Waste-to-energy , W2E es un proceso de generación de energía eléctrica y térmica como resultado de la incineración de residuos . Los residuos sólidos urbanos preclasificados se utilizan como combustible . La construcción y operación de tales empresas a menudo se considera como un elemento de un sistema integrado de gestión de desechos que puede reducir los riesgos ambientales y reducir el daño ambiental asociado con la eliminación de RSU no reciclables en vertederos. Las plantas modernas de conversión de residuos en energía son muy diferentes de los incineradores , que utilizan residuos sin clasificar y generan electricidad extremadamente limitada.
Antes de la Revolución Industrial de los siglos XVIII y XIX, la gente usaba objetos naturales en la vida cotidiana que podían quemarse o dejarse pudrir . La eliminación de desechos domésticos ha existido a lo largo de la historia de la humanidad, a menudo los desechos de madera se utilizaron como leña . La situación comenzó a cambiar durante el período de industrialización , cuando los productos hechos de materiales sintéticos que no están sujetos a descomposición natural comenzaron a extenderse en la vida cotidiana en los países de Europa y América del Norte , el volumen de su producción y consumo creció, y la humanidad comenzó a producir cada vez más basura [1] [2] .
En 1874, se construyó la primera planta de incineración de desechos del mundo en Nottingham , y luego se construyó allí la primera planta de vapor , donde la basura se usó como combustible; así es como la incineración de desechos industriales encontró por primera vez un uso energético. En 1880, se construyó en Nueva York el primer incinerador de los Estados Unidos . Sin embargo, hasta la década de 1960, la incineración en los Estados Unidos se practicaba principalmente en instalaciones fuera de la red y las plantas especializadas no eran comunes. Además, a fines del siglo XIX, se construyeron incineradores en ciudades estadounidenses en edificios de apartamentos, que también se utilizaron para su calefacción [1] [2] .
En Europa continental, Francia fue el primer país en introducir la incineración de residuos industriales . El primer incinerador francés se construyó cerca de París en 1893 y, en 1896, se puso en funcionamiento el primer incinerador del mundo con trituradora en Saint-Ouen . En 1930, se desarrolló en Suiza un horno de parrilla para la incineración de desechos en capas ; se trataba de una tecnología de incineración de desechos fundamentalmente nueva que hizo posible abandonar el uso de fuel oil y carbón como combustible para distribuir uniformemente la temperatura en el horno, lo que significativamente redujo el costo de la incineración de residuos, así como aumentó su eficiencia. En 1933, se inauguró en Dordrecht , Países Bajos , la primera central térmica de incineración del mundo . En la década de 1970, la incineración de desechos recibió una nueva ronda de desarrollo a raíz de la crisis energética mundial , cuando los precios del petróleo aumentaron significativamente. La basura en ese momento comenzó a ser considerada cada vez más como un combustible para la producción de calor y electricidad [2] .
La Agencia Internacional de Energía considera que la gestión de residuos energéticos con incineración a alta temperatura controlada y tecnología de control de la contaminación es la mejor alternativa a los vertederos de RSU. Se observa que muchas veces los rellenos sanitarios para la disposición de desechos no cumplen con las normas sanitarias y se convierten en un lugar de quema de desechos sin control, lo que afecta negativamente la calidad del aire. Al mismo tiempo, la utilización de la energía es principalmente una parte del sistema de gestión de residuos y no una solución energética, aunque puede contribuir a la diversificación del suministro de energía [3] .
Como señala la agencia, el reciclaje de energía solo debe implementarse dentro de la jerarquía más amplia de la gestión de residuos en las áreas de prevención, preparación para la reutilización, reciclaje, recuperación y eliminación. Esto requiere que las autoridades municipales lleven a cabo una planificación integral de gestión de residuos para maximizar el potencial de reutilización y reciclaje de materiales antes de la recuperación de energía. Además, se necesita suficiente infraestructura de recolección y segregación en la fuente para garantizar que los incineradores reciban combustible con un contenido adecuado de energía y humedad [3] .
Existen diferentes puntos de vista sobre si la basura puede considerarse una fuente de energía renovable y su incineración un reciclaje. Una parte importante de los residuos domésticos es biomasa formada por plantas que utilizan CO₂ atmosférico. Si se vuelve a cultivar la misma cantidad de plantas, se eliminará de nuevo la misma cantidad de carbono de la atmósfera. Por estas razones, en varios países, los compuestos orgánicos incinerados se consideran una fuente de energía renovable , en contraste con los productos petroquímicos incinerados. En Rusia, la Ley Federal del 26 de marzo de 2003 No. 35-FZ “Sobre la Industria de la Energía Eléctrica” define que la energía renovable incluye “la biomasa, incluidas las plantas cultivadas especialmente para la producción de energía, incluidos los árboles, así como los desechos de producción y consumo, con excepción de los residuos obtenidos en el proceso de aprovechamiento de materias primas y combustibles hidrocarbonados, biogás, gas emitido por la producción y consumo de residuos en los botaderos de dichos residuos, gas generado en minas de carbón. Por lo tanto, cuando se hace referencia a FER, la clase de peligro de los desechos y las emisiones de gases de efecto invernadero no se tienen en cuenta [4] .
A mediados de la década de 2010, había más de 2200 plantas W2E en el mundo [5] .
Según las estimaciones de la Agencia Internacional de la Energía en 2014, a partir de los RSU se produjeron en todo el mundo más de 30 millones de toneladas de petróleo equivalente de energía primaria , lo que supuso alrededor del 0,2% de su producción en su conjunto. Sin embargo, la participación de los RSU en la combinación energética global ha aumentado constantemente en las últimas décadas. Así, en el período de 1994 a 2014, la producción de energía a partir de RSU aumentó 2,6 veces [4] .
Las centrales W2E se caracterizan por un mayor capital (9 veces superior a las nuevas centrales térmicas de gas) y costes operativos (20 veces superiores a las nuevas centrales térmicas). Para financiarlos y apoyarlos en diferentes países se utilizan diversos mecanismos y combinaciones de subsidios intersectoriales e interterritoriales para la disposición de residuos, así como a cargo de los consumidores industriales y privados de la electricidad generada. Puede haber muchos métodos para estimular la incineración de residuos con fines energéticos. En algunos países, existen "tarifas de alimentación verde" para la electricidad producida a partir de biomasa (incluidos los residuos orgánicos municipales); en algunos, se estimula la incineración de RSU (por ejemplo, China ha introducido medidas de incentivo a nivel provincial y de ciudad). Otros estados aplican tarifas diversificadas para el almacenamiento de residuos. Por ejemplo, Noruega fomenta la quema de residuos biodegradables en centrales térmicas o salas de calderas debido a varias tarifas para la eliminación de residuos: enterrar 1 tonelada de residuos biodegradables en un vertedero es un 65 % más caro que otros tipos de residuos [6] .
En la Unión Europea , la eliminación energética de los residuos se considera como parte de las medidas para lograr los objetivos establecidos por la Comisión Europea en la Directiva sobre Vertederos de Residuos: para 2025, no más del 25% de los RSU deben ir a vertedero y no vertedero. de residuos reciclables (incluidos plásticos, papel, metales, vidrio y biorresiduos) [7] . La Confederación Europea de Plantas W2E (CEWEP) en 2015, en una carta abierta a la Comisión Europea, dijo que el reciclaje energético de los residuos podría reducir la dependencia de las importaciones de gas natural de Rusia (en 2012, 28 países de la UE importaron 107 mil millones de m³, residuos la incineración en ese momento equivalía al 19% de estas entregas) [8] . La prevalencia de la incineración de desechos varía considerablemente entre países, siendo muy alta en varios países desarrollados (principalmente en el norte y oeste de Europa). Según datos de CEWEP de 2017, Finlandia es el líder europeo en incineración de residuos , enviando el 58% de los residuos para reciclaje energético, seguido de Dinamarca , Suecia y Noruega con el 53%, y Suiza con el 47%. En Alemania , Austria , Francia e Italia, esta cifra ronda el 20-40%. La media de los 28 países de la UE fue del 28 % [9] .
En Rusia, alrededor del 97 % de los RSU se envía a vertederos. RT-Invest planea poner en marcha 5 nuevas plantas con una capacidad instalada de 325 MW para fines de 2023. En mayo de 2020, el consorcio de Rostec , Rosatom y VEB.RF en mayo de 2020 anunciaron el lanzamiento de un proyecto para construir otras 25 plantas W2E para crear una utilización total de 18 millones de toneladas de "colas" no reciclables (15-20% de la masa de RSU) [10] [11] [12] .
En Estados Unidos en 2017, el 12,7% de todos los RSU se quemaron para generar energía, el 52,1% de los RSU terminaron en vertederos. En 2018, 68 plantas de EE. UU. generaron alrededor de 14 000 millones de kWh de electricidad al quemar 29,5 millones de toneladas de RSU combustibles. Alrededor del 90% de las instalaciones se construyeron entre 1980 y 1995 [13] [14] .
En los países asiáticos , en el contexto de la rápida urbanización y el crecimiento anual de la población y la cantidad de desechos sólidos, los gobiernos están promoviendo varios programas de reciclaje de energía. Los objetivos estatales de China implican el procesamiento de la mitad de los RSU en plantas W2E en 2020. En 2018, la Agencia Internacional de Energía predijo que para 2023, la capacidad instalada de las empresas chinas de eliminación de desechos energéticos podría alcanzar los 13 GW, y para 2025 las plantas podrán procesar 260 millones de toneladas de RSU. El apoyo a las empresas se proporciona mediante la concesión de préstamos a tipos reducidos y una tributación preferencial. El despliegue de empresas W2E en India ha sido lento, con una capacidad instalada de poco menos de 300 MW a fines de 2017, y la planta más grande del país (24 MW) se puso en marcha en Nueva Delhi solo en 2017. Uno de los factores significativos que obstaculizan el desarrollo de la industria es la baja calidad de los residuos y su bajo poder calorífico. En Tailandia , como parte del Plan de Desarrollo de Energía Alternativa, se ha establecido un objetivo a largo plazo: para 2036, llevar la capacidad instalada de las empresas de procesamiento de desechos a 550 MW. Pakistán , Vietnam e Indonesia están estimulando la creación de nuevas empresas a través de una tarifa garantizada para la electricidad [3] .
El grado de impacto de las plantas de incineración de residuos en el medio ambiente depende en gran medida del cumplimiento de las normas para la quema de RSU, que incluyen: clasificar los residuos antes de quemarlos, eliminar de ellos los componentes no combustibles y propensos a la descomposición; mantener la temperatura requerida en los hornos durante el proceso de combustión; verificación obligatoria de las cenizas por lixiviación antes de su disposición; postcombustión secundaria de gases. Al mismo tiempo, la presencia de un cierto porcentaje de emisiones atmosféricas de las plantas de incineración de residuos sigue siendo inevitable [15] [1] [16] .
Las centrales W2E contaminan menos el aire que las centrales térmicas de carbón , pero más que las de gas natural [17] .
Con la eliminación térmica, prácticamente todo el carbono contenido en la basura pasa a forma gaseosa y entra a la atmósfera como dióxido de carbono . Al mismo tiempo, existen proyectos para reducir las emisiones de gases y reducir la huella de carbono global . En 2019, en Duiven , Países Bajos , se suministró dióxido de carbono de la planta W2E local a la industria de invernaderos, lo que redujo las emisiones de CO₂ en un 15 % [18] .
En el caso de que la misma cantidad de basura acabe en el vertedero , no solo una parte del dióxido de carbono pasará a la atmósfera, sino que también se liberarán unos 62 m³ de metano como consecuencia de la descomposición anaeróbica de la materia orgánica . El metano es 28 veces más potente como gas de efecto invernadero , y en ese volumen tiene más del doble del efecto invernadero que el dióxido de carbono. En el caso de los vertederos, una medida a medias es la captación parcial del gas de vertedero y su postcombustión. Sin embargo, según algunas estimaciones, en los Estados Unidos en 1999 el metano de los vertederos contribuyó un 32% más al efecto invernadero que el dióxido de carbono liberado por la incineración de basura [17] [3] .