Aprovechamiento de residuos sólidos urbanos (RSU)

Tendencia tecnológica
Aprovechamiento de residuos sólidos urbanos (RSU)
César Alfredo Romo Millares
Abstract
This article describes the status of the utilization of municipal solid waste both in Mexico and internationally. The main
technologies and new trends for treatment, conversion and disposal are discussed along with IIE´s experience and views on the
subject.
A nivel mundial, el tema de la disposición de la basura
urbana es sumamente relevante y se ve desde diferentes
ópticas, según sea la situación particular de cada país. Hay
países desarrollados, principalmente en Europa, donde
se está impulsando la reducción a cero de sus residuales
mediante el reciclaje, reúso y conversión térmica, mientras
que en otros países, donde hay una mayor disponibilidad de
espacios, se sigue confinando la basura en rellenos sanitarios
y tiraderos a cielo abierto.
Cada habitante en México genera en promedio 1 kg de basura
por día, gran parte del cual se recolecta y dispone a través de
los municipios, de acuerdo a sus propios recursos y cuotas
establecidas, en sitios que van desde tiraderos a cielo abierto sin
ninguna infraestructura, hasta rellenos sanitarios que cumplen
con altas especificaciones. Esto significa que más de 100
mil toneladas de basura por día tienen que ser recolectadas,
transportadas y, en una gran proporción, confinadas.
Para darnos una idea de lo que este número significa en
términos energéticos, asociando el contenido calorífico
73
Boletín IIE, 2015
abril-junio
europeos se puede ver cómo el gravar
impositivamente la confinación de
RSU en rellenos sanitarios es una
práctica común. Por otro lado en
China, ante la falta de espacios para
seguir confinando su basura, se ha
incentivado la construcción de plantas
de incineración con generación
eléctrica, pagando el estado una
tarifa preferencial por la electricidad
generada, del orden del doble de
lo que se paga para las plantas que
la generan con carbón. Lo que se
ve como una premisa fundamental
de política en las sociedades más
avanzadas es que se ha reconocido
que el confinamiento de RSU en
rellenos sanitarios no es una práctica
sustentable y se están realizando
acciones para diversificar sus
posibilidades.
promedio de los RSU, con esta basura podríamos estar
alimentando centrales térmicas, con tecnologías de
conversión disponibles, con una potencia de 4,000 MW.
Sin embargo, el seguir enterrando RSU de la manera como
lo hacemos resulta, aparte de un gran desperdicio de energía
y contaminación del medioambiente, en una situación de
saturación de rellenos sanitarios y la permanente búsqueda
de lugares cada vez más alejados a las poblaciones (figura 1).
Sin un adecuado diseño y mantenimiento, los rellenos
sanitarios suelen ser altamente contaminantes del
medioambiente, llegándose ya a prohibir y/o penalizar en
muchos países. Por ejemplo, en Suiza, Suecia, Noruega,
Holanda, Austria y Bélgica existe una prohibición expresa
para confinar en rellenos sanitaros, residuales que contengan
poder calorífico aprovechable. Esto ha propiciado que se
desarrollen programas 3R (reducir, reutilizar y reciclar) con
altos porcentajes de reciclaje y se fomente la construcción
de plantas de incineración con recuperación eléctrica
y térmica. Con el mismo propósito, en otros 20 países
74
Aunque hay un esfuerzo del
gobierno de México por establecer
una política de gestión de RSU,
nuestro país presenta un considerable
atraso comparado con países de la
Organización para la Cooperación y
el Desarrollo Económicos (OCDE).
Según cifras reportadas, contamos
con un bajo porcentaje de reciclaje
de alrededor del 5%, y un limitado
número de rellenos sanitarios que
cumplen con especificaciones (196 en
el año 2011), sin embargo, se confina
más del 30% de los RSU en sitios
no controlados y rellenos de tierra.
De los 196 rellenos sanitarios, sólo
unos pocos tienen la infraestructura
adecuada para aprovechar el biogás
generado en una planta de generación
eléctrica. Evidenciando más nuestro
Tendencia tecnológica
Figura 1. Caminando por el R.S. Bordo Poniente, México, D.F e imagen del problema causado por la falta de un R.S. en
Cuernavaca.
atraso, no contamos con ninguna
planta térmica de incineración que
recupere la energía presente en los
RSU, siendo que en el mundo operan
más de 1,000 instalaciones de este
tipo.
Recuperación de energía
de la basura
El desarrollo de un proyecto de
recuperación de energía, ya sea
eléctrica o térmica, requiere del
análisis del tipo y cantidad de
residuales urbanos disponibles, del
conocimiento de las tecnologías en
cuestión para seleccionar la idónea,
de identificar el portafolio y récord
de operación de los proveedores, de
establecer los estudios de factibilidad
técnica y económica, y finalmente
del conocimiento de la gestión de
permisos y trámites ante la autoridad.
A continuación se listan los principales procesos para el
aprovechamiento de los RSU.
Compostaje y digestión anaeróbica
La fracción orgánica de los RSU, compuesta
principalmente por basura de comida, de jardines y otros
materiales similares, aporta alrededor del 50% del total,
por lo que procesos de este tipo tienen un alto potencial
de aprovechamiento. Si es separada en su origen, la
fracción orgánica de los RSU es susceptible de utilizarse
en procesos de compostaje o digestión anaerobia para
obtener composta y biogás respectivamente. La diferencia
entre estos dos procesos consiste en que en el compostaje,
la degradación de la materia orgánica se hace en presencia
de aire (aerobia), mientras que la digestión anaerobia
se realiza en un digestor en ausencia de oxígeno. La
composición típica obtenida en el biogás es de 45%-60%
de CH4 y 40%-60% de CO2. El biogás se conduce a un
paquete de generación que incluye motores de combustión
interna, donde se quema generando electricidad en un
generador eléctrico acoplado.
75
Boletín IIE, 2015
abril-junio
Figura 2. Diagrama de una planta de incineración con recuperación de energía.
Tratamiento térmico con recuperación
de energía
Waste to Energy (WTE) es el término en inglés que se
emplea para los procesos en que se obtiene energía eléctrica
o térmica a través del tratamiento térmico (combustión
principalmente) de los RSU. La tecnología dominante es la
incineración en calderas de parrilla móvil, acondicionadas
para quemar los residuales urbanos sin mayor separación
y donde el vapor que se genera alimenta, ya sea a un
turbogenerador para producir energía eléctrica, o se utiliza
para propósitos de calefacción en zonas urbanas (figura 2).
A través de este proceso se obtiene una reducción del 80%
al 95% en el volumen de los RSU, quedando únicamente
cenizas de material inerte que pueden confinarse o utilizarse
como insumo en la industria de la construcción.
Hasta hace algunas décadas, la incineración de RSU
no era bien vista por la sociedad, ya que no había un
control sobre los gases y compuestos tóxicos emanados
76
de su combustión. Hoy en día, la
tecnología de incineración cuenta
con un equipamiento muy efectivo
en el aspecto de control de emisiones
(lavadores de gases, equipo para
NOx y filtros de mangas) y está
reconocida a nivel mundial como
una tecnología amigable con el
medio ambiente, segura y eficiente
en el aprovechamiento de la energía
al utilizar el calor generado por la
combustión.
Cabe mencionar que en los últimos
años han surgido nuevas variantes
tecnológicas a la incineración, que
incorporan procesos de pirólisis,
gasificación y arco de plasma, que
buscan hacer más eficientes los
procesos y tener menores costos.
Tendencia tecnológica
Figura 3. Central Waste to Energy de Lee County, Florida, Estados
Unidos.
cuenta con sistemas de captación
de gas y lixiviados con el fin de
limitar los impactos negativos al
medioambiente. Se pueden tener
las opciones de colectar y quemar el
biogás en antorchas, o aprovecharlo
como combustible dentro de un
paquete motogenerador y producir
energía eléctrica. Éste es el caso de
instalaciones que generan energía
eléctrica en ciudades como Monterrey,
Aguascalientes (figura 4) y Ciudad
Juárez.
Algunos aspectos
comparativos
Figura 4. Área de tratamiento de biogás y generación eléctrica.
Relleno Sanitario Aguascalientes.
Confinamiento en rellenos
Este proceso es el último en la cadena de gestión integral de
residuales sólidos urbanos y debería considerarse como la
opción menos deseable. De hecho, como ya se mencionó,
algunos países desarrollados sólo consideran al material
inorgánico no reciclable como el único residual sujeto a
confinarse, sin embargo, en países como México donde una
gran cantidad de RSU todavía es depositada sin control
alguno en tiraderos a cielo abierto, los rellenos sanitarios
representan una opción para mejorar la calidad de vida de la
población y aminorar el impacto al medioambiente.
El relleno sanitario es una obra de ingeniería diseñada
para recibir RSU en un área lo más pequeña posible, que
Mientras que una planta de
incineración recupera de 600 kWh a
800 kWh por tonelada de RSU, en un
relleno sanitario se logran recuperar
de 50 kWh a 70 kWh por tonelada de
RSU. Esto implica que considerando
la misma masa de RSU, la tecnología
de incineración con recuperación de
energía es capaz de producir del orden
de diez veces más electricidad que la
que puede producir el relleno sanitario
en un período de 8 a 30 años.
El tiempo de degradación de los
residuos sólidos municipales (RSM) es
otro factor importante a considerar, ya
que mientras que en la tecnología de
incineración el tiempo de degradación
es de unos cuantos minutos, para
un relleno sanitario toma de 100 a
150 años.
77
Boletín IIE, 2015
abril-junio
Finalmente, la tecnología de incineración con recuperación
de energía permite recuperar metales, alrededor de 25 kg
por tonelada de RSM, mientras que en el relleno sanitario
no es posible recuperar nada.
Economía circular
Este es un concepto reciente surgido en Europa, que
establece nuevas políticas de sustentabilidad en los procesos
productivos y comerciales de la sociedad. En el caso de
la gestión de RSU, va más allá de las actuales políticas de
“cero residuos”, buscando apartarse del modelo actual de
“tomar, hacer y desechar”, migrando hacia un modelo
en donde los procesos se encadenan, siendo los insumos
de unos los residuos de otros procesos usando energías
renovables, de manera que no haya agotamiento de
recursos. La aplicación de este novedoso modelo apenas
inicia en países avanzados y para
países como el nuestro, permitiría
no repetir la historia de los primeros,
acortar la brecha que nos separa de
ellos y ponernos al día en los últimos
conceptos de sustentabilidad.
Capacidades del IIE
El Instituto de Investigaciones
Eléctricas (IIE) ha trabajado en el
tema de la bioenergía y los RSU por
más de tres décadas, desarrollando
los primeros biodigestores para
producción de biogás a partir de
excretas de ganado, realizando
numerosos estudios en el tema de
RSU, incluyendo la caracterización
de los RSU del país y, últimamente,
la elaboración de diversos estudios
de factibilidad técnico-económica
para la instalación de plantas
incineradoras con recuperación de
energía. Recientemente elaboró para
la Comisión Federal de Electricidad
(CFE) una guía de usuario en el
tema de generación de electricidad
mediante residuos sólidos urbanos.
Conclusiones
Las tecnologías que permiten gestionar
la basura en toda su cadena, ya sea
para su reciclaje, procesamiento,
incineración o confinamiento
con recuperación de energía están
disponibles, por lo que es urgente
que se establezcan programas
gubernamentales con una visión hacia
el futuro inmediato y se destinen los
recursos para adoptar nuevos modelos
de gestión y tecnologías de punta.
78
Tendencia tecnológica
Dado que el volumen de basura
que se genera diariamente tiende a
crecer, tanto por el incremento de
la población, como por el hecho de
que cada vez producimos más basura
per cápita, es imprescindible que
se tomen decisiones que permitan
transformar nuestros modelos de
consumo y depredación de recursos
hacia modelos sustentables, como el
planteado por la economía circular.
Sin duda alguna la brecha de atraso
que tenemos se puede acortar,
imitando las mejores prácticas de
países industrializados, resaltando que la educación de la
sociedad es fundamental para adoptar nuevos modelos de
cambio.
Referencias
Romo C., Medrano M. C., Romero H., Arvizu J. L., Huacuz J. y
Beltrán J. (2019). Guía de generación de electricidad mediante residuos
sólidos urbanos. Documento elaborado por el IIE bajo contrato con CFE.
Proyecto IIE 14317.
SEMARNAT. Base de datos estadísticos BADESNIARN 2012.
Dustin B. (2015). Circular Economy Scotland. Green Alliance and
Scottish Council for Development and Industry.
Currículum vítae
César Alfredo Romo Millares
[[email protected]]
Doctor con la especialidad de combustión por el Imperial Collage de Londres, Inglaterra en 1992. Maestro en
Ingeniería Energética por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en 1987. Master of Science en
Termofluidos por el Instituto de Tecnología de la Universidad de Manchester (UMIST) en 1988. Ingeniero Mecánico
Electricista por la UNAM, con mención honorífica, en 1984. Su área de especialidad está orientada al tema de la
combustión, donde ha participado y dirigido proyectos tendientes a la modernización de equipos de combustión para
el sector energético mexicano. Ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en agosto de 1984, donde se ha
desempeñado como investigador, jefe de proyecto, coordinador de especialidad, y de febrero de 1999 a julio de 2011
como Gerente de Procesos Térmicos. A partir de ese mismo año colabora con la Gerencia de Energías Renovables en las
áreas de bioenergía y generación solar fotovoltaica. Ha publicado más de 30 artículos sobre el tema de combustión en
revistas y foros nacionales e internacionales.
79