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
143
Embed
EVALUACIÓN DE LOS IMPACTOS AMBIENTALES GENERADOS …
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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.
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.
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