Planta de incineración de desechos : una empresa que utiliza la tecnología de eliminación de desechos industriales y sólidos domésticos/municipales mediante descomposición térmica ( incineración ) en calderas u hornos. Una función secundaria de las plantas de incineración de residuos es la generación de calor y electricidad mediante el uso del calor de la combustión [1] [2] .
Las plantas de incineración de residuos están muy extendidas en Europa occidental y septentrional , EE.UU. y Japón . Hay 10 empresas de este tipo en Rusia, pero se planea un aumento significativo en su número [ 1] [3] [4] .
El problema de la eliminación de desechos comenzó a crecer durante la industrialización , a medida que los materiales que no están sujetos a descomposición natural se extendieron en la vida cotidiana, por ejemplo, materiales poliméricos y caucho . La incineración de residuos a escala industrial surgió en la segunda mitad del siglo XIX en Gran Bretaña , donde se construyeron incineradores de residuos en las fábricas. La primera planta de incineración de residuos del mundo apareció en 1874 en Nottingham . En el mismo lugar, poco tiempo después, se hizo el primer intento de aprovechamiento energético de la incineración de residuos, al construirse una planta de vapor , para la cual se utilizaba la basura como combustible. Sin embargo, en ese momento, la basura se quemaba a granel, sin clasificarla en fracciones homogéneas. Junto con los colonos ingleses, también apareció una nueva industria en los Estados Unidos: la primera planta estadounidense de incineración de desechos se construyó en Nueva York en 1880. En los mismos años, en varias ciudades estadounidenses, se construyeron incineradores de desechos en edificios de apartamentos, que también se utilizaron para calefacción. Sin embargo, los gases de combustión de las tuberías con fugas entraron en las viviendas, por lo que el uso de tales instalaciones se abandonó rápidamente. Además, en los Estados Unidos hasta la década de 1960, los incineradores no eran comunes y fueron reemplazados por instalaciones en su mayoría autónomas [1] [5] .
Paralelamente, se construyeron plantas de incineración de residuos en Francia . El primero fue construido en 1893 cerca de París . Y en 1896 se inauguró en Saint-Ouen la primera incineradora del mundo con trituradora . En los siguientes diez años, se construyeron tres más de la misma planta en los suburbios de París [5] .
En 1930, ingenieros de la empresa suiza Von Roll desarrollaron un horno tipo parrilla para la incineración de residuos estratificados, que redujo significativamente el costo del proceso, ya que no era necesario utilizar fuel oil o carbón como combustible para distribuir uniformemente la temperatura. La misma empresa en 1933 construyó la primera planta de energía térmica del mundo en Dordrecht , Países Bajos , impulsada por la energía de la basura incinerada.
En la década de 1950, el método de pirólisis de residuos comenzó a extenderse en las incineradoras de residuos [5] .
En 1972 se construyeron las primeras plantas incineradoras de residuos en la URSS , sin embargo, no utilizaban el sistema de depuración de gases adoptado en esa época en Europa y América del Norte, lo que las hacía menos respetuosas con el medio ambiente [5] .
Hay varias tecnologías de incineración utilizadas en los incineradores de residuos, que difieren principalmente en el tipo de hornos. La tecnología más común es la combustión en capas. También se utilizan las tecnologías de pirólisis y gasificación de residuos sólidos urbanos [2] [6] .
En la combustión estratificada, se utilizan cámaras de combustión con parrillas (la parrilla puede ser móvil o fija; más a menudo se usa una móvil). Una capa de escombros se encuentra en la parrilla, que recibe corrientes de aire caliente. La quema se realiza a temperaturas de 850-1500⁰C (pueden variar según la composición química de los residuos). Además, según el tipo de rejilla y la composición de los residuos, el suministro de aire dentro de la cámara puede ir en diferentes direcciones: paralelo a la corriente de residuos, contra ella o en ciertos puntos de la cámara (normalmente en su centro). La ceniza y la escoria se eliminan de la cámara de combustión a través de un tanque enfriado por agua. Una cámara con rejilla móvil puede procesar unas 35 toneladas de residuos por hora y trabajar unas 8 mil horas al año [6] [7] [8] [9] .
También los incineradores utilizan tecnología de lecho fluidizado . Al usarlo, los residuos se separan previamente en fracciones homogéneas, y luego se queman en las cámaras mediante el suministro de aire caliente a través de una capa de arena , virutas de dolomita u otro absorbente suelto que tiene una alta conductividad térmica precargado allí . La tecnología de lecho fluidizado puede reducir significativamente las emisiones de sustancias tóxicas durante la combustión. Sin embargo, esta tecnología tiene una desventaja debido a su inadecuación para la incineración de una masa mixta de residuos. La tecnología de lecho fluidizado para la incineración de desechos está muy extendida en Japón [2] [6] [7] .
La tecnología de pirólisis de residuos se utiliza en el procesamiento de residuos peligrosos. Este grupo incluye algunos tipos de plásticos , caucho (a menudo esta tecnología se usa para reciclar neumáticos de automóviles ) y una serie de desechos industriales. La pirólisis de los residuos sólidos urbanos implica su descomposición bajo presión en un ambiente libre de oxígeno en un horno rotatorio, en el que los residuos se alimentan a contracorriente de los gases de calefacción. La pirólisis ocurre a una temperatura de 400 a 600 ⁰C, y los gases liberados durante la combustión se envían al postquemador, donde ya se queman cuando se les suministra oxígeno. Como resultado de este proceso se forman líquidos y gases con un alto calor específico de combustión, que pueden ser utilizados como combustible, así como un residuo sólido apto para ser utilizado como materia prima en diversas industrias químicas . La pirólisis se ha utilizado para el reciclaje de residuos desde la década de 1950 [2] [6] [7] [10] [11] [12] .
Además de la pirólisis propiamente dicha, el procesamiento de residuos también utiliza tecnología de gasificación , es decir, pirólisis a alta temperatura (alrededor de 1000⁰C), como resultado de lo cual se obtiene gas de síntesis (una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono ) a partir de residuos descompuestos, que luego se utilizado en las industrias energética y química [2] [6 ] [7] [10] .
La tecnología de plasma para el reciclaje de RSU es su descomposición en hornos de arco eléctrico a temperaturas de hasta 4000⁰C, obtenida gracias a la energía de un arco eléctrico en presencia de vapor de agua como gas plasma. Al utilizar esta tecnología, el grado de descomposición de los residuos es superior al 99%, lo que la convierte en una de las más efectivas. Sin embargo, no se usa mucho debido a su alto costo y se utiliza principalmente para la eliminación de desechos altamente tóxicos (por ejemplo, médicos) [7] .
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; cuando se utiliza tecnología de pirólisis: postcombustión secundaria obligatoria de gases. Al mismo tiempo, la presencia de un cierto porcentaje de emisiones atmosféricas de las plantas de incineración de residuos sigue siendo inevitable [7] [1] [2] .
Los gases de combustión contienen dióxido de carbono , en menor medida, óxidos de nitrógeno y azufre (principalmente (IV) y (VI) ), cloruro de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno , compuestos de metales pesados ( cadmio , plomo , mercurio ). Se presta especial atención a las emisiones de furanos tóxicos , así como a las dioxinas , formadas durante la combustión de materiales poliméricos que contienen cloro (por ejemplo, cloruro de polivinilo ). Sin embargo, cuantitativamente, los incineradores producen significativamente menos dioxinas que los incendios no controlados en vertederos y los incendios privados. Además del cumplimiento de las normas de clasificación y quema de residuos, existen otras medidas para reducir la concentración de emisiones de las incineradoras de residuos. La principal es la adsorción de dioxinas (usando, por ejemplo, carbón activado ) con la captura de partículas sólidas [7] [1] [2] .
Una clasificación previa de calidad insuficiente de los RSU puede conducir a la formación de una gran cantidad de cenizas y escorias (en una cantidad del orden de ~ 20-25% de la masa seca de los residuos). Otra desventaja del método de incineración para la eliminación de RSU es la destrucción de una serie de componentes de desecho valiosos que podrían utilizarse en la industria como materias primas secundarias [7] [1] [2] [13] .
Sin embargo, la incineración de basura, como método de eliminación, tiene una serie de importantes ventajas. La incineración de desechos neutraliza los desechos de manera más confiable, lo que reduce el riesgo de contaminación del suelo y las aguas subterráneas , a diferencia de la eliminación de desechos en vertederos. Además, la cantidad de desechos se reduce significativamente: en volumen, aproximadamente 10 veces, en masa, 3 veces. Otra ventaja importante es la posibilidad de utilizar a escala industrial la energía térmica generada en el proceso de incineración de residuos [7] [1] [2] [13] .
Una función secundaria de las plantas de incineración de residuos es utilizar la energía térmica del proceso de producción, incluso para la generación de electricidad. El poder calorífico de los residuos sólidos urbanos puede alcanzar los 8400 kJ/kg, lo que corresponde al rendimiento de una serie de combustibles de baja calidad (por ejemplo, lignito y turba ). El valor energético de los residuos sólidos municipales puede llegar a 600-700 kW de electricidad o 2-3 Gcal de energía térmica por 1 tonelada de basura. Como resultado, los RSU a menudo se consideran un combustible no convencional. La baja eficiencia se compensa con el hecho de que aún es necesario desechar los RSU. El uso de RSU como fuente adicional de energía comenzó a ser considerado seriamente en los países desarrollados en la década de 1970, durante la crisis energética mundial , lo que llevó al desarrollo intensivo de tecnologías de incineración de residuos y al aumento del número de plantas. Según estimaciones realizadas en EE.UU. y Alemania , la implicación de todos los RSU en la incineración de residuos puede cubrir hasta un 2-3% de las necesidades energéticas de estos países. En Suecia , los incineradores de residuos generan actualmente aproximadamente el 16 % del calor del país y el 1,4 % de la electricidad del país. Además, las plantas de incineración de residuos representan una parte importante de la producción de energía térmica en Alemania, Francia y Suiza [7] [1] [14] [15] .
Debido a los costos relativamente altos de construir plantas de incineración de desechos, su uso para la producción de calor y electricidad solo tiene sentido si la planta está ubicada cerca de una gran ciudad con una población de al menos 350 mil personas [7] .
El número de plantas de incineración de residuos en el mundo se acerca actualmente a las 2.000. Los líderes mundiales en la industria son Dinamarca y Suiza, donde el nivel de incineración de residuos sólidos urbanos es de alrededor del 80 %. En Japón, es alrededor del 70%. La media para la Unión Europea es del 25 %: mientras que las cifras para los distintos países varían del 1 % ( Bulgaria , Rumanía ) al 80 % (Dinamarca). En Suecia, Finlandia y Bélgica , alrededor del 50-60%; en Alemania, Austria , Francia e Italia , alrededor del 20-40%; en el Reino Unido y los EE. UU. - 10%, en Rusia - 2.3% [1] [16] .
Hay más de 400 plantas de tratamiento térmico de RSU en Europa . La mayoría de las incineradoras de residuos europeas están ubicadas en Francia (alrededor de 300). Al mismo tiempo, 80 de ellos también se utilizan con fines energéticos, incluidas 12 plantas de incineración que participan en el suministro de energía de París. En Suiza, a principios de la década de 2010, había 37 incineradores en funcionamiento, mientras que parte de la basura en Suiza se importa del extranjero (principalmente de Alemania). Aproximadamente dos tercios de las fábricas suizas están involucradas en el suministro de energía de edificios residenciales. En Alemania, hay 68 plantas de incineración de residuos y alrededor de 30 plantas de energía que queman RSU con una capacidad total de alrededor de 5 millones de toneladas. Hay 34 incineradores de residuos en Suecia, que anualmente procesan alrededor de 2,5 millones de toneladas de basura. La ceniza que queda después de la quema se utiliza en la industria química (principalmente para la extracción de metales), así como en la construcción de carreteras . Además, las plantas de incineración de residuos de Suecia generan alrededor del 16% del calor y el 1,4% de la electricidad en el país. Hay 9 plantas de incineración de residuos en Finlandia con una capacidad de producción total de alrededor de 1,5 millones de toneladas de residuos al año. El mayor de ellos está en Vantaa , que tiene una capacidad de 320 mil toneladas por año y cubre la mitad de las necesidades de calor de la ciudad y alrededor de un tercio de electricidad [16] [14] [17] .
En algunas ciudades europeas, se utilizan soluciones arquitectónicas no estándar en la construcción de plantas de incineración de residuos. Un excelente ejemplo es el incinerador Spittelau en Viena , construido a fines de la década de 1980 y diseñado por el arquitecto vienés Friedensreich Hundertwasser . Esta planta se ha convertido en uno de los lugares de interés de la capital austriaca. En 2017, se inauguró en Copenhague la planta de incineración de residuos Amager Bakke , diseñada por BIG ; una pista de esquí abierta en su techo en 2019 [18] [19] .
Hay 89 incineradores en los Estados Unidos, que queman más de 30 millones de toneladas de desechos al año y generan más de 17 TWh de electricidad [1] .
No hubo incineradores en China hasta la década de 2000. Sin embargo, ya a principios de la década de 2010, se incineraban unas 25 millones de toneladas de basura al año. Japón, por su parte, es uno de los líderes mundiales en incineración de residuos, donde comenzó a desarrollarse a mediados del siglo XX. Actualmente, alrededor del 70 % de los RSU se incineran en Japón. Además, Japón es la tecnología de lecho fluidizado más utilizada en esta industria en comparación con otros países [1] [6] [7] .
Rusia en la industria de la incineración de desechos, así como en la eliminación de desechos en general, va a la zaga de los países desarrollados . Para 2019, hay 10 plantas de incineración de residuos, de las cuales 3 empresas EVN AG están ubicadas en Moscú . Al mismo tiempo, en la segunda mitad de la década de 2010, se puso en marcha en Rusia el proyecto Energy from Waste, que supone un aumento significativo del número de plantas incineradoras de residuos en el país y su aprovechamiento en el sector energético. Como parte de un proyecto piloto, RT-Invest, en cooperación con la empresa suiza-japonesa Hitachi Zosen INOVA, planea construir cuatro plantas de incineración de residuos en la región de Moscú y una en Tartaristán para 2022 . La capacidad estimada de cada una de las plantas en la región de Moscú es de aproximadamente 700 mil toneladas de basura por año, el número de empleados es de aproximadamente 120 personas en una planta; la capacidad estimada de la planta en Tatarstán es de unas 550 mil toneladas. Las plantas cercanas a Moscú tendrán que proporcionar electricidad a un total de 1,5 millones de personas. Después de eso, está previsto construir plantas similares en otras regiones de Rusia [1] [3] [4] [20] [21] [22] [23] [24] .