La gasificación directa ocurre cuando un agente oxidante es usado para la oxidación
parcial de la materia prima. Las reacciones de la oxidación suministran energía para
mantener en aumento la temperatura del proceso. Si el proceso no ocurre con un agente
oxidante, este es llamado gasificación indirecta y necesita una fuente de energía externa
(Hauserman et al., 1997; Staniewski, 1995). El vapor es el más común utilizado como
agente de la gasificación indirecta, debido a que es fácil producirlo e incrementa el
contenido de hidrógeno en el gas combustible (Hauserman et al., 1997).
Figura 12. Proceso de la gasificación directa e indirecta. Fuente: Belgiorno et al., 2002.
46
Los productos del proceso de la gasificación varían según la temperatura, las tres
fracciones principales de salidas son las siguientes (De Feo et al., 2000):
1. Gas combustible
2. Una fracción líquida (alquitrán y aceite), y
3. Cenizas, compuestas mayoritariamente de carbón casi puro y materia inerte
originalmente presente en la materia prima.
Como se muestra en la tabla 14, los valores caloríficos del gas son afectados
significativamente por la presencia de nitrógeno. Debido a la ausencia de nitrógeno en el
agente gasificante, la gasificación indirecta incrementa la eficiencia volumétrica y produce
un gas con valores caloríficos altos (De Feo et al., Paisley, 1998).
Tabla 14. Proceso de la gasificación.
Proceso Agente gasificante Valores caloríficos del gas producido
(MJ/Nm3)
Gasificación
directa
Aire 4 -7
Gasificación con
oxígeno puro
Oxígeno 10 – 12
Gasificación
indirecta
Vapor 15 – 20
Fuente: Belgiorno et al., 2002.
La reducción de la tasa de producción de gas, típicamente de la gasificación indirecta,
reduce el costo de recuperación de energía y el sistema de limpieza del gas, pero aun así es
muy compleja e incrementa el costo de inversión (Hauserman et al., 1997).
La gasificación directa con puro oxígeno tiene las mismas ventajas que el proceso de
gasificación indirecta.
Un sistema de gasificación está constituido por tres elementos fundamentales:
El gasificador (reactor en el cual toma lugar la conversión de la materia prima en
un combustible gaseoso), para la producción del gas combustible.
El sistema de limpieza del gas, necesario para remover componentes nocivos del
gas combustible.
Un sistema para la recuperación de energía.
47
Para un correcto y eficiente proceso de gasificación se requiere de materia a base de
carbón, homogénea. Existen diversos tipos de residuos no aptos para ser tratados por la
gasificación por lo que un extensivo pre-tratamiento es indispensable. A su vez existen
varios tipos de residuos adecuados para el proceso como: desechos de fabricas de papel,
desechos de la industria forestal y residuos agrícolas (Juniper, 2000).
2.3.3 ZONAS DEL PROCESO
Cuatro distintos procesos toman lugar en el gasificador durante la producción del gas de
síntesis. Estos son:
a) Secado de la biomasa
b) Pirolisis
c) Combustión
d) Reducción
La pirolisis requiere entre el 5 y 15% del calor en la combustión para elevar la temperatura
de la reacción y vaporizar los productos.
Aunque existen considerables traslapes entre ellos, se asume que cada uno ocupa zonas
separadas donde diferentes reacciones químicas y térmicas ocurren.
ZONA DE COMBUSTION
La sustancia combustible del combustible sólido está compuesta usualmente por elementos
provenientes del carbón, hidrogeno y oxigeno. En la combustión completa el dióxido de
carbono es obtenido del carbón en el combustible y el agua del hidrógeno, comúnmente
como vapor. La reacción de combustión es exotérmica y permite una temperatura teórica
de oxidación de 1450° C (Schapfer, P. y Tobler, J., 1937). Las reacciones principales, por
lo tanto, son:
C + O2 = CO2 (+393 MJ/ kg molar) (1)
2H2 + O2 = 2H2O (-242 MJ/ kg molar) (2)
48
ZONA DE REACCIÓN
Los productos de la combustión parcial (agua, dióxido de carbono y productos de la
pirolisis parcialmente triturados, los cuales no combustionaron) ahora pasan a través de un
lecho de brazas donde ocurren las siguientes reacciones:
C + CO2 = 2CO (-164.9 MJ/ kg molar) (3)
C + H2O = CO + H2 (-122.6 MJ/ kg molar) (4)
CO + H2O = CO + H2O (+ 42 MJ/ kg molar) (5)
C + 2H2 = CH4 (+ 75 MJ/ kg molar) (6)
CO2 + H2 = CO + H2O (-42.3 MJ/ kg molar) (7)
Las reacciones 3 y 4 son las reacciones de reducción principales y siendo endotérmicas
tienen la capacidad de reducir la temperatura del gas. Consecuentemente las temperaturas
en la zona de reducción son normalmente 800-1000° C entre más baja es la temperatura en
la zona de reducción (700 – 800 °C), mas bajo será el valor calorífico del gas.
ZONA DE PIROLISIS
La pirolisis de la madera es un proceso complicado que aun no ha sido del todo
comprendido (Schapfer et al., 1937). Los productos dependen de la temperatura, la presión,
tiempo de residencia y pérdida de calor.
Arriba de los 200°C sólo el agua es expulsada. Entre los 200 y 280 ° C el dióxido de
carbono, acido acético y el agua es emitida. La verdadera pirolisis, toma lugar entre 280 y
500 °C, produciendo grandes cantidades de alquitrán y gases con contenido de dióxido de
carbono.
Por eso es fácil observar que en un reactor de flujo ascendente produce más cenizas que
uno de flujo concurrente. En este último las cenizas deben pasar por las zonas de
combustión y reducción y son parcialmente eliminadas.
La mayoría de los combustibles como la madera y los residuos de biomasa tienen grandes
cantidades de cenizas, los gasificadores de flujo concurrente son preferidos en estos casos.
49
2.3.4 PROPIEDADES DEL GAS
El gas de síntesis producido por la gasificación de la biomasa puede contener uno o más de
los contaminantes mencionados en la tabla 15, como: metales alcalinos, compuestos de
nitrógeno, alquitrán, sulfuro y cloro. La identidad y cantidad de estos contaminantes
depende del proceso de gasificación y el tipo de biomasa utilizada como materia prima.
Los alquitranes son en su mayoría hidrocarburos polinucleares (por ejemplo, pireno y
antraceno), los cuales pueden obstruir válvulas del motor. Causando deposición en las
cuchillas de la turbina o en la obstrucción del sistema principal de la turbina a una
disminución del rendimiento e incremento en el mantenimiento. Además estos pesados
hidrocarburos interfieren con la síntesis de los combustibles. Un sistema de depuración es
generalmente la tecnología utilizada para mover el alquitrán del gas de síntesis. Sin
embargo, la depuración enfría el gas y produce un desperdicio de vapor no deseado.
Remover el alquitrán por el craqueo catalítico de hidrocarburos largos reduce o elimina el
desperdicio del gas, elimina la ineficiencia de enfriamiento de la depuración y aumenta la
cantidad y calidad del gas producto.
Tabla 15. Contaminantes del gas de síntesis
Fuente: Gray, D., et al., 1996.
Un ejemplo de una tecnología de craqueo del alquitrán es la desarrollada por Battelle
usando un craqueo catalítico disponible en conjunción con la audición de vapor. El craqueo
se lleva a cabo según la siguiente reacción
CnH2m + nH2O nCO + (m+n) H2 (8)
50
El catalizador de battelle también tiene actividad de cambio de agua a gas. Esto incrementa
el contenido de hidrogeno en el gas de síntesis de modo que es conveniente para pilas de
combustible y otras aplicaciones.
La incompleta conversión de la biomasa y la eliminación de las cenizas se lleva cabo por
ciclones, depuración o filtros de altas temperaturas. Un ciclón puede proveer control
primario de partículas, pero no es adecuado para satisfacer las especificaciones de una
turbina de gas. Un sistema de filtro de cerámica de alta temperatura, como el que es
desarrollado por la compañía Westinhouse, puede ser usado para remover las partículas a
niveles aceptables para la aplicación con turbinas de gas. Desde que este filtro puede
soportar temperaturas en un rango de 800°C, las perdidas térmicas asociadas con el
enfriamiento del gas y su limpieza puede ser reducidas (Carty, R.H. et al., 1995).
La depuración por agua puede reducir hasta el 50 % del alquitrán en el gas de síntesis, y
cuando son seguidos por un depurador venturi7, el potencial para reducir los alquitranes
remanentes incrementa hasta un 97 %. El desperdicio de agua del depurador puede
limpiarse en una combinación con una cámara de sedimentación, un filtro de arena y uno
de carbón vegetal.
La figura 13 muestra la composición del gas de síntesis y sus posibles procesos de
conversión y el resultado final de cada uno de estos.
Figura 13. Opciones en la conversión del gas de síntesis. Fuente: U.S. Department of Energy National, Energy
Technology Laboratory, 2002.
7 Fue diseñada para utilizar eficientemente la energía de la corriente de entrada del gas para atomizar el líquido
utilizado para depurarla corriente del gas. Este tipo de tecnología es parte de un grupo de controladores de la
contaminación del aire comúnmente referidos como depuradores húmedos.
51
En la tabla 16 se resumen las características deseables en el gas de síntesis de las
diferentes opciones mostradas en la figura anterior. Las condiciones y características del
singas son más críticos para los combustibles y productos químicos de síntesis que para el
hidrogeno y las aplicaciones del gas como combustible. Una alta pureza del gas de síntesis
(por ejemplo, bajas cantidades de materia inerte como el N2) es benéfica para los
combustibles y los productos químicos de síntesis desde que eso reduce substancialmente
el tamaño y el costo del equipo de corriente descendiente. Sin embargo la guía provista en
la tabla no debe ser interpretada como requerimientos rigurosos. Equipos de soporte de
procesos (Por ejemplo depuradores, compresores, enfriadores, etc.) son utilizados para
ajustar las condiciones del gas de síntesis resultante para que coincida con el uso final
óptimo deseado, aunque aumente complejidad y costo.
52
Tabla 16. Características deseables del gas de síntesis para diferentes aplicaciones.
Fuente: U.S. Department of Energy National Energy Technology Laboratory, 2002.
a) Depende del tipo de catalizador. para catalizadores de hierro, el valor mostrado es suficiente, para catalizadores de
cobalto, cercano a 2.0 puede ser usado. b) El cambio de agua a gas puede ser utilizada para convertir el CO a H2: el CO2 en el gas de síntesis puede ser
removido al mismo tiempo que el co2 generado por la reacción de cambio de agua a gas.
c) Algo de CO2 puede ser tolerable si la proporción de H2/CO es debajo de 2 (como puede ocurrir con la reformación
del gas natural): si un exceso de H2 es liberado, el CO2 se convertirá en metanol.
d) Metano e hidrocarburos pesados necesitan ser reciclados para la conversión del gas de síntesis y representa un
sistema ineficiente.
53
e) Niveles de N2 más bajos que el valor calorífico, pero el nivel es insignificante tanto como el gas de síntesis pueda
ser quemado con una flama estable.
f) Agua es requerida para la reacción de cambio de agua a gas.
g) Puede tolerar relativamente altos niveles de agua; gas es añadido en determinado tiempo para modera la temperatura
de la combustión y control el NOx.
h) Tanto como el H2/CO y niveles de impurezas son conocidos, el valor calorífico no es crítico.
i) La eficiencia mejora como el valor calorífico incrementa.
j) Depende del tipo de catalizador; catalizadores de hierro operan típicamente a altas temperaturas que los
catalizadores de cobalto.
k) Pequeñas cantidades de contaminantes pueden ser tolerados.
El gas producido llega a sufrir afectaciones por varios procesos como los que se
mencionaron anteriormente, por lo que uno espera variaciones en el gas por las diferentes
fuentes de biomasa. La tabla 17 enlista la composición del gas producido por diferentes
fuentes.
La composición de este gas también está en función del tipo de gasificador y por lo tanto,
el mismo combustible puede dar diferentes valores caloríficos al usarse en dos tipos de
gasificadores diferentes. Por lo que la tabla muestra valores aproximados del gas con
diferentes combustibles.
Tabla 17. Composición del gas producido por varios combustibles.
Combustible
Método de
gasificación
Volumen (%) Valor
calorífico
MJ/m3
CO H2 CH4 CO2 N2
Carbón Concurrente 28-
31
5-10 1-2 1-2 55-60 4.60-5-65
Madera con
12-20% de
humedad
Concurrente
17-
22
16-
20
2-3 10-15 55-60 5.00-5.86
Trigo Straw
pellets
Concurrente 14-
17
17-
19
- 11-14 - 4.5
Coco husks Concurrente 16-
20
17-
19.5
- 10-15 - 5.80
Cáscara de
coco
Concurrente 19-
24
10-
15
- 11-15 - 7.20
Caña de
azúcar
prensada
Concurrente 15-
18
15-
18
- 12-14 - 5.30
54
Carbón Ascendente 30 19.7 - 3.6 46 5.98
Cubos de
maíz
Concurrente 18.6 16.5 6.4 - - 6.29
Pellets de
cascarilla de
arroz
Concurrente 16.1 9.6 0.95 - - 3.25
Cubos de
algodón
stalks
Concurrente 15.7 11.7 3.4 - - 4.32
Fuente: Anil K. Rajvanshi, 1986.
La máxima dilución del gas se debe a la presencia del nitrógeno. Casi 50-60% del gas es
compuesto por nitrógeno que no reacciona. Por lo que resulta más beneficioso utilizar
oxigeno en vez de aire en la gasificación. Sin embargo el costo y la viabilidad del oxigeno
puede traer muchos factores limitantes en el regard. No obstante donde el producto final
es metanol, una alta cantidad de energía es obtenida, y así el costo y el uso de oxigeno es
justificado (Reed, T. B. et al., 1982).
En promedio 1 kg de biomasa produce cerca de 2.5 m3 de gas S.T.P. En este proceso se
consume unos 1.5 m3 de aire para la combustión (Schapfer et al., 1937).
2.3.4.1 TEMPERATURA DEL GAS.
En promedio la temperatura del gas saliendo del gasificador es de 300 a 400°C (Skov et al.,
1974). Si la temperatura del gas es más alta (~500°C) esto indicada que está tomando lugar
la combustión parcial del gas. Esto generalmente sucede cuando el rango de la corriente
del aire del gasificador es más alto de lo que fue diseñado.
2.3.5 APLICACIONES DEL GAS COMBUSTIBLE
Aproximadamente el 13% de la energía demandada en el mundo se satisface con los
combustibles de la biomasa. La biomasa representa el 4% de la energía primaria usada en
Estados Unidos, mientras que en Finlandia la biomasa es utilizada en un 17% y 21% en
Suiza. Estados Unidos posee cerca de 10 GW de capacidad instalada para la biomasa, la
cual es la fuente más grande no hidráulica de energías renovables. La capacidad instalada
55
consiste de 7 GW proveniente de los residuos de la industria agrícola y forestal, 2.5 GW de
los residuos sólidos municipales y 0.5 GW de otras fuentes.
La biomasa puede producir energía eléctrica mediante la combustión directa
calderas/turbias de gas. La eficiencia global de la biomasa a energía eléctrica es limitada
por un límite teórico en la eficiencia en la generación de energía eléctrica en las turbinas de
vapor, la alta humedad inherente en la biomasa como materia prima, y también al pequeño
tamaño de las plantas con sistemas de biomasa. La eficiencia de la biomasa en un sistema
de turbinas de vapor es de un 20 25%. La generación de energía también puede ser
realizada por la gasificación de la biomasa, seguido por una ingeniería de combustión,
turbinas de combustión, turbinas de vapor o pilas de combustible. Estos sistemas pueden
producir tanto calor y energía (CHP, Combined Heat and Power) y pueden lograr una
mayor eficiencia entre el 30 al 40%. Estos esquemas de generación de energía al ser
empleados establecen especificaciones en el gas de síntesis. Existe mayor libertad en lo
que respecta a la composición del gas de síntesis en una ingeniería de combustión que en
turbinas de combustión. Las turbinas de gas se han convertido en el mejor para transformar
el calor en energía eléctrica y son componentes claves para los más eficientes sistemas de
generación de energía.
Para ser considerados intercambiables con los combustibles fósiles convencionales (gas
natural o destilados de aceites) y para asegurar una máxima flexibilidad para aplicaciones
industriales y de servicios públicos, el gas de síntesis necesita tener un valor calorífico por
arriba de 11 MJ/m³ (300 Btu/ft³). El valor calorífico del gas natural es de 37 MJ/m³ (1020
Btu/ft³). Como lo muestra la tabla, un alto contenido de hidrocarburos (CH₄, C₂H₆,…)
corresponde a un alto valor calorífico para el gas de síntesis.
La tecnología del ciclo combinado en la gasificación integrado a la biomasa (BIGCC, por
sus siglas en inglés) ha sido considerada para la producción de energía por los sectores de
la caña de azúcar y pulpa y la industria de papel, y en general por los residuos agrícolas y
la conversión de los residuos forestales. Una típica aplicación de BIGCC incorpora la
combustión del gas de síntesis en turbinas de combustión para generar energía eléctrica en
un ciclo topping. Los gases de escapes calientes se dirigen a un sistema de recuperación de
calor por la generación de vapor (HRSG, por sus siglas en inglés) produciendo vapor que
es enviado a una turbina de vapor generando energía eléctrica adicional o para la
calefacción del proceso. La primera planta que demostró esta tecnología fue construida en
1996 en Varnamo, Suiza y producía de 6 MW de energía y 9 MW de calor. El sistema de
gas y una de vapor. La eficiencia en general de la planta de Varnamo es de ~83% y la
eficiencia en la generación de energía es de 33%. Una planta parecida se encuentra en
Santa Clara, Cuba con una eficiencia en la generación de energía de un 40 al 45% hasta la
fecha (CETA, 2008).
56
HIDRÓGENO
El hidrógeno es producido en grandes cantidades por medio de la reformación del gas de
los hidrocarburos sobre un catalizador de Ni a ~800⁰ C (1472 ⁰F). Este proceso da como
resultado un gas de síntesis el cual debe ser forzosamente para producir hidrógeno de alta
calidad. Las condiciones del gas de síntesis requeridas para re-formación de este gas son
similares a las un gas de síntesis proveniente de la gasificación de la biomasa; sin embargo
el alquitrán y las partículas no son de mucha preocupación. Para alcanzar el contenido de
hidrógeno, el gas de síntesis es introducido a uno o más reactores de cambio agua a gas
(WGS, por sus siglas en inglés), el cual convierte CO a H₂ a través de la siguiente reacción
CO+H₂O → H₂+CO₂ (9)
El vapor de este gas deja la primera etapa del WGS con un contenido de CO de un 2%
aproximadamente; en la segunda etapa este es reducido hasta unas 5000 ppm. El remanente
de CO puede ser removido con un sistema de absorción con cambio de presión (PSA, por
sus siglas en inglés).
METANOL
La síntesis comercial del metanol implica la reacción del CO, H₂ y el vapor sobre un
catalizador de cobre y Zinc en presencia de una pequeña cantidad de CO₂ a una
temperatura cerca de los 260⁰C (500⁰F) y una presión de 70 bar (1015 psi). La reacción de
síntesis del metanol es un equilibrio controlado y el exceso de reactivos (CO₂ y H₂) deben
ser reciclados para obtener rendimientos económicos.
2.3.6 TIPOS DE GASIFICADORES
Existen tres tipos de gasificadores principales empleados actualmente: downdraft o flujo
concurrente, updraft o flujo ascendente y lecho fluilizado.
El factor fundamental para un reactor es su capacidad de producir un gas con bajo
contenido de alquitrán ya que una concentración alta de alquitrán causa muchos problemas
en el sistema de recuperación de energía por sus características corrosivas.
La tabla 18 conjunta las características indispensables en el proceso de selección del
reactor.
57
Tabla 18. Características en el proceso de selección del reactor.
*pobre, ** aceptable, *** bueno, ****excelente
Fuente: V. Belgiorno et al., 2003 [modificado por (Juniper, 2000; Bridgwater, 1994)]
2.3.6.1 LECHO FIJO
Los reactores del lecho fijo vertical (VFB, por sus siglas en inglés) son los más
competitivos. Estos se dividen en: ascendentes y descendentes. El gasificador de tipo
ascendente es un gasificador contra-flujo introducido por la parte baja de este mismo.
En este reactor la materia sólida se convierte en gas combustible durante su trayectoria
desciende (Quaak et. al., 1999; Bridgwater, 1994). La materia prima es tratada con la
siguiente secuencia empezando por arriba: secado, pirolisis, reducción y combustión
(Juniper, 2000; Quaak et. al., 1999; Hauserman et. al., 1997: Bridgwater, 1994). En la zona
de combustión, la más alta temperatura del reactor llegas más de los 1200⁰C. Como
58
consecuencia de la corriente ascendente, el alquitrán proveniente del proceso de pirolisis es
acarreado para arriba por el flujo del gas caliente.
En los reactores de flujo descendente, la materia prima es introducida en la parte superior,
el aire por encima de la chimenea mientras que el gas combustible es retirado por debajo
de esta misma chimenea (Juniper, 2000; Quaak et. al., 1999; Hauserman, 1997;
Bridgwater, 1994).
Los vapores de la pirolisis permiten un efectivo craqueo térmico del alquitrán. Sin
embargo, el intercambio interno de calor no es tan eficiente como en la gasificación
ascendente (Quaak et. al., 1999; Bridgwater, 1994).
LECHO FIJO ASCENDENTE
También se le conoce como gasificador contracorriente, la configuración ascendente es la
más antigua y simple tecnología en los gasificadores; aun se usa en la gasificación del
carbón. Como se menciona en el apartado anterior la biomasa es introducida en la parte de
arriba del reactor y una chimenea en el fondo sostiene el lecho de reacción. Aire, oxígeno
y/o vapor son introducidos por debajo de la chimenea y se difunden a través del lecho de
biomasa y carbón vegetal. La combustión completa toma en lugar en la parte posterior del
lecho, liberando CO₂ y H₂O. Estos gases calientes (~1000⁰C) pasan por encima del lecho,
donde son reducidos a H₂ y CO y enfriados hasta 750⁰C continuando en el reactor, los
gases reducidos (H₂ y CO) pirolizan la biomasa mojada descendiente y finalmente secan la
biomasa húmeda entrante, dejando el reactor a una baja temperatura (~500⁰C) (Marano, J.
J., 2000; Stultz, S .C., 1992; Reed, T. B., 2001).
Las ventajas de este reactor son:
Proceso simple y de bajo costo.
Capacidad para manejar la biomasa con un alto contenido de humedad y alto
contenido de materia inorgánica (por ejemplo, residuos sólidos municipales).
Tecnología probada.
La principal desventaja de este reactor es:
El gas de síntesis contiene de 10 a 12% de alquitrán por peso, requiriendo una
extensiva limpieza del gas de síntesis antes de los motores, turbinas o aplicaciones
de síntesis.
59
LECHO FIJO DESCENDENTE
Así mismo se conoce como reactor de flujo en paralelo o concurrente, el gasificador
descendente tiene la misma configuración mecánica que el gasificador ascendente excepto
que la oxidación que los gases productos bajan en el reactor en la misma dirección de la
biomasa. Una diferencia más grande es que este proceso puede combustionar hasta el 99%
de los alquitranes formados. Baja humedad en la biomasa (<20%) y el aire u oxígeno son
encendidos en la zona de reacción arriba del lecho. La flama genera la pirolisis del
gas/vapor, la cual quema intensamente dejando un 5 al 15% de carbón mineral y gas de
altas temperaturas provenientes de la combustión. Estos gases descienden y reaccionan con
el carbón mineral a temperaturas que van de los 800 a los 1200 ⁰C, generando más CO y
H₂ mientras son enfriados por debajo de los 800⁰C. Finalmente el carbón y las cenizas que
no hacen combustión pasan a través del fondo de la chimenea y se pasan a ser residuos.
Las características de este gasificador son:
Hasta el 99.9% de los alquitranes formados son consumidos, requiriendo un
mínimo o un nulo sistema de limpieza del gas.
Los minerales remanentes con el carbón vegetal/cenizas reducen las necesidades de
los separadores por ciclón.
Proceso simple, probado y de bajo costo.
Sus ventajas:
Se requiere que la materia prima sea secada hasta que el contenido de humedad
seas bajo (<20%).
El gas de síntesis saliente del reactor se encuentra a una temperatura alta, por lo que
requiere un sistema de recuperación de calor secundario.
4-7% del carbón queda sin convertir.
2.3.6.2 LECHO FLUIDIZADO
Para combustibles que tiene un alto contenido de cenizas y esta ceniza tiene un punto de
fundición bajo, es preferible utilizar un gasificador de lecho fluidizado. El lecho bajo
ciertas condiciones se comporta como un líquido hirviendo y tiene una excelente
temperatura uniforme y provee un contacto eficaz entre la fase gaseosa y sólida.
Generalmente el calor es transferido inicialmente por el lecho caliente de la arena. La
principal ventaja del lecho fluidizado sobre el lecho de fijo concurrente es la flexibilidad
60
con respecto a la velocidad de alimentación y la composición. Los sistemas de lecho
fluidizado también cuentan con una gran capacidad volumétrica y un fácil control de la
temperatura.
Fluidización es el término aplicado al proceso, donde un lecho fijo para sólidos finos –los
cuales han sido seleccionados por su tamaño, densidad y características térmicas-,
típicamente arena de silicio, es transformado a un estado líquido por el contacto con un gas
con corriente ascendente (agente gasificante) (Juniper, 2000). La gasificación de lecho
fluidizado fue originalmente desarrollada para resolver problemas operacionales de los
reactores de lecho fijo relacionado con el gran contenido de cenizas de la materia prima y
para incrementar la eficiencia (Quaak et. al., 1999). La eficiencia de este reactor es cinco
veces más que la del lecho fijo, con un valor alrededor de 2000 kg/(m2h)( (Quaak et. al.,
1999; Bingyan., 1994).
Los reactores del lecho fluidizado son gasificadores sin diferentes zonas de reacción. Estos
tienen un lecho isotérmico operando a temperaturas de 700 a 900 ⁰C, menores que las
temperaturas máximas en los reactores de lecho fijo.
En el reactor de lecho fluidizado burbujeante (BFB, por sus siglas en inglés) la velocidad
de la corriente ascendente del agente gasificante es alrededor de 1 a 3 m/s y la expansión
de la cama inerte se refiere únicamente a la parte baja del gasificador. Un gas (oxigeno,
aire o vapor) es forzado a través de las partículas inertes, un punto es alcanzado cuando la
fuerza de fricción entre las partículas y el gas compensa el peso de los sólidos. A esta
velocidad el gas (mínima fluidización), el burbujeo y la canalización de este gas se da en la
parte media del reactor, de tal manera que las partículas permanecen en el reactor y
parecen estar en un “estado de ebullición” (Craig, K. R., et al., 1996). Las partículas
fluidizadas tienden a romper la biomasa que alimenta el lecho y garantiza la buena
transferencia de calor a través del reactor. Arena y cenizas no salen del reactor debido a la
baja velocidad (CITEC, 2000; Ghezzi, 2000; Quaak et al., 1999).
Las ventajas de ese reactor son (Bridgwater et al., 1993; Paisley, M.A. et al.)
Permite una producción uniforme del gas.
Exhibe una temperatura casi uniforme distribuida en todo el reactor.
Una habilidad de aceptación una amplia gama de tamaños de partículas de
combustible, incluyendo finas.
Provee una alta velocidad en la transferencia de calor entre la materia inerte,
combustible y gas.
Una alta conversión posible con bajo contenido de alquitrán y carbón sin convertir.
Las desventajas son:
61
Gran tamaño de burbuja puede dar como resultado que el gas se desvíe a través de
lecho.
Los gasificadores del lecho fluilizado circulante operan a velocidades más altas que la del
mínimo punto de fluidización, resultante en el arrastre de las partículas en el vapor del gas.
Las partículas arrastradas en el gas salen por la parte superior del reactor, son separadas
por un ciclón y regresadas al reactor. La velocidad de la corriente ascendente del agente
gasificante en los reactores del lecho fluilizado circulante (CFB, por sus siglas en inglés) es
de 5 a 10 m/s (CITEC, 2000; Ghezzi, 2000).
Las ventajas de este tipo de gasificador son:
Adecuado para reacciones rápidas.
Una alta velocidad en la transferencia de calor es posible, debido a una alta
capacidad calorífica del material del lecho.
Una alta velocidad de conversión es posible con un bajo contenido de alquitrán y
carbón sin convertir.
Las desventajas son:
Los gradientes de temperatura corren en dirección del flujo de los sólidos.
El tamaño de las partículas de los combustibles determinan la velocidad mínima de
transporte; altas velocidades pueden ocasionar la erosión del equipo.
Los cambios de calor son menos eficientes que en un lecho fluilizado burbujeante.
62
Figura 14. a) Gasificador de flujo ascendente y descendente. b) Gasificador de lecho fluilizado burbujeante y circulante.
La figura 14 a y b corresponden a los esquemas de los gasificadores que fueron detallados
con anterioridad en esta misma sección.
2.3.7 BIOMASA COMO MATERIA PRIMA
Biomasa es la materia orgánica proveniente de las cosas recientemente vivas, incluyendo la
materia vegetal de los árboles, pastos y de los cultivos agrícolas. La composición química
de la biomasa varía entre especies, pero básicamente consiste de un alto contenido de
humedad, una estructura fibrosa la cual consiste de lignina, carbohidratos o azucares, y
cenizas. La biomasa no es muy homogénea en su estado natural y posee un poder
calorífico inferior al del carbón. La característica no-homogénea de la mayoría de los
recursos de la biomasa (por ejemplo, hojas de maíz, paja) plantea dificultades en mantener
una constante taza de alimentación en las unidades para la gasificación.
63
2.3.7.1 CARACTERÍSTICAS DE LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE
Casi cualquier combustible carbonoso o biomasa puede ser gasificado bajo condiciones
experimentales o de laboratorio (Skov et al., 1974).
No existe un gasificador universal ya que los gasificadores son de un combustible
específico y estos se adaptan alrededor del combustible y no al revés.
Los combustibles para un gasificador pueden ser considerados buenos o malos de acuerdo
a los siguientes parámetros:
1. Energía contendida en el combustible.
2. Densidad volumétrica
3. Contenido de humedad.
4. Contenido de polvo.
5. Contenido de alquitrán.
6. Cenizas y escorias.
CONTENIDO DE HUMEDAD
En la mayoría de los combustibles hay muy pocas opciones en el contenido de humedad;
ya que está determinado por el tipo de combustibles, su origen y tratamiento.
Es recomendable utilizar un combustible con bajo contenido de humedad debido a que se
pierde una considerable cantidad de calor antes de la gasificación en la evaporación y el
balance de calor de la reacción en la gasificación se ve afectado. Por ejemplo, para un
combustible a 25°C y el gas sale del gasificador a una temperatura de 300°C, 2875 KJ/kg
de humedad deben ser suplidos por el combustible para calentar y evaporar la humedad.
Para reducir el contenido de humedad en los combustibles algunos pre-tratamientos son
requeridos. Por lo general es recomendable un 20% o menos en el contenido de humedad
en los combustibles.
CONTENIDO DE POLVOS.
Todos los combustibles gasificados producen polvos. Estos polvos siempre son una
molestia, ya que puede obstruir los motores de combustión interna y por lo tanto tiene que
64
ser eliminado. El diseño del gasificador debe ser tal que no debe de producir más de 2-6
g/m³ de polvo (Kaupp, 1982).
Entre mayor sea el polvo producido, más carga se coloca sobre los filtros los que requieren
más frecuencia de lavado y mantenimiento.
CONTENIDO DE ALQUITRÁN
El alquitrán es uno de los elementos más desagradables del gas, ya que tienden a
depositarse en el carburador y las válvulas de entrada causando apelmazamiento y
problemas de operación (Skov et al., 1974). Las propiedades físicas del alquitrán depende
de la temperatura, el calor y la humedad. Este es el producto de un proceso irreversible en
la zona de pirolisis. Existen aproximadamente 200 compuestos químicos que han sido
identificados en el alquitrán hasta ahora.
Muy pocas investigaciones se han realizado en torno al quemado o eliminación del
alquitrán en los gasificadores, de manera que el gas salga relativamente libre de alquitrán.
Así el gran esfuerzo se ha dedicado a la limpieza de este alquitrán por los filtros y los
refrigeradores. Un buen diseño en el gasificador expulsa menos de 1 g/ m³ de alquitrán
(SERI, 1979). Se ha asumido que los gasificadores de flujo concurrente producen menos
alquitrán que otros gasificadores (Remulla, J. A., 1982). Sin embargo debido a procesos
ineficientes que toman lugar en la garganta del gasificador de flujo concurrente no es
posible una completa disociación del alquitrán (Kaupp, A., 1982).
CENIZAS Y ESCORIAS
El contenido mineral oxidado del combustible restante después de la completa combustión
se le denomina cenizas. El contenido de cenizas de un combustible y la composición de
estas tiene un mayor impacto en el libre funcionamiento en el libre funcionamiento del
gasificador.
Las cenizas básicamente interfieren el proceso de gasificación de dos diferentes maneras:
a) Se fusiona entre sí para formar escoria y así esta escoria de huella detiene o inhabilita el
flujo concurrente en la alimentación de la biomasa.
b) Aún si no se fusionan entre sí, este alberga los puntos del combustible donde inicia la
puesta en marcha y esto reduce el tiempo de reacción del combustible.
65
La eliminación de las cenizas y los alquitranes son los dos procesos más importantes en los
sistemas de gasificación para su buen funcionamiento. Varios sistemas se han diseñado
para la eliminación de cenizas (O’Neill et al., 1982). En efecto algunos combustibles con
alto contenido de cenizas pueden ser fácilmente gasificados si un sistema elaborado para la
eliminación de cenizas es instalado dentro del gasificador (Kaupp, 1982).
La escoria, sin embargo, puede ser superada de dos diferentes maneras de operación del
gasificador (Kaupp et al., 1995):
1. Bajar la temperatura de operación mantiene la temperatura muy por debajo de la
temperatura de impulsión de la ceniza.
2. Una temperatura alta de operación mantiene la temperatura sobre el punto de fusión de
las cenizas.
El primer método se realiza mediante la inyección de agua o vapor, mientras que el
segundo requiere suministros para aprovechar la escoria fundida saliente de la zona de
oxidación. Cada método tiene sus ventajas y desventajas y depende del tipo de combustible
y el gasificador a usar.
La tabla 19 muestra las características de los combustibles que han sido, con el paso del
tiempo, gasificados.
Tabla 19. Características de la gasificación de varios combustibles.
Combustible Tratamiento,
Densidad,
Humedad
Alquitrán
producido
g/m³
Contenido
de cenizas
%
Gasificador Experiencia
Paja de
alfalfa
Encubado,
298 Kg/m³
7.9%
2.33 6 Concurrente No produce
escorias.
Paja de
frijol
Encubado,
440Kg/m³
13%
1.97 10.2 Concurrente Formación
severa de
escorias.
Paja de
cebada
(75% paja;
25% forraje
de maíz y
6% orza)
Encubado,
299Kg/m³
4%
0 10.3 Concurrente Formación de
escorias.
66
Concha del
coco
Trozos (1-4
cm), 435
kg/m³
11.8%
3 0.8 Concurrente Excelente
combustible.
Sin formación
de escoria.
Cáscara del
coco
En piezas 2-
5 cm, 65
Kg/m³
Insignificante
producción
de alquitrán
3.4 Concurrente Escoria en la
chimenea,
pero sin
problemas de
operación.
Mazorca de
maíz
304 Kg/m³
11%
7.24 1.5 Concurrente Excelente
combustible.
Sin escorias.
Forraje del
maíz
En cubos,
390 Kg/m³
10.9%
1.43 6.1 Concurrente Formación
severa de
escorias y de
aglomeración.
Tallos de
algodón
En cubos,
259 Kg/m³
20.6%
5 17.2 Concurrente Formación
severa de
escoria.
Huesos de
durazno
Secados al
sol, 474
Kg/m³
10.9%
1.1 0.9 Concurrente Excelente
combustible,
sin escorias.
Turba Ladrillos,
555 Kg/m
13%
- - Concurrente Formación
severa de
escoria
Restos de
poda
Secado al
aire, 514
kg/m³
8.2%
0
0.5 Concurrente Excelente
combustible
Cáscara de
arroz
En pellets,
679 Kg/m³
8.6%
4.32 14.9 Concurrente Formación
severa de
escoria
Cárcamo En cubos,
203 kg/m³
8.9%
0.88 6.0 Concurrente Poca
formación de
escoria
Caña de Cortados Insignificante 1.6 Concurrente Escoria en el
67
azúcar 2-5 cm
52 kg/m³
anillo
calentador.
Aglomeración.
Cáscara de
nuez
Pellets 14.5 1.0 Concurrente Buen
combustible
Cáscara de
nuez
Quebrado,
337 Kg/m³
8%
6.24 1.1 Concurrente Excelente
combustible,
Sin escorias.
Paja de trigo En cubos,
395 Kg/m³
9.6%
- 9.3 Concurrente Formación
severa de
escorias,
Aglomeración.
Producción
irregular de
gas.
Paja de trigo
y tallos de
maíz
En cubos
(50%
mezclado),
199kg/m³
15%
0 7.4 Concurrente Formación de
escoria.
Bloques de
madera
Cubos de
5cm,
256 kg/m³
10.8%
3.24 0.2 Concurrente Excelente
combustible.
Astillas de
madera
166 Kg/m³
10.8%
6.24 6.26 Concurrente Formación
severa de
escoria y
aglomeración.
Fuente: Anil K. Rajvanshi, 1986.
2.3.7.2 PREPARACIÓN DE LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE
La preparación de la biomasa como materia prima para la gasificación depende las
características de la biomasa y requerimientos del gasificador.
68
La biomasa presenta características variables con respecto al contenido de humedad,
densidad, contenido de energía térmica y tamaño de partícula. Tomando en cuenta estas
características la preparación de la biomasa se puede realizar en dos pasos.
1. Contenido de humedad. Alto contenido de humedad en la biomasa utilizada en la
gasificación disminuye la temperatura de operación del reactor, produce un gas más
sucio con incremento en el contenido de metano y disminución en contenido de
hidrógeno. La mayoría de las tecnologías de los gasificadores requieren un
contenido de humedad de la materia prima debajo de un nivel específico. Este nivel
varía desde el 10% para los Lurgi y hasta un 70% para Foster Wheeler. Por lo que
homegenizar el contenido de humedad es realizado empleando métodos de secado
por rotación, vapor y por ciclón. Estos utilizan calor el cual es suministrado por, ya
sea, calderas, turbinas de combustión, gases de escape o son directamente
alimentados por el gas producto. La gasificación de la biomasa con alto contenido
de humedad es posible, pero se requiere un sistema de energía más alto.
2. Reducción del tamaño. Algunos tipos de madera son blandos, húmedos y fibrosos;
tienden a interferir en ciertos métodos de alimentación mecánica, como los
alimentadores de tornillo. Es preferible manejarla en fardos, picada o hecha pellets
para permitir su manipulación mecánica o neumática (Paisley, M. A. et al.). Existen
muchos métodos para el cambio de tamaño de la biomasa, incluyendo cuchillos
rotativos, rodillos, martillos de molienda, picado, triturado, pulverización y
granulación. La biomasa se transporta desde los silos de almacenamiento o de las
tolvas asegurada al gasificador a través de de una cinta transportada o un sistema
neumático.
69
2.4 INCINERACIÓN
La mayoría de los países industrializados con densidades de población elevadas han
empleado la incineración como procedimiento, alternativo al vertedero controlado, para el
tratamiento de los residuos sólidos urbanos. La utilización de esta tecnología permite
reducir en gran medida el peso (75%) y el volumen (90%) de los residuos a tratar y,
además, obtener energía.
2.4.1 EL HORNO Y LA COMBUSTIÓN
En este proceso es indispensable operar con un exceso de aire para asegurar la combustión
completa y para evitar que la temperatura sea demasiado elevada (T >1100 °C) y pueda
ablandar y fundir las cenizas y escorias. La formación de óxidos de nitrógeno también se
reduce cuando se controla la temperatura de la cámara. Para que la combustión sea
completa es necesario conseguir un buen contacto entre los reactantes, es decir, entre el
aire y los sólidos y que el tiempo de permanencia de cada uno de los materiales sea, en las
condiciones de temperatura y presión parcial de oxígeno fijadas, superior al de conversión
completa.
70
Figura 15. Diagrama de un incinerador. Fuente: Elías Xavier, 2003.
La figura 15 muestra un diagrama de un incinerador genérico, cuenta con un horno, una
cámara de oxidación, cámara de postcombustión y una caldera. El resto de la instalación se
compone de:
Una cámara de postcombustión de ejecución horizontal.
Sistema enfriador de gases de combustión.
Reactor de neutralización de gases ácidos por vía semi-seca. En esta parte también
existe la inyección de carbón activo para el abatimiento de metales y restos de
compuestos orgánicos organoclorados.
Existe una gran variedad de hornos para lograr la combustión de los residuos en
condiciones adecuadas. Los hornos de parrillas fijas, los de parrillas móviles, con
diferentes tipos de parrillas y movimientos, los hornos rotatorios, los lechos fluidizados
burbujeantes o los lechos fluidizados re circulantes son ejemplos de equipos empleados en
las instalaciones industriales.
Los lechos fluidizados ofrecen las condiciones de operación apropiadas para una buena
combustión. La agitación del lecho, la inercia térmica y la elevada superficie de contacto
Aire
secundario
Cámara de
combustión
Cámara
Postcombustión Caldera
71
entre las partículas permiten alcanzar una aproximación razonable hacia la isotermicidad
del lecho. La mezcla que se logra en los lechos fluidizados mejora la reactividad de los
residuos ya que alcanzan rápidamente los valores de la temperatura de operación. Estas
cualidades permiten que los lechos fluidizados sean poco sensibles a las variaciones en el
poder calorífico, logren una recuperación energética elevada al no requerir un gran exceso
de aire, obtengan unas escorias con una fracción de inquemados pequeña (<0,5%),
razonablemente “duras “ , permitan un buen control del proceso y fácil mantenimiento.
A pesar de las desventajas que presentan frente a otras alternativas como son su mayor
consumo de energía, los mayores costes de inversión o la menor capacidad ofrecen una
ventaja fundamental, mejor comportamiento ambiental ya que disminuye la formación de
NOx, permite introducir cal o dolomita para retener SO₂ y también desciende el nivel de
CO (Warner Bulletin, 1995).
Para asegurar la destrucción de las moléculas orgánicas complejas, que pueden salir con
los gases de combustión, se someten estos gases a un proceso adicional en el cual la
temperatura es superior a 850°C durante un tiempo no inferior a dos segundos y con un
contenido de oxígeno superior al 6%. Estos gases se introducen en una caldera de
recuperación para producción de vapor con el que pueda obtenerse energía eléctrica por
medio de una turbina. En ocasiones se combinan con turbinas de gas para mejorar el
rendimiento energético de la planta.
2.4.2 TIPOS DE HORNOS
Como se mencionó anteriormente existen diversas clases de hornos para la incineración los
cuales dentro de este apartado se detallarán.
HORNOS DE SOLERA FIJA
Se trata de un tipo de horno semicontinuo, en desuso en Europa pero, en funcionamiento
en diversos países de América, incluyendo los EE.UU. El cargue se realiza abriendo la
puerta de alimentación e introduciendo el residuo.
La temperatura de trabajo del horna debe ser, en teoría sobre los 850°C. Se trata de una
temperatura muy elevada para que el operario este constantemente introduciendo la carga
(trabajo fatigoso y riesgoso). Por ello no se hace de manera continua y el horno se alimenta
discontinuamente. El cargue debería ser de funcionamiento continuo.
72
Algunos modelos de horno no disponen de entrada de aire primario de combustión. La
resolución exige que la aportación de aire primario sea independiente.
El equipo de combustión, por lo general, está sobredimensionado. Es decir los quemadores
son capaces de desarrollar una gran potencia. De hecho estos quemadores están previstos
(o deberían estar diseñados) tan solo para la puesta en marcha y calentamiento de la masa
de refractario del horno hasta alcanzar la temperatura que permita la entrada del residuo,
850 °C. Más adelante, en situación de funcionamiento al régimen nominal, sirven como
elemento de seguridad para encenderse, de manera automática, cuando por el motivo que
sea la temperatura del horno desciende por debajo del valor de consigna de 850 °C.
LOS HORNOS DE PARRILLAS
Tradicionalmente los RSU o asimilables se han quemado en hornos provistos con parrillas.
De estas existen muchos tipos pero, en líneas generales se pueden clasificar en: Parrillas
fijas o móviles y rodillos.
El dibujo reproduce la forma de una parrilla donde se observa la inyección de aire primario
entre las parrillas. El aire secundario se inyecta en la cámara de oxidación situada
inmediatamente por encima del horno.
La ventaja de este sistema es que admite la carga del “todo uno”, no obstante ello se lleva a
cabo en base al empleo de unas parrillas metálicas que obviamente tienen un
mantenimiento y unas limitaciones. Por ejemplo: una carga térmica del orden de 0,18-0,36
t/m2h, o 0,5-1,0 MW/m2.
Los problemas derivados de esta configuración se intentan soslayar con un diseño de una
cámara de oxidación que facilite la evacuación de los gases hacia la cámara de
postcombustión. La foto inferior muestra el interior del horno.
EL HORNO DE LECHO FLUIDIZADO
Este tipo de horno ha sido concebido para el tratamiento de materiales conflictivos, PCI
bajo o diferencias de tamaño en el combustible y/o en la alimentación.
El principio de funcionamiento estriba en la gran transferencia de calor que se lleva a cabo
desde las partículas de refractario que constituyen el lecho que se mantiene en constante
agitación, gracias al caudal de fluidificación.
La alimentación se realiza por la parte central del lecho. En función del diseño y del tipo de
horno (burbujeante o circulante) el arrastre de material será más o menos intenso. En
cualquier caso las partículas serán recogidas en un ciclón.
73
Desde el punto de vista técnico las ventajas que aporta el lecho fluidizado en comparación
con el convencional pueden sintetizarse en:
Requiere un menor exceso de aire con lo que el rendimiento de la combustión será
mayor.
Puede trabajar a temperaturas menores con lo que se evita la fusión parcial de las
escorias del combustible en el seno del lecho.
Las instalaciones son más compactas.
Posibilidad de introducir catalizadores en el lecho.
Pero desde la óptica medioambiental las ventajas son, si cabe, más importante:
Posibilidad de usar mezclas heterogéneas de combustibles, siendo el estado físico
de alguno de ellos difícil (fangos).
Minimización de las emisiones de SO2 por adición de reactivos en el propio lecho
(carbonatados).
Reducción de los niveles de NOx al trabajar a menores niveles térmicos y excesos
de aire más reducidos.
Aumento del tiempo de residencia.
EL HORNO ROTATORIO
Es la modalidad de horno que suele usarse para la incineración de residuos industriales,
cárnicos o bien cuando se trata de incinerar mezclas de residuos con PCI no bien definidos.
Esencialmente consta de un cilindro con revestimiento de material cerámico en su interior,
que va girando a una velocidad variable y montada también en una inclinación que permite
regular el tiempo de residencia de los sólidos.
Las principales características diferenciales son:
La carga suele ocupar el 20% del volumen.
Permite variar la inclinación y velocidad y con ello el tiempo de permanencia de los
sólidos (por lo general las escorias son de muy buena calidad).
No hay partes metálicas, lo que equivale a decir que no existe limitación de
temperatura de trabajo.
Puede trabajar con cualquier cantidad de aire. Por lo general en el horno se adiciona
el aire estequiométrico y el exceso se lleva a cabo en la cámara de oxidación.
Arrastre de partículas reducido. Ello depende de la relación longitud/diámetro.
Posibilidad de inyectar aire caliente.
Tratar cualquier tipo de residuo.
74
Figura 16. Horno Giratorio típico con cámara de postcombustión. Fuente: Xavier Elias, 2003.
75
2.5 ANALISIS CICLO DE VIDA
“Desde el nacimiento hasta la tumba” es lo que se denomina ciclo de vida de un producto.
El análisis de ciclo de vida (ACV) de un producto es una metodología que intenta
identificar, cuantificar y caracterizar los diferentes impactos ambientales potenciales,
asociados a cada una de las etapas del ciclo de vida de un producto (Romero, 2003).
Ciclo de vida es un término creado por los evaluadores ambientales para cuantificar el
impacto ambiental de un material o producto desde que se le extrae de la naturaleza hasta
que regresa al ambiente como desecho.
El análisis del ciclo de vida (ACV) es una herramienta que se usa para evaluar el impacto
potencial sobre el ambiente de un producto, proceso o actividad a lo largo de todo su ciclo
de vida mediante la cuantificación del uso de recursos (“entradas” como energía, materias
primas, agua) y emisiones ambientales (“salidas” al aire, agua, y suelo) asociados con el
sistema que se está evaluando.
El análisis del ciclo de vida de un producto típico tiene en cuenta el suministro de las
materias primas necesarias para fabricarlo, transporte de materias primas, la fabricación de
intermedios y, por último, el propio producto, incluyendo envase, la utilización del
producto y los residuos generados por su uso.
El análisis del ciclo de vida comprende 4 etapas:
1) Definición y alcance de los objetivos. Se inicia definiendo los objetivos
globales del estudio, el producto implicado, la audiencia, el alcance del
estudio, la unidad funcional, los datos necesarios y el tipo de revisión crítica
que se debe realizar.
2) Análisis del inventario. Lista cuantificada de todos los flujos entrantes y
salientes del sistema durante su vida útil, calculando los requerimientos
energéticos y materiales del sistema y la eficiencia energética de sus
componentes, así como las emisiones producidas en cada uno de los
procesos y sistemas.
3) La evaluación del impacto. Se realiza una clasificación y evaluación de los
resultados del inventario, y se relacionan sus resultados con efectos
ambientales observables.
76
4) La interpretación de resultados. Los resultados de las fases precedentes son
evaluados juntos, en un modo congruente con los objetivos definidos para el
estudio, a fin de establecer las conclusiones y recomendaciones para la toma
de decisiones.
El Análisis de Ciclo de Vida (ACV) enfocada a la gestión integral de los residuos sólidos
permite cuantificar los consumos de materias prima y energía junto con todos los residuos
sólidos, emisiones a la atmosfera y vertidos al agua (las cargas medioambientales)
derivados de todos los procesos que están dentro de los límites del sistema.
Figura 17. Análisis de Ciclo de Vida (ACV). Fuente: CNPLM, 2001.
2.5.1 ANTECEDENTES DEL ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA
El desarrollo del ACV se originó casi simultáneamente en Estados Unidos y Europa. Si
bien el primer ACV fue realizado en 1969 por el Midwest Research Institute (MRI) para la
77
Coca-Cola, donde la premisa fundamental fue disminuir el consumo de recursos y, por lo
tanto, disminuir la cantidad de emisores al ambiente. Los estudios continuaron durante los
años setenta, y grupos como Franklin Associates Ltd. Junto con la MRI realizaron más de
60 análisis usando métodos de balance de entradas/salidas e incorporando cálculos de
energía.
Entre 1970 y 1974, la Agencia de Protección ambiental (EPA, por sus siglas en inglés)
realizó nueve estudios de envases para bebidas. Los resultados sugirieron no utilizar el
ACV en cualquier estudio, especialmente para empresas pequeñas, ya que involucra
costos.
2.5.2 CATEGORÍAS DE IMPACTO
Güereca (2006) presenta una breve descripción de las categorías de impacto, basado en lo
reportado por Guinée et al., 2002.
ACIDIFICACIÓN
Los contaminantes que generan acidificación tienen una amplia variedad de impactos en el
suelo, en las aguas superficiales, aguas subterráneas, organismos vivos y en las
edificaciones. Existen muchas emisiones ácidas generadas directamente por el hombre y
otras son compuestos ácidos que se han generado a partir de reacciones en el aire. Como
ejemplos de las emisiones humanas están el dióxido de azufre (que se convierte en ácido
sulfúrico) y el óxido de nitrógeno (que se transforma en ácido nítrico).
DISMINUCIÓN DE OZONO ESTRATOSFÉRICO
La capa de ozono está presente en la estratosfera y actúa como un filtro absorbiendo las
dañinas ondas cortas de luz ultravioleta, mientras permite el paso de las ondas largas. La
disminución de la capa de ozono provoca un incremento de la cantidad de rayos
ultravioleta que llegan a la superficie de la Tierra, lo cual genera el aumento de algunas
enfermedades como el cáncer de piel y las cataratas; la afectación de la producción
agrícola, la degradación de los materiales plásticos, entre otros. La mayoría de los cloruros
y bromuros, procedentes de compuestos fluorocarbonados, CFCs y otras fuentes,
78
reaccionan en presencia de las nubes estratosféricas polares (PSCs) emitiendo cloruros y
bromuros activos que bajo la acción de los UV provocan la descomposición del ozono.
EUTROFIZACIÓN
La eutrofización incluye los impactos potenciales de niveles excesivamente altos de
macronutrientes, de los cuales los más importantes son el nitrógeno y los fosfatos, sin
embargo en este impacto también participan óxidos de nitrógeno, amoniaco y DBO. El
enriquecimiento de nutrientes puede generar un cambio indeseable en la composición de
especies y por lo tanto en la producción de biomasa, tanto a nivel acuático como terrestre.
También puede provocar la contaminación de las aguas para consumo y el incremento de
la producción de biomasa en ambientes acuáticos, lo cual conduce a un incremento de la
Demanda Biológica de Oxígeno (DBO).
CAMBIO CLIMÁTICO
El cambio climático se define como el impacto de las emisiones antropogénicas sobre las
fuerzas radiactivas (por ejemplo, la absorción de la radiación del calor) de la atmósfera.
Esto puede generar efectos adversos sobre los ecosistemas, la salud humana y el estado de
los materiales. La mayoría de las emisiones relevantes al clima, enriquecen las fuerzas
radiactivas, causando que la temperatura superficial de la Tierra aumente. A esta situación
comúnmente se le denomina “efecto invernadero” (Guinée et al., 2002). Los métodos
usados en AICV están basados en las propuestas del Panel Internacional sobre Cambio
Climático (IPCC).
El Potencial de Calentamiento Global (GWP) es usado como el factor de caracterización
para evaluar y agregar las intervenciones en la categoría de cambio climático. El indicador
de gases de efecto invernadero se deriva de dos propiedades básicas de cada gas. La
primera es la habilidad para reflejar el calor y la segunda tiene que ver con la permanencia
del gas en la atmósfera. Estas propiedades se comparan con las propiedades del dióxido de
carbono y convertidas en dióxido de carbono equivalentes. Entonces los equivalentes
individuales pueden ser sumados para obtener un indicador de gases invernadero. Como
una regla general, las emisiones de CO2 que tienen su origen en fuentes fósiles son
contabilizadas dentro de la categoría de cambio climático y las que se generan a partir de
fuentes biogénicas se consideran como emisiones neutrales (den Boer (Szpadt) et al, 2005).
79
FORMACIÓN DE FOTO-OXIDANTES
La formación de foto-oxidantes es la generación de compuestos químicamente reactivos
tales como ozono, por la acción de la luz del sol sobre ciertos contaminantes primarios.
Estos compuestos reactivos pueden ser dañinos a la salud humana y al ecosistema y pueden
también afectar los cultivos. Los foto-oxidantes se pueden formar en la troposfera bajo la
influencia de la luz ultravioleta, a través de reacciones de oxidación de Compuestos
Orgánicos Volátiles (COVs) y monóxido de carbono en la presencia de óxidos de
nitrógeno. El ozono es considerado como el más importante de éstos agentes, junto con el
peroxi-acetil-nitrato (PAN).
El indicador de formación de foto-oxidantes se obtiene al identificar los factores de
conversión o reactividad para los COVs. Estos factores son usados para convertir el
inventario de COVs en etileno equivalentes.
TOXICIDAD TERRESTRE
En esta categoría se contemplan los efectos de los compuestos tóxicos sobre los
ecosistemas terrestres. En las categorías de toxicidad el factor transporte tiene especial
relevancia ya que los contaminantes tóxicos no permanecen en el medio (aire, suelo, agua
superficial, etc.) donde fueron emitidos sino que pueden desplazarse y afectar otros
ambientes. Un compuesto puede llegar a ser más dañino en un medio diferente al de su
emisión.
80
3. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 TIPOS DE INVESTIGACIÓN
Se realizo una investigación exploratoria para el desarrollo de este proyecto y una
simulación para cumplir con uno de los objetivos planteados en el principio del
documento.
3.2 MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN
Investigación bibliográfica. Consiste en la recopilación de información
correspondiente a los temas tratados dentro de esta investigación para la obtención
de las bases teóricas que sostienen toda la investigación.
Estudio de casos. Una de las propuestas que se plantean dentro de este proyecto, es
un tema el cuál no ha sido abordado en México, por lo que se investigó algunos
casos correspondientes a dicho tema en otros países y se aplicó al caso de la Ciudad
de México.
Simulación. Se realizó una simulación en donde se muestra cuales serían los
posibles impactos ambientales ocasionados por cada tecnología tomando como
base los impactos ambientales productos del sistema de gestión que se emplea
actualmente.
81
3.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
La figura 18 muestra los pasos que se siguieron dentro de esta investigación. Al igual que
su secuencia.
Figura 18. Diseño de la investigación empleada.
Investigación
bibliográfica
Selección de
la tecnología
Estudio de
casos
Análisis de
Ciclo de Vida
Análisis y
discusión de
Resultados
Conclusiones
82
83
3.3.1 INVESTIGACIÓN BIBILIOGRÁFICA
Se procedió a investigar acerca de la situación actual de la ciudad de México con respecto
a: la generación de residuos promedio por la población actual, el tipo de residuos
generados más concurrentes, el sistema de recolección de residuos así como los equipos y
materiales utilizados, las cantidades de residuos que entran y salen en cada etapa de este
proceso, al igual que los equipos utilizados, diagramas de la estructura total del proceso,
los combustibles y energías utilizados en todo el proceso en general.
Un sistema integral para la gestión de residuos, al igual que algunas aplicaciones de este
sistema en otros países fueron objetos de estudio durante esta etapa de la investigación
Gran parte de la investigación abarcó el estudio de los diferentes tipos de tecnologías
actuales para el manejo de residuos y su aprovechamiento, por lo que la tecnología
propuesta tiene un fundamento en investigaciones y aplicaciones en otros países. Se eligió
esta tecnología debido a que se ha comprobado su eficiencia, en cuanto al aprovechamiento
de los residuos como materia prima y el uso que se le da al producto resultante; siendo
también una manera de contrarrestar otros problemas ambientales presentes en México,
como país, y de manera global.
Dicha tecnología fue comparada con otra, ya que esta última tiene similitudes en cuanto al
proceso, pero grandes diferencias en el método de operación y su impacto ambiental, social
y económico.
3.3.2 ESTUDIO DE CASOS
Los casos estudiados son los que fueron aplicados en:
California, EUA.
Italia. Dirigida por V. Belgiorno (et al.) del Departamento de Ingeniería Civil en la
Universidad de Salerno.
Lahore, Pakistan. Realizado por A. Malik, S. Naveed, M. Akram, N. Ramzan
instalado en el Departamento de Ingeniería en la Universidad de Ingeniería y
Tecnología (UET, por sus siglas en inlgés).
84
3.3.3 SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA
Para seleccionar la tecnología a estudiar se hizo de la investigación bibliográfica
mencionada al principio de esta sección. Existe diversidad de sistemas integrales de
gestión de residuos, todos ellos enfocándose en el objetivo fundamental, el
aprovechamiento de los residuos.
Por lo que las tecnologías seleccionadas fueron basadas en este mismo objetivo, se busca
aprovechar los residuos, cambiar el concepto de la basura en México, minimizarla y
valorizarla, cerrar los ciclos que hasta el momento se mantienen abiertos en el proceso de
gestión de residuos.
Se seleccionaron dos tecnologías parecidas en sus principios de funcionamiento pero con
grandes diferencias, en cuanto al proceso, emisiones durante el mismo y el tipo de materia
prima requerida.
3.3.4 ANALISIS DE CICLO DE VIDA
El análisis utilizado en esta investigación siguió los estándares de las normas ISO
14040(ISO 2006a) y la ISO 14044(ISO 2006b).
Dicho análisis se realizó con la ayuda del software TEAM™, instrumento útil para el
desarrollo del análisis de ciclo de vida.
LÍMITE ESPACIAL
Esta investigación tiene como limitante la Ciudad de México (Distrito Federal) con una
superficie de 1, 485 km2 con una población de 8 720 916 habitantes (INEGI, 2005), con
una tasa de generación de residuos de 1.47 kg/hab/día (Gaceta Oficial del Distrito Federal,
2009).
LÍMITE TEMPORAL
El escenario base considerado en esta investigación es la gestión publicada en el Inventario
de Residuos Sólidos del Distrito Federal (2008) y la Gaceta Oficial del Distrito Federal
(2008).
85
LÍMITE POR TIPO DE RESIDUOS
Los residuos considerados para esta investigación son los Residuos Sólidos, los cuales son
los provenientes de comercios, domicilios, oficinas e industrias (todas aquellas que sus
residuos no sean clasificados como peligrosos y de manejo especial).
MARCO DE TIEMPO CONSIDERADO
Lo que respecta a la gestión de residuos, el marco de tiempo es un tema que adquiere una
relevancia especial debido a que los vertederos generan impactos durante varios años y
aún no existen acuerdos para vertederos en estudios del ACV. Para esta investigación se
considera el enfoque propuesto por McDougall et al. (2001), el cual considera un marco de
emisiones de biogás y lixiviados de 30 años para vertederos controlados.
UNIDAD FUNCIONAL.
La unidad funcional de este análisis es la cantidad de residuos generados durante el año
2008 en el Distrito Federal, 4 540 235 toneladas.
3.3.4.1 DESCRIPCIÓN DE LOS ESCENARIOS
El sistema de gestión de residuos de la Ciudad de México actual incluye los procesos
descritos a continuación, tabla 20.
Tabla 20. Procesos que integran el sistema de gestión actual de la Ciudad de México (2008).
Procesos Cantidad de residuos
(ton)
Generación total 4 540 235
Recolecta general 4177016.2
Recolecta selectiva 363218.8
Pre-pepena 196370
Estaciones de
transferencia
3961710
Plantas de selección 638385
Compost Bordo poniente 32120
Reciclaje 60288.33
86
Papel y cartón 26185.85
Plásticos 20705.09
Férricos 5480.75
Aluminio 608.97
Vidrio 7307.67
Relleno sanitario Bordo
Poniente
4872385
La interrelación que existe entre los procesos antes descritos se presenta en la Figura, la
cual es un diagrama de flujo de los residuos a través del sistema de gestión. Esté
representando el escenario base (Escenario 1).
Los escenarios propuestos están basados en el sistema de gestión actual pero con el uso
final de dos diferentes tecnologías para el tratamiento de los residuos sólidos fermentables
y el porcentaje que se dispone a reciclar de los residuos sólidos inorgánicos.
ESCENARIO 1
Este escenario corresponde al sistema de gestión de residuos actual. La recolecta general
corresponde a un 92% de la recolecta total, por lo consiguiente la recolecta selectiva
corresponde sólo al 8% del total de residuos. La recuperación de los residuos sólidos
inorgánicos es de un 7.8% en las plantas de selección, cabe resaltar que este porcentaje no
se aplica al 100% de los residuos sino sólo al 60% del total, el cual corresponde a la
fracción de residuos inorgánicos. El 1.76 % de los residuos sólidos orgánicos es destinado
a compost. Los residuos restantes son trasladados al Relleno Bordo Poniente para su
disposición final.
La figura 19 detalla el flujo de los residuos con las cantidades del sistema de gestión
actual.
87
Figura 19. Diagrama de flujo de la gestión de residuos actual en la Ciudad de México.
Generación total
4 540 235 ton/año
Recolecta Selectiva
363218.8 ton/año Recolecta General
4177016.2 ton/año
Pre-pepena
196370 ton/año
Estaciones de
transferencia
3961710 ton/año
Compost Bordo
Poniente
32120 ton/año
Relleno Sanitario
Bordo Poniente
4872385 ton/año
Plantas de selección
638385 ton/año
Reciclaje de papel y
cartón
26185.85 ton/año
Reciclaje de
plásticos
20705.09 ton/año
Reciclaje de férricos
5480.75 ton/año
Reciclaje de
aluminio 608.97
ton/año
Reciclaje de vidrio
7307.67 ton/año
88
ESCENARIO 2
Este escenario corresponde a la incorporación de la gasificación como una alternativa para
el tratamiento de los todos los residuos sólidos orgánicos generados en la Ciudad de
México. Dentro de este escenario se supone que la recolección de los residuos se hará de
manera selectiva al 100%. Los residuos destinados al reciclaje serán el 50% de los residuos
sólidos inorgánicos, es decir un 30% del total de residuos generados. El otro 30% restante
se destinara al Bordo Poniente para su disposición final.
El flujo de los residuos sólidos dentro de este escenario se detalla en la figura 20.
Figura 20. Flujo de residuos dentro del Escenario 2.
Generación total
4 540 235 ton/año
Recolecta Selectiva
4 540 235 ton/año
Pre-pepena
196370 ton/año
Estaciones de
transferencia
4540235 ton/año
Gasificación
1816094 ton/año
Relleno Sanitario
Bordo Poniente
1362070.5 ton/año
Plantas de selección
1362070.5 ton/año
Reciclaje de papel y
cartón
585690.3 ton/año
Reciclaje de
plásticos
463103.9 ton/año
Reciclaje de férricos
122586.34 ton/año
Reciclaje de
aluminio 13620.7
ton/año
Reciclaje de vidrio
163448.46 ton/año
89
ESCENARIO 3
Este escenario es similar al anterior con la única variación sobre la tecnología propuesta,
dicha tecnología corresponde a la incineración de los residuos orgánicos.
Dentro de la figura 21 se muestra el flujo de residuos dentro de este escenario.
Figura 21.Flujo de los residuos en el escenario 3.
Generación total
4 540 235 ton/año
Recolecta Selectiva
4 540 235 ton/año
Pre-pepena
196370 ton/año
Estaciones de
transferencia
4540235 ton/año
Incineración
1816094 ton/año
Relleno Sanitario
Bordo Poniente
1362070.5 ton/año
Plantas de selección
1362070.5 ton/año
Reciclaje de papel y
cartón
585690.3 ton/año
Reciclaje de
plásticos
463103.9 ton/año
Reciclaje de férricos
122586.34 ton/año
Reciclaje de
aluminio 13620.7
ton/año
Reciclaje de vidrio
163448.46 ton/año
90
PROCESOS COMPENSATORIOS
Dentro del Análisis del sistema de gestión actual de residuos como en el escenario
propuestos se adopta el enfoque de límites expandidos propuestos por (Finnveden, 1999) y
se incluyen los procesos compensatorios de generación de energía eléctrica y producción
de compost, los cuales permiten hacer comparables todos los procesos y escenarios
estudiados.
3.3.4.2 ANÁLISIS DE INVENTARIO
RECOLECTA SELECTIVA
Dentro del sistema actual de gestión de residuos durante el año estudiado (2008) se
recolectaron 363218.8 toneladas de residuos de manera selectiva, equivalente al 8% del
total de residuos. Dicho porcentaje se modifica de acuerdo a las características de los
escenarios propuestos.
Las principales cargas ambientales de este proceso están asociados al uso de energía en el
transporte de los residuos, lo cual genera emisiones.
Dentro de esta investigación se definió el proceso de recolecta selectiva como el transporte
de los residuos sólidos que fueron clasificados desde los hogares, oficinas y comercios, los
cuales se disponen en contendedores, hasta las plantas de transferencia.
Para estimar el consumo de combustible se utilizaron las ecuaciones de la 1 a la 6, de estas
se determinó un requerimiento energético de 30.94 MJ de diesel por tonelada de residuo
recolectado de forma selectiva. El rendimiento es de 2.36 km/l para camiones de diesel,
reportado por el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP, 2005). La tabla 21 muestra los
parámetros asumidos para la estimación de estos valores.
ec. 1
ec. 2
ec. 3
ec. 4
ec. 5
ec. 6
91
Donde:
r : Residuos sólidos de recolecta selectiva (t).
ct : Cantidad de residuos municipales ordinarios transportados para cada viaje (kg).
nv : Número de viajes a los sitios distribuidos en el DF.
c : Superficie del DF (km2)
a : Área (km2).
t : Trayecto recorrido entre hogares y TC (radio) (km).
dr : Distancia recorrida –viaje redondo- con carros que utilizan diesel.
rcg : Rendimientos de carros que usan gasolina (km/l)
pcg : Proporción de carros que utilizan gasolina.
d : Distancia recorrida al año (km).
ga : Gasolina consumida (l/t).
g : Energía aportada por gasolina en transporte de los residuos (MJ/t).
Tabla 21. Parámetros asumidos para la estimación de combustible en la recolección selectiva.
Parámetro Cantidades
Residuos sólidos recolectados 363218.8
Cantidad de residuos sólidos recolectados por cada viaje 6.3
Número de viajes 683328
Número de instalaciones distribuidas en el DF (13 estaciones de
transferencia, 3 plantas de selección y un relleno sanitario)
17
c- Superficie del DF (km2) 1.485
Área km2 87
Trayecto recorrido entre hogares y los lugares del destino (radio)
(km)
5.27
Distancia recorrida – viaje redondo 10.55
Rendimiento de carros que usan diesel (km/l) 2.36
Distancia recorrida al año 8km) 7 206 473.54
Diesel consumido (l) 1 961.321
Diesel consumido por los residuos (l/t) 0.46
Energía aportada por diesel en transporte de residuos (MJ/t) (38.14
MJ)
17.38
Rendimiento de carros que usan gasolina (km/l) 1.97
Gasolina consumida (l) 1 308.140
Gasolina consumida por residuos (l/t) 0.30
Energía aportada por gasolina en transporte de residuos (MJ/t)
(34.35 MJ)
10.44
Fuente: Juárez, 2008. Adaptado por el autor.
92
RECOLECTA GENERAL
En el sistema actual durante el 2008 se recolectaron 4177016.2 toneladas de residuos de
manera general, es decir el 92% del total de los residuos generados (DGSU, 2008).
Como en la sección anterior se considera la recolecta general como el transporte de los
residuos sólidos que no han sido clasificados desde los hogares, oficina y comercios
dispuestos en contenedores hasta las estaciones de transferencias.
En la recolecta general se determina un requerimiento energético de 10.44 MJ/t (Juárez,
2008) para los camiones recolectores con motor de gasolina y 17.38 MJ/t(Juárez, 2008)
en los que utilizan diesel.
El rendimiento para camiones que consumen gasolina es de 1.97 km/l, reportado por el
Instituto Mexicano del Petróleo (IMP. 2005).
Los camiones que utilizan diesel conforman el 64% del total, por lo que un 35% son de
gasolina, de acuerdo a las especificaciones técnicas del parque vehicular (DGSU, 2007).
La tabla 22 muestra los parámetros utilizados para calcular el rendimiento energético en la
recolecta general.
Tabla 22. Parámetros asumidos para la estimación de combustible en la recolección general.
Parámetro Cantidades
Residuos sólidos recolectados 4177016.2
Cantidad de residuos sólidos recolectados por cada viaje 6.3
Número de viajes 683328
Número de instalaciones distribuidas en el DF (13 estaciones de
transferencia, 3 plantas de selección y un relleno sanitario)
17
c- Superficie del DF (km2) 1.485
Área km2 87
Trayecto recorrido entre hogares y los lugares del destino (radio)
(km)
5.27
Distancia recorrida – viaje redondo 10.55
Rendimiento de carros que usan diesel (km/l) 2.36
Distancia recorrida al año 8km) 7 206 473.54
Diesel consumido (l) 1 961.321
Diesel consumido por los residuos (l/t) 0.46
Energía aportada por diesel en transporte de residuos (MJ/t) (38.14 17.38
93
MJ)
Rendimiento de carros que usan gasolina (km/l) 1.97
Gasolina consumida (l) 1 308.140
Gasolina consumida por residuos (l/t) 0.30
Energía aportada por gasolina en transporte de residuos (MJ/t)
(34.35 MJ)
10.44
Fuente: Juárez, 2008.
TRANSFERENCIA
En las estaciones de transferencia se reciben los residuos sólidos que han sido recolectados
de manera general y selectiva, estos tiene como destino el compost de Bordo Poniente, las
plantas de selección y el relleno sanitario.
Dentro del sistema actual se reciben 3961710 toneladas de residuos de los cuales unas
32120 toneladas son destinadas al compost, 638385 toneladas a las plantas de selección y
unas 4872385 toneladas al relleno sanitario.
En este proceso no se incluyen cargas ambientales debido a que sólo los residuos son
transferidos de los camiones recolectores a tractocamiones, por medio de tolvas y acción
de gravedad.
COMPOST
En el proceso de fabricación de compost se asume un requerimiento energético por el
transporte de residuos desde las estaciones de transferencia hasta la planta de compost de
237 MJ/t de residuo (Juárez, 2008).
La tabla 23 muestra los parámetros asumidos para el cálculo del consumo de combustible
debido al transporte de los residuos.
Tabla 23. Parámetros asumidos para la estimación del combustible de transporte a la planta de composta.
Parámetro Cantidades
Residuos sólidos recolectados 32120
Cantidad de residuos sólidos transportados en cada viaje 25
Número de viajes a la planta de compost 960
Distancia recorrida – viaje redondo 389.78
94
Rendimiento de carros que usan diesel (km/l) 1.47
Distancia recorrida al año (km) 374 192.64
Diesel consumido (l) 254.553
Diesel consumido por los residuos (l/t) 6.24
Energía aportada por diesel en transporte de residuos (MJ/t) (38.14
MJ)
237.86
Fuente: Juárez, 2008.
En lo que respecta a la electricidad se supone que la producción de compost consume 30
kWh (McDougall, 2004) por tonelada de material que ingresa a la planta.
En cuanto a las emisiones al aire por el proceso de compostaje se asume una producción de
320 kg de dióxido de carbono por tonelada de material orgánico húmedo procesado
(McDougall, 2004).
Al igual se considera una producción de lixiviados de 150 litros por tonelada de residuo
(McDougall, 2004). La composición de los lixiviados se presenta en la tabla 24.
Tabla 24. Composición de lixiviados.
Componentes mg/litro (excepto
para dioxinas y
furanos)
Aluminio 2.4
Amonio 210
Antimonio 0.066
Arsénico 0.014
Berilio 0.0048
Cadmio 0.014
Cloro 590
Cromo 0.06
Cobre 0.054
Flúor 0.39
Hierro 95
Plomo 0.063
Mercurio 0.0006
Níquel 0.17
Zinc 0.68
AOX(Compuesto Orgánicos Halogenados) 2
95
DBO 1.9
1,1,1-tricloroetano 0.086
1,2-dicloroetano 0.01
2,4-dicloroetano 0.13
Benzo(a) pireno 0.00025
Benceno 0.037
Clorobenceno 0.007
Cloroformo 0.029
Clorofenol 0.00051
Diclorometano 0.44
Dioxinas/furanos (TEQ) 0.32 ng
Endrina 0.00025
Etilbenceno 0.058
Hexaclorobenceno 0.0018
Isofrona 0.076
PCBs 0.00073
Pentaclorofenol 0.045
Fenol 0.38
Tetraclorometano 0.2
Tolueno 0.41
Toxafeno 0.001
Tricloroeteno 0.043
Cloruro de vinilio 0.04
Fuente: IFEU, 1992. Tomado de McDougall, 2004.
PLANTAS DE SELECCIÓN
Para el transporte de los residuos desde las estaciones de transferencias hasta las plantas de
selección se asume un requerimiento energético de 26.05 MJ/t (Juárez, 2008).
Dentro de la tabla 25 se muestra los parámetros utilizados para el cálculo de consumo de
combustible.
96
Tabla 25. Parámetros asumidos para la estimación del combustible de transporte a las plantas de selección.
Parámetro Cantidades
Residuos sólidos recolectados 638385
Cantidad de residuos sólidos recolectados por cada viaje 25
Número de viajes 53 144
Número de instalaciones distribuidas en el DF (13 estaciones de
transferencia, 3 plantas de selección y un relleno sanitario)
3
c- Superficie del DF (km2) 1 485
Área km2 495
Trayecto recorrido entre hogares y los lugares del destino (radio)
(km)
12.55
Distancia recorrida – viaje redondo 25.10
Rendimiento de carros que usan diesel (km/l) 1.47
Distancia recorrida al año 8km) 1 334 170.67
Diesel consumido (l) 907.599
Diesel consumido por los residuos (l/t) 0.68
Energía aportada por diesel en transporte de residuos (MJ/t) (38.14
MJ)
26.05
Fuente: Juárez, 2008.
En cuanto a la energía eléctrica que se usa para activar las bandas transportadoras se
considera un requerimiento energético de 27 kWh/ tonelada de residuo que entra a las
plantas de selección, establecidas en el periodo de 1985 a 1995 (Sánchez, 2007).
En el consumo de combustible en los vehículos auxiliares (montacargas, palas mecánicas)
se considera un consumo energético de 0.87 litros de diesel por tonelada de residuo
(McDougall, 2004).
PROCESOS DE RECICLAJE
Se consideran 6 procesos de reciclaje: papel y cartón, plásticos, férricos, aluminio, vidrio
y madera. La cantidad de residuos recuperados por las 3 plantas de selección dentro del
sistema de gestión actual fue de 60288.33 toneladas, lo que equivale a un 7.8% de los
residuos entrantes a las plantas.
97
Tabla 26. Composición de los residuos entrantes a las plantas de selección.
Fracción Porcentaje
Papel y cartón 43%
Plásticos
50% PEAD*
50% PEBD*
34%
Férricos 9%
Aluminio 1%
Vidrio 12%
Madera 1%
Fuente: Secretaria de Servicio Urbanos del Distrito Federal, 2008.
*Se asume que la cantidad recuperada el 50% es policarbonato de alta densidad y el otro 5% de baja densidad.
La tabla 27 muestra los ahorros en energía por el reciclaje de los productos antes
mencionados.
Tabla 27. Ahorros en el consumo de energía por el reciclaje.
Material Consumo de energía (GJ)*
Papel y cartón 5.59
Vidrio 3.46
Férricos 18.59
Aluminio 174.56
PEBD 15.42
PEAD 25.63
Fuente: McDougall, 2004.
*Datos expresados por tonelada de material recuperado.
Dentro de este mismo proceso se incluye el transporte de los residuos recuperados en las
plantas de selección a las empresas recicladoras.La GTZ identifico 38 empresas
recicladoras dentro de la Zona Metropolitana del Valle de México, por su ubicación se
considera el área total de las 16 delegaciones y 18 municipios del Estado de México, 3 540
km2.
Para el reciclaje de papel y cartón, y plásticos se considera que se utilizan camiones de
diesel, cuyo rendimiento es de 2 km/l.
Para los demás procesos de reciclaje se considera camiones de 3 toneladas, con una
proporción de estos de 30% que utilizan diesel y los restantes, gasolina.
98
Tabla 28. Parámetros asumidos para la estimación del combustible de transporte a las empresas reciclado
Parámetro Cantidades Cantidades Cantidades Cantidades Cantidades
Papel y cartón Plásticos Férricos Aluminio Vidrio
Residuos sólidos recolectados 26185.85 20705.09 5480.75 608.97 7307.67
Cantidad de residuos sólidos recolectados por cada viaje 20 20 3 3 3
Número de viajes 2 097 1 707 3 069 189 4 029
Número de instalaciones distribuidas en el DF (13 estaciones de transferencia, 3 plantas
de selección y un relleno sanitario)
13 12 6 5 2
c- Superficie del DF (km2) 3 540 3 540 3 540 3 540 3 540
Área km2 272 295 590 708 1 770
Trayecto recorrido entre hogares y los lugares del destino (radio) (km) 9.31 9.69 13.70 15.01 23.74
Distancia recorrida – viaje redondo 18.62 19.38 27.41 30.02 47.47
Rendimiento de carros que usan diesel (km/l) 2 2 3.30 3.30 3.30
Distancia recorrida al año (8km) 39 051.25 33 088.84 84 125.64 5 673.67 191 259.49
Diesel consumido (l) 19 526 16 544 7 648 516 17 387
Diesel consumido por los residuos (l/t) 0.47 0.48 0.83 0.91 1.44
Energía aportada por diesel en transporte de residuos (MJ/t) (38.14 MJ) 17.75 18.48 31.68 34.70 54.87
Rendimiento de carros que usan gasolina (km/l) 5 5 5
Gasolina consumida (l) 11 778 794 26 776
Gasolina consumida por residuos (l/t) 1.28 1.40 2.22
Energía aportada por gasolina en transporte de residuos (MJ/t) (34.35 MJ) 43.94 48.13 76.1
99
Para el cálculo de las cargas ambientales asociadas a estos procesos se utilizó el enfoque de
McDougall (2004) en donde compara el consumo de energía y las emisiones de la
manufactura de materiales reciclados con el consumo de energía y emisiones asociadas con
la producción de una cantidad equivalente de materiales vírgenes, para así calcular los
ahorros totales.
RELLENO SANITARIO
Dentro de este proceso se consideró el transporte de los residuos desde las estaciones de
transferencias hasta el relleno y desde las plantas de selección hasta este mismo.
De las plantas de transferencias hasta el relleno sanitario se considera un rendimiento de
1.47 km/l de diesel y un requerimiento energético de 34.19 MJ/ (Juárez, 2008) por tonelada
transferida.
Los residuos transferidos desde las plantas de selección, los cuales se consideran el
porcentaje de rechazo, se asume de un requerimiento energético de 17.30 MJ (Juárez,
2008) por tonelada de residuo y un rendimiento igual al anterior.
Doménech y Rieradevall reportan un consumo de 53.7 MJ de diesel por tonelada de
residuos compactado dentro del relleno.
Las tablas 29 y 30 muestran los parámetros asumidos para el cálculo del consumo de
combustible en cuanto al transporte de los residuos.
Tabla 29. Parámetros asumidos para estimar el consumo de combustibles desde las estaciones de transferencias.
Parámetro Cantidades
Residuos sólidos recolectados 26185.85
Cantidad de residuos sólidos recolectados por cada viaje 25
Número de viajes 106 423
Trayecto recorrido (km) 16.47
Distancia recorrida – viaje redondo 32.94
Rendimiento de carros que usan diesel (km/l) 1.47
Distancia recorrida al año (km) 3 506 064. 8
Diesel consumido (l) 2 385 078
Diesel consumido por los residuos (l/t) 0.9
Energía aportada por diesel en transporte de residuos (MJ/t)
(38.14 MJ)
34.19
Fuente. Juárez, 2008.
100
Tabla 30. Parámetros asumidos para estimar el consumo de combustibles desde las plantas de selección.
Parámetro Cantidades
Residuos sólidos recolectados 26185.85
Cantidad de residuos sólidos recolectados por cada viaje 25
Número de viajes 58 619
Trayecto recorrido (km) 8.33
Distancia recorrida – viaje redondo 16.67
Rendimiento de carros que usan diesel (km/l) 1.47
Distancia recorrida al año (km) 976 983.33
Diesel consumido (l) 664 615
Diesel consumido por los residuos (l/t) 0.45
Energía aportada por diesel en transporte de residuos (MJ/t)
(38.14 MJ)
17.3
Fuente: Juárez, 2008.
El biogás generado por tonelada dispuesta en el relleno se considera de 250 m3/t
(McDougall, 2004).
La tabla 31 muestra la composición de biogás considerado.
Tabla 31. Composición de biogás.
Compuesto Emisiones (g/m3)
Metano 316.8
Dióxido de carbono 808.3
Oxígeno 6.6
Nítrogeno 23.1
Actylonitrile 0.00089
Benceno 0.00898
Clorobenceno 0.00428
1,2-Diclorobenceno 0.00049
1,1,1-Triclorobenceno 0.00224
1,1-Dicloroetano 0.01910
Cloroetano 0.00455
1,1-Dicloroetano 0.00055
Trans-1,2-Dicloroetano 0.01510
Etilbenceno 0.03543
Methylene chloride 0.07347
Clorometano (HCFC22) 0.00275
101
Flurotriclorometano(CFC11) 0.00680
Diclorodifurometano(CFC12) 0.07466
Tetracloroetano 0.04869
Tolueno 0.19468
Tricloroetano 0.01961
Cloro vinil 0.01725
Total xylene isomers 0.07403
Methyl ethyl ketone 0.02681
Methyl isobulty ketone 0.00586
Acetona 0.01547
Chlorodifluromethane 0.01071
Dichlorofluromethane 0.01780
Hydrogen sulphide 0.02927
Etano 1.04621
Propano 0.04357
Butano 0.01171
Pentano 0.01694
Hexano 0.02541
Fuente: Güereca, 2006.
En cuanto a la producción de lixiviados se calcula una producción de 150 litros por
tonelada de residuo depositado (McDougall, 2004); cuya composición se detalló en la
tabla, en la sección donde se describe del compost.
GASIFICACIÓN
La gasificación es la tecnología propuesta en el segundo escenario.
Para fines de esta investigación se supone que la ubicación de esta planta será en el relleno
sanitario Bordo Poniente; por lo que el requerimiento energético es el mismo que se asume
para transportar los residuos desde las estaciones de transferencias hasta el relleno, es decir
17.30 MJ (Juárez, 2008).
El tipo de residuos destinados hacia esta tecnología corresponden al 40% del total de
residuos generados, los cuales son los clasificados como orgánicos. De estos residuos, la
materia orgánica vegetal se encuentra en proporciones de hasta 85% del total (Buenrostro
et al., 1999). Dicha clasificación se debe a los requerimientos del reactor a utilizar.
102
La composición de estos residuos se muestra en la tabla 32.
Tabla 32. Composición de los residuos.
Descripción Residuos orgánicos de origen vegetal
Humedad (%) 78.29
Compuestos volátiles (%) 17.1
Carbón fijado(%) 3.55
Cenizas (%) 1.06
Carbón vegetal (%) 49.06
Hidrogeno (%) 6.62
Oxígeno (%) 37.55
Nitrógeno (%) 1.68
Azufre (%) 0.2
Valor calorífico (MJ/kg) 20.23
Fuente: Malik et al., 2008.
Debido a las características de la materia prima a utilizar se eligió por un reactor de lecho
fluidizado para el procesamiento de los residuos. Esta selección se tomo con base a las
diferentes fuentes consultadas con respecto a esta tecnología, todas están mencionadas y
referenciadas dentro del marco teórico de esta investigación.
El proceso de gasificación simulado consta de la conversión de los residuos sólidos
orgánicos al gas de síntesis. Esto incluye el secado de estos residuos (bajar a 10 a 15% de
humedad), la trituración de los residuos, la gasificación de estos residuos y el tratamiento
del gas resultante removiendo impurezas y algunos contaminantes.
La composición del gas resultante es:
15% de hidrógeno.
39.2% de monóxido de carbono.
34.9% de dióxido de carbono.
8.7% de metano.
1.7% de CnHm.
La densidad es de 1.15 kg/Nm3 y el LHV (Lower Heating Value) del gas es de 5.4
MJ/Nm3.
Debido a que el proceso de la gasificación toma lugar bajo cantidades mínimas de oxígeno,
la formación de dioxinas es menor que en la combustión. Las emisiones de dioxinas por
este proceso es de 0.00000000002 g por metro cubico de gas producido, mientras que en la
103
quema de biogás producido en los rellenos sanitarios por medio de antorchas es de
0.00000018 g por metro cúbico de biogás.
INCINERACIÓN
La incineración es una tecnología propuesta para el escenario 3.
Al igual que la gasificación se propone que el 40% del total de residuos sea destinado a
esta tecnología. Debido a las características de este proceso se utilizaría el total de los
residuos; ya que esta tecnología no es tan especial en cuanto a la calidad y tipo de materia
prima utilizada.
El requerimiento energético por el transporte de residuos desde las estaciones de
trasferencias será el mismo que el que se requiere hasta el relleno sanitario Bordo Poniente,
este es de 17.30 MJ (Juárez, 2004).
La composición de estos residuos sería la misma con respecto a la tabla, mostrada
anteriormente. Con diferencia de que en la tabla 33 se incorpora la composición del 15%
que no se tomó en cuenta en la tecnología anterior.
Tabla 33. Composición de los residuos.
Descripción Desechos de la carne
Humedad (%) 38.74
Compuestos volátiles (%) 56.34
Carbón fijado(%) 1.81
Cenizas (%) 3.11
Carbón vegetal (%) 59.59
Hidrógeno (%) 9.47
Oxígeno (%) 24.65
Nitrógeno (%) 1.02
Azufre (%) 0.19
Valor calorífico (MJ/kg) 30.49
Fuente: Malik et al., 2008.
Para fines de esta investigación se asume que hay un consumo de energía eléctrica de 70
kWh por tonelada incinerada y un consumo de gas natural de 0.23 m3 por tonelada
incinerada, aunque se propone el uso del gas producido para generar energía eléctrica con
104
el cuál puede mantenerse esta misma planta en funcionamiento; por lo que se considera
que la energía utilizada para la puesta en marcha es despreciable por los años de vida de
esta misma.
En cuanto a las emisiones de este proceso se asume que el factor de emisión con respecto
al CO2, es de 586 kg de CO2 por tonelada de residuos
En la tabla 34 se muestran los factores emisiones de una planta incineradora de residuos.
Tabla 34. Factores de emisión (kg/tonelada de residuo).
Orgánicos
SO2 0.055
HCI 0.035
NOx(como NO) 0.437
Dioxinas/Furanos 1.08 x 10-8
CO 0.078
MP 0.009
Fuente: RTI, 1997. Tomado de McDougall, 2004.
La incineración de estos residuos produce 0.1337 kg de cenizas, 0.01883 kg de residuos y
0.47 MJ de energía térmica por kilogramo de residuo incinerado.
SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE IMPACTO
El proceso de selección de las categorías de impactos se realizó en base a diferentes
estudios con respecto a la gestión de residuos sólidos municipales, uno de estos fue el
elaborado por Güereca (2006). Por lo que las categorías de impacto seleccionadas son las
siguientes:
Tabla 35. Categorías de impacto consideradas en el ACV.
Categorías de impacto Unidades
CML2000-Acidifación del Aire g SO2 eq
CML2000-Toxicidad del Agua g 1-4, DBO eq
CML2000-Disminución del ozono estratosférico g CFC-11 eq
CML2000-Eutrofización g PO4 eq
CML2000-Gases de efecto invernadero (100 años) g CO2 eq
105
CML2000-Toxicidad Humana g 1-4, DB eq
CML2000-Formación de Foto-oxidantes g C2H4
CML2000-Toxicidad Terrestre g 1-4, DB eq
3.3.5 INSTRUMENTOS
Como primera instancia fue la búsqueda de referencias bibliográficas, datos e información
necesaria para el análisis del sistema de gestión de residuos actual dentro de la Ciudad de
México y las tecnologías utilizadas en otras partes del mundo.
Esta información fue obtenida mediante:
Páginas web y
Entrevistas con personal relacionado a las áreas interesadas (SEMARNAT,
Secretaria del Medio Ambiente de la Ciudad de México, DGSU, centros
comerciales, comercios informales).
Otra instrumento utilizado para esta investigación fue el TEAM™, el cuál es un software
de Análisis Ciclo de Vida desarrollado por Ecobilan; el cual permite construir y usar una
gran base de datos para modelar cualquier sistema representando las operaciones
asociadas con procesos, servicio y actividades. Al igual es de ayuda para la descripción de
cualquier sistema industrial y para calcular los inventarios de ciclo de vida asociados y los
potenciales impactos ambientales en acuerdo con las serie de estándares dentro de la norma
ISO 14040.Para evaluar los impactos ambientales se utilizo el método de CML 2000 (CML
et al. 2001). La base de datos asociada a este es software es: “Data for Environmental
Analysis and Management”- DEAM™.
Los impactos ambientales ha evaluar son los siguientes:
Cambio climático (GWP, por sus siglas en ingles), el cual calcula las emisiones de
los gases de efecto invernadero.
Daño a la salud humana (HTP, por sus siglas en ingles), este incluye un ancho
rango de sustancias toxicas.
Acidificación (AP. Por sus siglas en inglés), calcula las emisiones de SOx, NOx y
amonio.
Formación de foto-oxidantes (POCP, por sus siglas en inglés), el cual cuantifica las
sustancias que ocasionas la formación de foto-oxidantes en la troposfera.
106
Eutrofización. es el potencial de contribución de una sustancia a la eutrofización de
las aguas. Se toma el fosfato (PO4) como sustancia de referencia.
Ecotoxicidad.
Disminución del ozono estratosférico. Es el potencial de contribución de una
sustancia a la disminución de la capa de ozono estratosférico. El CFC-11 ha sido
adoptado como sustancia de referencia.
TEAM permite describir el sistema e introducir los datos del inventario, pero también
permite el cálculo del inventario a partir de los procesos industriales que se incluyen en la
base de datos DEAM. Los procesos industriales que se consideran a partir de DEAM son
los siguientes:
Producción de energía eléctrica de acuerdo al perfil de México, se tomo como
referencia a Estados Unidos, año de producción del 2000.
Producción de Gas Natural
Producción de Diesel
Producción de Gasolina
Producción de fertilizante (para compensar impactos por producción de compost)
Producción de aluminio (considerando los ahorros asociados a la producción de
hojalata reciclada y virgen)
Producción de metales ferrosos (considerando los ahorros asociados a la
producción de hojalata reciclada y virgen)
Producción de papel virgen sulfito y blanqueado, y papel reciclado 1005 sin tinta
(para compensar impactos por reciclaje de papel y cartón)
Producción de Polietileno de Alta Densidad (PEAD), plástico laminado (para
compensar impactos por reciclaje de PEAD)
Producción de Polietileno de Baja Densidad, plástico rígido (para compensar
impactos por reciclaje de PEBD)
Producción de vidrio blanco (para compensar impactos por reciclaje de vidrio)
107
4. DISCUSIÓN Y RESULTADOS
Dentro de esta sección se muestran los impactos ambientales resultantes de cada escenario
con las categorías de impactos seleccionados anteriormente.
4.1 ESCENARIO BASE
La tabla 36 y la figura 22 muestran los resultados asociados al sistema de gestión de
residuos actual.
Se puede resaltar que dentro del sistema actual el relleno sanitario contribuye de mayor
manera en cuanto a la toxicidad del agua, por la fuga de los lixiviados, al efecto
invernadero y toxicidad humana por el biogás emitido sin algún porcentaje de
recuperación.
Otro aspecto relevante se asocia con el proceso de reciclaje que actualmente es efectuado
dentro de la ciudad, estos 6 procesos contribuyen a la disminución de la formación de los
foto-oxidantes. Se recicla sólo el 7.8% de los residuos entrantes a las plantas de selección;
como se menciona en la sección anterior los datos de entrada al software son los ahorros en
cuanto a consumo de energía y de emisiones en el proceso de manufactura, por lo que estos
ahorros al porcentaje de reciclaje actual favorecen esta categoría.
Tabla 36. Impactos ambientales resultantes dentro del Escenario base (No.1).
ESCENARIO BASE
CATEGORÍAS DE
IMPACTO
UNIDAD ESCENARI
O BASE
RECOLEC
CION
TRANSFE
RENCIA
COMP
OST
SELEC
CIÓN
RECICL
AJE
RELLENO
SANITARIO
Acidificación del Aire g SO2 eq 12.1133 0.008719 0 0.0023 0.02568 12.012 0.06433392
Toxicidad del Agua g1-4,DB eq 12108.25 0.021317 0 0.0381 0.03287 1984.4 10123.74
Disminución del ozono
estratosférico
g CFC-11 eq 6.132E-05 7.831E-07 0 1.3E-07 7 E-07 5.3E-05 6.30121E-06
Eutrofización g PO4 eq 0.9277025 0.001799 0 0.0003 0.00212 0.8960 0.02745371
Efecto de Gas
Invernadero (directo,
g CO2 eq 4059.701 1.311212 0 5.7780 3.94718 1976.7 2071.912
108
Figura 22. Impactos ambientales del Escenario base (No. 1)
4.2 ESCENARIO 2
A continuación se muestran los impactos ambientales resultantes dentro de este escenario,
el cuál fue una de las propuestas para el mejoramiento de la gestión de residuos.
100años)
Toxicidad Humana g 1-4, DB eq 55010.75 0.097855 0 0.2135 0.60146 3796.4 51213.36
Formación de Foto-
oxidantes
g C2H4 -85661.86 0.000259 0 0.00161
547
0.000734
15
-85662 0.5909944
Toxicidad Terrestre g 1-4, DB eq 17.40165 0.000691 0 0.0004 0.00733 17.352 0.04080343
-90000
-70000
-50000
-30000
-10000
10000
30000
50000
Aci
dif
icac
ión
del
Air
e
Toxi
cid
ad d
el A
gua
Dis
min
uci
ón
del
ozo
no
es
trat
ósf
eric
o
Eutr
ofi
caci
ón
Efec
to d
e G
as In
vern
ader
o
(dir
ecto
, 10
0añ
os)
Toxi
cid
ad H
um
ana
Form
ació
n d
e Fo
to-o
xid
ante
s
Too
xici
dad
Ter
rest
re
gram
os
eq
uiv
ale
nte
s (a
cad
a ca
tego
ría
de
im
pac
to)
Categorías de impacto
ESCENARIO BASE
RECOLECCION
TRANSFERENCIA
COMPOST
SELECCIÓN
RECICLAJE
RELLENO SANITARIO
109
El proceso de mayor impacto dentro de este escenario en cuanto toxicidad de agua, efecto
de gas invernadero y toxicidad humana es el proceso de reciclaje. Esto debido a que la
cantidad que se propone que se someta a este proceso se eleva del 7.8% al 50% de los
residuos entrantes a las plantas de selección. Al igual al uso de combustible para el
transporte de los residuos a las empresas recicladoras.
En cuanto a la tecnología propuesta los impactos ambientales resultantes de este proceso
no son significativos y son menores a los que esta misma cantidad de residuos causa al
estar depositados en el relleno.
Tabla 37. Impactos ambientales resultantes dentro del Escenario No.2.
ESCENARIO GASIFICACIÓN (No. 2)
CATEGORÍAS
DE IMPACTO
UNIDAD
ES
ESCEN
ARIO 3
GENER
ACION
RECOLE
CCION
TRANSFE
RENCIA
GASIFIC
ACION
SELEC
CIÓN
RECICL
AJE
RELLENO
SANITARI
O
Acidificación del
Aire
g SO2 eq 1.9518 0 0.02290 0 0.23203 0.111 1.551 0.0335568
Toxicidad del Agua g 1-4, DB
eq
1171 0 0.061 0 12.93 0.142 1154 2.969
Disminución del
ozono estratosférico
g CFC-11
eq
1.3E-05 0 2.2 E-06 0 4 E-06 3E-06 2.06E-06 1.544E-06
Eutrofización g PO4 eq 0.20294 0 0.00490 0 0.040466 0.0092 0.14107 0.0072677
Efecto de Gas
Invernadero
(directo, 100 años)
g CO2 eq 241.823 0 3.034339 0 34.88869 17.141 182.322 4.436981
Toxicidad Humana g 1-4, DB
eq
2106.02 0 0.278024 0 17.48982 2.6119 2070.57 15.07205
Formación de Foto-
oxidantes
g C2H4 0.02283 0 0.000517 0 0.006617 0.0031 0.01148 0.0010290
Toxicidad Terrestre g 1-4, DB
eq
10.2143 0 0.001981 0 1.903337 0.0318 8.20698 0.0701997
110
Figura 23. Impactos ambientales del Escenario No.2.
4.3 ESCENARIO No. 3
Los impactos ambientales resultantes serán mostrados dentro de la tabla 38 y la figura 24.
Como se puede ver en la figura 4.3.1, el escenario 2 es el que contribuye con menores
impactos en todos sus procesos unitarios y en todas las categorías de impacto antes
seleccionadas.
Podemos visualizar nuevamente el resultado negativo en materia de la formación de foto-
oxidantes dentro del escenario 1 ocasionado por el proceso de reciclaje. Debido en los
escenarios 2 y 3 los residuos reciclados aumentan casi un tercio de lo que se procesa
actualmente.
0
500
1000
1500
2000
Aci
dif
icac
ión
del
Air
e
Toxi
cid
ad d
el A
gua
Dis
min
uci
ón
del
ozo
no
es
trat
ósf
eric
o
Eutr
ofi
caci
ón
Efec
to d
e G
as In
vern
ader
o
(dir
ecto
, 10
0 a
ño
s)
Toxi
cid
ad H
um
ana
Form
ació
n d
e Fo
to-
oxi
dan
tes
Too
xici
dad
Ter
rest
re
Gra
mo
s e
qu
ival
en
tes
a (d
ep
en
die
nd
o d
e c
ada
imp
acto
)
Categorías de Impacto
ESCENARIO No. 2
GENERACION
RECOLECCION
TRANSFERENCIA
GASIFICACION
SELECCIÓN
RECICLAJE
RELLENO SANITARIO
111
Al igual que los resultados del Escenario No.2 los impactos más relevantes son generados
por los procesos de reciclaje, en cuanto a la tecnología de incineración los impactos
ambientales generados son menos relevantes de todo el escenario.
Tabla 38. Impactos ambientales resultantes del Escenario No.3.
ESCENARIO INCINERACIÓN (No. 3)
CATEGORÍAS DE
IMPACTO
UNID
ADES
ESCEN
ARIO 4
GENER
ACION
RECOLE
CCION
TRANSFE
RENCIA
INCINE
RADOR
SELEC
CIÓN
RECIC
LAJE
RELLENO
SANITARIO
Acidificación del Aire g SO2
eq
8.2752 0 0.10356 0 0.4810 0.504 7.016 0.1701504
Toxicidad del Agua g 1-4,
DB eq
5625.6 0 0.27608
0 119.79
0.645
5491.
13.42595
Disminución del ozono
estratosférico
g CFC-
11 eq
7.4E-05 0 1E-05 0 3.1E-05 1.41E-
05
9.3E-06 9.2E-06
Eutrofización g PO4
eq
2.061 0 0.0222 0 0.629 0.042 1.331 0.0376
Efecto de Gas Invernadero
(directo, 100 años)
g CO2
eq
989.2 0 13.71 0 53.55 77.5 824.3 20.063
Toxicidad Humana g 1-4,
DB eq
9525 0 1.26 0 81.66 11.8 9362 68.2
Formación de Foto-
oxidantes
g
C2H4
0.1816 0 0.00234 0 0.0201 0.014 0.139 0.00567
Toxicidad Terrestre g 1-4,
DB eq
37.61 0 0.00895 0 0.0370 0.144 37.10 0.3173
112
Figura 24. Impactos ambientales del Escenario No.3.
4.4 ACIDIFICACIÓN DEL AIRE
Dentro de esta categoría se observa que el escenario 2 favorece en el ahorro de 10.158
gramos de SO2 con respecto al escenario actual. Esto debido al consumo actual de
combustible y energía eléctrica en el relleno sanitario.
De la misma manera en la situación actual la recolección de los residuos se realiza con
camiones que utilizan gasolina, lo cual contribuye a la emisión de NOx y este compuesto
0100020003000400050006000700080009000
10000
Aci
dif
icac
ión
del
Air
e
Toxi
cid
ad d
el A
gua
Dis
min
uci
ón
del
ozo
no
es
trat
ósf
eric
o
Eutr
ofi
caci
ón
Efec
to d
e G
as In
vern
ader
o
(dir
ecto
, 10
0 a
ño
s)
Toxi
cid
ad H
um
ana
Form
ació
n d
e Fo
to-o
xid
ante
s
Too
xici
dad
Ter
rest
re
Gra
mo
s e
qu
ival
en
tes
a (d
ep
en
die
nd
o d
e c
ada
imp
acto
)
Categorías de Impacto
ESCENARIO No. 3
GENERACION
RECOLECCION
TRANSFERENCIA
INCINERADOR
SELECCIÓN
RECICLAJE
RELLENO SANITARIO
113
favorece a la acidificación del aire, mientras que en los escenarios propuestos la
recolección se realizará con camiones que utilizan diesel.
Por lo que los dos escenarios propuestos ofrecen un ahorro en emisiones de SO2. El
escenario 2 mejor que el 3 por el proceso de combustión completa al que son sometidos los
residuos en el último escenario.
Los componentes ácidos (SO2, HCL y HF) se forman en el proceso de combustión por los
residuos alimenticios. Las cantidades formadas dependen directamente de la composición
de los residuos. Mientras que el proceso de gasificación la emisión de estos componentes
es del 50% menor, durante la combustión parcial.
El proceso de reciclaje constituye ahorros, lo cual coincide con lo publicado por Güereca
(2006).
Figura 25. Resultados graficados correspondientes a la acidificación del aire.
0
2
4
6
8
10
12
14
SITUACIÓN ACTUAL
GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
gram
os
de
SO
2
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
Air Acidification 12.1133 1.951866 8.275237
ACIDIFICACIÓN DEL AIRE
114
4.5 TOXICIDAD DEL AGUA
Dentro de la figura 26 se observa que el escenario 2 ahorra unos 10937.24 gramos de DBO
con respecto al escenario actual. Este impacto se asocia a la producción de lixiviados
dentro del relleno sanitario por los residuos sólidos orgánicos que son depositados
diariamente. Estudios demuestran que el sistema de recuperación de lixiviados del Bordo
Poniente se encuentra en deterioro, por lo que la captación de estos, el día de hoy, es nula.
En los escenarios 2 y 3, la contribución a esta categoría es por el sistema de limpieza de los
gases productos de cada proceso.
Las cenizas volantes y las finas arrastradas en el horno, los componentes condensados y los
reactivos y los productos de reacción formados como consecuencia de los compuestos
empleados en equipos de depuración como ciclones, precipitadores, filtros, entre otros,
favorecen la emisión de contaminantes al agua.
Figura 26. Resultados graficados correspondientes a la toxicidad del agua.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
gram
os
de
1,4
DB
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
Aquatic Toxicity 12108.25 1171.011 5625.661
TOXICIDAD DEL AGUA
115
4.6 DISMINUCIÓN DEL OZONO ESTRATOSFÉRICO
Los tres escenarios contribuyen al deterioro de la capa de ozono, pero en diferente medida.
El escenario con mayor contribución es la incineración con 0.000075 gramos, aunque en
comparación a otras categorías es menor, esto por el mismo proceso de combustión. En la
situación actual las emisiones de CFC se relacionan a la fuga del biogás dentro del relleno
sanitario.
Figura 27. Resultados graficados correspondientes a la disminución del ozono estratosférico.
4.7 EUTROFIZACIÓN
Por lo que se ve en la figura 28 todos los escenarios contribuyen a la eutrofización, sólo
que en diferente magnitud. El escenario 2 evita emitir 0.7248 gramos de PO4 con respecto
a la situación actual. En cuanto al escenario 3 impacta en mayor magnitud a comparación
0
0.00001
0.00002
0.00003
0.00004
0.00005
0.00006
0.00007
0.00008
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
gram
os
de
CFC
11
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
Depletion of the strastosphic ozone
6.13242E-05 1.28976E-05 7.35664E-05
Disminuación del ozono estratosférico
116
de la situación actual, esto se debe al proceso de combustión y los residuos generados por
dicho proceso.
Los procesos más significativos para esta categoría es la incineración, la recolección (tanto
la selectiva como la no selectiva) y el relleno sanitario.
Los procesos de reciclaje evitan el impacto porque sustituyen materia prima virgen y según
Morris (2005) son 13 veces más efectivos para evitar emisiones que generan eutrofización.
Figura 28. Resultados graficados correspondientes a la eutrofizacón.
4.8 EFECTO INVERNADERO
Se puede observar en la figura 29 que las tecnologías propuestas disminuyen la emisión de
más de 3000 gramos de CO2 basándose en el escenario base. Esta categoría es la más
impactante debido a la cantidad del compuesto emitido en comparación a las otras
categorías.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
gram
os
de
PO
4
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
Eutrophication 0.9277025 0.2029449 2.06126
Eutrofización
117
El proceso más impactante dentro de esta categoría es el Relleno Sanitario, por la fuga del
biogás generado por los residuos. Este biogás está compuesto principalmente por metano,
el cual tiene una relación de 1 a 21 en equivalencia del CO2.
Otro de los procesos impactantes en esta categoría es la recolección de los residuos con
camiones que utilizan gasolina, los cuales emiten mayor cantidad de CO2 (tomando en
cuenta que el parque vehicular tiene más de 30 años de antigüedad) que los camiones que
utilizan diesel.
Güereca (2006) señala que los procesos que evitan el cambio climático generado por los
gases de efecto invernadero son: la incineración y el reciclaje.
Figura 29. Resultados graficados correspondientes al efecto invernadero.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
gram
os
de
CO
2
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
Greenhouse effect (direct, 100 years)
4059.701 241.8236 989.1605
Gases de efecto invernadero (100 años)
118
4.9 TOXICIDAD HUMANA
En la figura 30 se observa que los tres escenarios contribuyen a la toxicidad humana,
aunque en diferente magnitud. Cualquiera de las tecnologías propuestas mejora el impacto
con respecto a la situación actual. Esto se debe a lo que se ha mencionado con anterioridad
en el impacto que constituye el disponer casi el 90% de los residuos generados diariamente
en el relleno sanitario. Actualmente no existe un control en cuanto a las emisiones del
biogás y los lixiviados, al igual que en el manejo de los residuos que son depositados
dentro de este relleno. Repercutiendo en la producción de plagas cercanas a la zona y la
contaminación de los suelos y los cuerpos de aguas cercanos.
Figura 30. Resultados graficados correspondientes a la toxicidad humana.
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
gram
os
de
1-4
DB
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
Human Toxicity 55010.75 2106.023 9524.836
Toxicidad Humana
119
4.10 FORMACIÓN DE FOTO-OXIDANTES
La figura 31 nos muestra como el escenario base es el único que no contribuye a la
formación de foto-oxidantes, esto se debe a la cantidad de residuos que son reciclados. Es
sólo el 7.8% del total de los residuos inorgánicos son reciclados. Sin embargo en los otros
dos escenarios el porcentaje de reciclaje se eleva un 43% más del actual y esto contribuye
mayor gasto en cuestión de combustible, y en sí las emisiones generadas por el proceso de
reciclaje también se elevan.
Figura 31. Resultados graficados correspondientes a la formación de foto-oxidantes.
-86000
-77000
-68000
-59000
-50000
-41000
-32000
-23000
-14000
-5000 SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
gram
os
de
C2
H4
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
Photo-oxidant formation -85661.86 0.02283427 0.1816314
Formación de foto-oxidantes
120
4.11 TOXICIDAD TERRESTRE
Se puede observar que la gasificaicón contribuye en menor magnitud a la toxicidad
terrestre. Esto se debe a que el al elevar el porcentaje de los residuos a reciclar, se evita la
producción de materiales vírgenes y con ello las emisiones de contaminantes.
La incineración tiene un mayor impacto debido a la combustión de los residuos y con ello
las emisiones de arsénico, mercurio, zinc y dioxinas, lo cual coincide con lo reportado por
Güereca et al. (2006). Aunque el reciclaje evita la generación de toxicidad, debido a que se
evita la producción de materiales vírgenes y con ello la emisión de contaminantes.
El proceso de recolección de residuos en el escenario 1 es más significativo por el
porcentaje de camiones que utiliza gasolina y aunque este compuesto genere menos
partículas de combustión durante su uso, la producción de este combustible genera
mayores impactos ambientales que la producción de diesel debido a los requerimientos
energéticos (Güereca, 2006).
Figura 32. Resultados graficados correspondientes a la toxicidad terrestre.
Estos resultados se han observado en diferentes estudios, se tiene un caso en Ucrania,
realizado por el Instituto de Energía Termofísica NAS, aplicado en Octubre del 2006 en
donde la gasificación dio mejores resultados que la incineración y la quema de residuos por
0
5
10
15
20
25
30
35
40
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
gram
os
de
1-4
DC
B
SITUACIÓN ACTUAL GASIFICACIÓN INCINERACIÓN
Terrestrial Toxicity 17.40165 10.21436 37.61346
Toxicidad Terrestre
121
medio de antorchas en los rellenos; tanto en función de emisiones de contaminantes,
porcentaje de eficiencia eléctrica de cada una de las plantas, como el costo de producir
energía por cada tecnología.
Son ya muchas investigaciones en las cuales se compara la incineración con la
gasificación, como herramienta para evitar la semejanza de estas tecnologías en la
sociedad.
La gasificación ofrece varias ventajas por encima de la incineración, una de estas es el
control de emisiones por sistema de limpieza del gas; al igual que la composición del gas
productos, se cita a Tchobanoglous cuando se menciona que la gasificación es un método
que transfiere el valor calorífico de la biomasa al valor calorífico del gas producto (CO, H2
y H/Cs) y un poco a calor sensible, mientras que en la combustión, el valor calorífico del
sólido es completamente transformado en calor sensible (Tchobanoglous, 1993).
Lefcort menciona que la gasificación es una tecnología con mayores beneficios, tanto el
producto como en la emisión de contaminantes, en cuestión de la gestión de residuos. Al
igual que los resultados obtenidos en esta investigación, Lefcort menciona en el documento
White Paper emitido por Biosphere Envioremental Energy que la gasificación trae mayores
ventajas en comparación con la incineración. El rango de conversión del carbón en la
gasificación es de más del 99% en comparación con la incineración que es de un 70-80% o
menos también se realiza con un apoyo continuo de combustible adicional. La materia
quemada en una planta incineradora tiene el potencial de emitir alquitrán y compuesto
orgánicos volátiles en el aire, produciendo olores y una calidad del aire inaceptable.
4.12 INTERPRETACIÓN DE LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE
CICLO DE VIDA
Los tres escenarios propuestos impactan en las ocho categorías de impacto evaluadas, sin
embargo en diferentes magnitudes.
El proceso del relleno sanitario en el escenario base (No. 1) impacta en mayor manera en
las categorías de toxicidad del agua, gases de efecto invernadero y toxicidad humana. Esto
122
debido a las emisiones de biogás y lixiviados, ya que actualmente por la falta de
infraestructura, no existe tecnología para la recolección de dichos productos.
Mientras que este mismo proceso resulta diferente en los otros dos escenarios propuestos,
debido a que la cantidad de residuos destinados al relleno sanitario disminuye, tanto los
orgánicos (los cuales son los productores de lixiviados y biogás más importantes), como
los inorgánicos que son destinados en mayor medida al reciclaje.
En cuanto a la recolección de los residuos constituye un menor impacto en cualquiera de
las ocho categorías, en comparación a los otros procesos. En los escenarios 2 y 3 se
propone que la recolección de residuos sea selectiva a su totalidad, esto reduce las
emisiones de CO2 y NOx debido a que los camiones de recolección selectiva utilizan diesel
en vez de gasolina. Los cuales son compuestos que influyen en las categorías de gases de
efecto invernadero y acidificación del aire.
El proceso de selección contribuye a las ocho categorías de manera poco significativa. Ya
que los impactos asociados a este procesos sólo son ocasionados por el uso de combustible
en la pala mecánica utilizada para el manejo de residuos y la energía eléctrica utilizada en
las bandas transportadoras.
La fabricación de compost constituye un impacto menor gracias a la cantidad de residuos
destinados en este proceso.
El reciclaje de los residuos recuperados en las plantas de selección trae asociados los
impactos que se desatan del consumo de combustible para el transporte de los residuos, del
uso de energía durante el proceso y la proporción del producto obtenido. Dos factores son
los que influyen en el comportamiento ambiental del reciclaje: los beneficios netos por
reciclar cada material y la cantidad total reciclada, es decir, el reciclaje mitiga impactos
porque ahorra el uso de materia prima virgen y con esto el uso de recursos naturales y
energía y también porque disminuye los residuos que van a vertedero, según Muñoz et al.
(2004).
El proceso de reciclaje en el escenario base genera ahorro en la categoría de la formación
de foto oxidantes, esto debido a la cantidad destinada a este proceso que no sobrepasa el
10% de los residuos ingresados a las plantas de selección. Sin embargo este mismo
procesos en los escenarios 2 y 3 producen de no más de 0.11 gramos y 0.14 gramos
respectivamente.
La incineración genera ahorros en comparación al escenario base en las categorías de
acidificación de aire, toxicidad del agua, gases de efecto invernadero y toxicidad humana.
123
Mientras que en las categorías de disminución del ozono estratosférico, eutrofización y
toxicidad terrestre contribuye en mayor medida que en los otros escenarios, causado por el
mismo proceso de combustión de los residuos y las fugas asociadas a éste.
El proceso de la gasificación presenta ahorros en siete de las ocho categorías,
comparándolo con los otros dos escenarios. Como se menciona en la categoría de la
formación de foto-oxidantes contribuye con un mayor impacto que el escenario base, pero
en menor medida.
4.13 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELECTRICA
Al conocer que los posibles impactos asociados con la gasificación son menores con
relación a los impactos generados actualmente por el sistema de gestión de residuos y los
asociados a la incineración, este proceso puede continuar en la aplicación del producto
obtenido (gas de síntesis). Se ha mencionada en secciones anteriores que este gas puede ser
utilizado en diferentes maneras, pero la más común es generación de energía eléctrica y
analizando el contexto de México en cuanto a energías limpias es la opción más viable.
Existen diferentes tecnologías para dicha aplicación como las ingenierías, ciclos de vapor,
turbinas de gas, calderas, entre otros.
Una de las tecnologías utilizadas actualmente con respecto a la generación de energía es el
llamado Ciclo Combinado Integral de la Gasificación (IGCC, por sus siglas en inglés). El
gas producido en el proceso de la gasificación pasa por una etapa de purificación, en donde
los contenidos de partículas, alquitranes y otros contaminantes son disminuidos para un
buen funcionamiento de las turbinas. Luego es introducido en la turbina, en donde un 30%
a un 35% del GN se convierte en electricidad. El sistema puede usar la energía contenida
en los gases que salen de la turbina para recuperar el calor sensible para la cogeneración.
Este vapor puede ser inyectado en la turbina, lo que permite una mayor potencia de salida
en la unidad y lograr mayor eficiencia eléctrica, con un rendimiento del 40 al 45% y la
ventaja de controlar el exceso de temperatura en el sistema, lo cual minimiza la producción
de NOx.
Al gasificar todos los residuos orgánicos se tiene unos 1775231885 Nm3 de gas de síntesis
al año, esto con un LHV de 5.4 MJ/Nm3.
124
Se estima que la energía eléctrica producida por esta tecnología sería de un 45% de los MJ
producidos, es decir si se tiene 9586252179 MJ caloríficos se tendría 4313813481 MJ
eléctricos al año por el total de los residuos tratados por la gasificación.
Convirtiendo esos MJ eléctricos a kWh se tiene 1,198,281,522.5 Kilowatt-hora, lo que
corresponde a 1,198.3 Gigawatt-hora (GWH).
Datos proporcionados por la Distribución Sureste de CFE con estadísticas del año 2009,
muestra que la Zona de distribución de Oaxaca, incluyendo a la ciudad de Oaxaca y
municipios cercanos con un total de 460 605 clientes equivalente al 44% de la población
del Estado de Oaxaca, consumió un total de 1,114.2 GWH al año. Mientras que la Zona de
distribución de Villahermosa, que incluye la ciudad de Villahermosa y los municipios
cercanos con un total de 366 657 clientes, consumió 2,435.2 GWH durante todo un año.
Con esta información se puede estimar que el gas producido por el proceso de la
gasificación puede proporcionar la energía necesaria para la zona de Oaxaca y el 50% de
energía demandada a la zona de Villahermosa.
125
5. CONCLUSIONES
Se determinó la cantidad de residuos aprovechables para el proceso de la gasificación, el
cual es 1543679.9 toneladas anuales de residuos generados en la Ciudad de México.
En la simulación de los impactos ambientales ocasionados por el sistema actual de gestión
de residuos, se observa que este escenario contribuye en ocho de las nueve categorías
evaluadas, en mayor magnitud en las categorías de gases de efecto invernadero y toxicidad
humana y ayuda en el ahorro de emisiones en la categoría de la formación de foto-
oxidantes.
Dentro de este mismo escenario el proceso más impactante es el relleno sanitario, esto por
la fuga de todo el biogás producido por los residuos, este biogás está compuesto
mayormente por metano y éste equivale 21 veces el CO2. Al igual el poco tratamiento que
reciben los residuos fomenta la formación de plagas, el mal olor y por ende la propagación
de enfermedades por toda la zona cercana. El sistema de captación de lixiviados se
encuentra atrofiado por lo que todos estos líquidos producidos son emisiones
incontroladas, provocando la contaminación de los mantos acuíferos cercanos.
El proceso de recolección impacta en todos los escenarios por el uso de combustible y la
gran cantidad de residuos a transportar en todos los procesos.
El escenario 3, incineración, impacto en mayor magnitud en comparación con los otros dos
en las categorías de disminución del ozono estratosférico, eutrofización y toxicidad
terrestre, esto se debe a las emisiones de este proceso. Entre los contaminantes más
importantes emitidos por este proceso se encuentran: el arsénico, el mercurio, el zinc y las
dioxinas.
El escenario 2 ayuda al ahorro de impacto en las siete de las ocho categorías, esto por el
proceso mismo de la gasificación de los residuos, la menor cantidad de dioxinas emitidas
en éste mismo proceso y la disminución del biogás producido en el relleno sanitario.
La categoría con mayor impacto sería la de los gases de efecto invernadero, ya que la
situación actual contribuye en gran magnitud, tanto el proceso de recolección y en el de
relleno sanitario. Estos gases son los que provocan lo que hoy se conoce como el cambio
climático, tema que es de prioridad a nivel mundial.
126
Uno de los procesos claves para el mejor aprovechamiento de residuos es la recolección,
ya que se requiere que los residuos se encuentren en óptimas condiciones para su
tratamiento, a diferencia del estado en que se encuentran actualmente estos mismos. Un
buen proceso de recolección es indispensable para dar pauta a la implementación de un
sistema de gestión integral de residuos.
Se estimo la cantidad de energía eléctrica producida por el proceso de la gasificación, ya
que esta fue la tecnología que demostró tener menores impactos en todas las categorías a
evaluar. Con el aprovechamiento del 85% de los residuos orgánicos generados anualmente
en la Ciudad de México es posible producir 4313813481 MJ eléctricos, lo cual equivale a
1,198.3 Gigawatt-hora (GWH).
Este dato representa el consumo anual por la zona de Oaxaca, la cual comprende un total
de 366 657 clientes.
La legislación actual en México tiene muchas limitantes tanto en materia de tratamientos
para la gestión de los residuos, como en la generación de energía eléctrica.
La LGPGIR (Ley General para la Prevención y Gestión Integral de Residuos) regula las
tecnologías que involucren una combustión o el uso de elevadas temperaturas en el
tratamiento de los residuos. Es necesaria la autorización de la Secretaria del Medio
Ambiente y Recurso Naturales (SEMARNAT) para la implementación de alguna de estas
tecnologías con su impacto ambiental respectivo. Por lo que es necesario el cambio de
percepción de estas tecnologías, por parte de la sociedad como en la legislación y
normativa mexicana.
En materia de la generación de energía, la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica en
su artículo 7 define a la Comisión Federal de Electricidad (CFE) como el único organismo
con las facultades para la generación, conducción, transformación, distribución y venta de
energía; dejando a productores externos con la única opción del autoabastecimiento y la
venta de los excedentes al convenio que más le convenga a CFE.
Teniendo así muy pocas ventajas con respecto a la producción de energía alternas con el
marco legal existente en México.
Por lo que es necesario la realización de nuevas leyes, o reformas de las mismas, que
fomenten la inversión a nuevas fuentes de energía, así como de aprovechamiento de
residuos.
127
Uno de los pasos a seguir con los resultados de esta investigación es como incorporar esta
tecnología dentro la legislación mexicana, que cambios tendrían que hacerse tanto dentro
de esta misma propuesta como el entorno legislativo al que se verá involucrada esta
misma.
128
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