Revisión de una experiencia innovadora en el manejo de residuos sólidos (Plásticos por gasificación) y sus efectos ambientales.

1. GASIFICACIÓN DE RESIDUOS
PLÁSTICOS PARA LA PRODUCCIÓN
DE ELECTRICIDAD EN RÉGIMEN
ESPECIAL
Liliana María Álvarez Henao
Manejo integrado de residuos sólidos
Maestría en Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente
IVÁN JUNQUERA DIZ - MADRID, Junio 2010

2. Gestión de los residuos sólidos urbanos
Recogida selectiva:
o Papel y cartón
o Vidrio
o Plásticos pequeños
o Pequeños metales
o Otros metales
o Madera
o Residuos orgánicos de cocina
o Ropa
o Calzado o Textiles

3. TRATAMIENTOS
 En la actualidad existen principalmente dos
procesos que son utilizados para el tratamiento de
residuos sólidos urbanos. Estos son la gasificación y
la pirólisis.

4. LA GASIFICACIÓN
 Es un proceso termoquímico en el que un residuo
sólido urbano es transformado mediante un gas en
un combustible, mediante una serie de reacciones
que ocurren a una temperatura determinada en
presencia de un agente gasificante (aire, oxigeno y/o
vapor de agua).

5. LA PIRÓLISIS
 Se puede definir como la descomposición térmica de
un material en ausencia de oxígeno o cualquier otro
reactante. Esta descomposición se produce a través
de una serie de compleja de reacciones químicas y
de procesos de transferencia de materia y calor. La
pirolisis también aparece como paso previo a la
gasificación y la combustión.

6. PROBLEMÁTICA (ESPAÑA)
 La situación en la gestión de los residuos sólidos
urbanos es preocupante ya que la mayoría de los
residuos generados en el país, más de la mitad, son
vertidos a vertederos. Cabe destacar el aumento de
la incineración con recuperación de energía en los
últimos años y la recogida selectiva que permiten
una mayor valoración de los residuos.

7. En Valencia (España)
 Se diferencian dos tipos de residuos: los residuos
sólidos urbanos propiamente dichos, y los residuos
sólidos admisibles a urbanos procedentes de
actividades industriales.

8. COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS
SÓLIDOS URBANOS – VALENCIA
Como se puede observar en la figura adjunta el 8%
de los residuos sólidos urbanos generados en la
Comunidad Valenciana, son de tipo plástico,
suponiendo un total de 176.357 toneladas anuales
como media.

9. COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
ADMISIBLES A URBANOS
 En lo referente a residuos sólidos admisibles a urbanos,
procedentes de la actividad industrial, se observa que el 22% del
total son de tipo plástico, lo que supone un total de 207.107
toneladas anuales de media.

10. LOS RESIDUOS PLÁSTICOS
 Se trata de materiales muy recientes que se han
incorporado a nuestra civilización en la última mitad del
siglo XX.
 El plástico se obtiene por la combinación de un polímero
o varios, con aditivos y cargas, con el fin de obtener un
material con unas propiedades determinadas.
 Son compuestos de naturaleza orgánica, y en su
composición intervienen fundamentalmente el Carbono y
el Hidrógeno, además de otros elementos en menor
proporción, como Oxígeno, Nitrógeno, Cloro, Azufre,
Silicio, Fósforo, etc.

11. LOS POLÍMEROS COMERCIALES
 Los polímeros son materiales no naturales obtenidos
del petróleo por la industria mediante reacciones de
síntesis, lo que les hace ser materiales muy
resistentes y prácticamente inalterables.
 Esta última característica hace que la Naturaleza no
pueda por sí misma hacerlos desaparecer y
permanezcan en los vertederos por largos periodos.

12. CLASIFICACIÓN
Los plásticos los podemos clasificar en:
 Polietileno Tereftalato (PET)
 Polietileno de alta densidad (PEAD)
 Cloruro de Polivinilo (PVC)
 Polietileno de baja densidad (PEBD)
 Polipropileno (PP) o Poliestireno (PS)

13. PROPIEDADES
 PODER CALORÍFICO: Cantidad de calor que se
desprende en la combustión completa de una unidad de
masa, es decir, la cantidad de calor que entrega un
kilogramo o metro cúbico de combustible al oxidarse en
forma completa cuando el carbono pasa a anhídrido
carbónico.
 HUMEDAD: Se puede definir como el contenido en agua,
normalmente expresado en porcentaje, que incluyen los
residuos en su composición (2% su contenido en
humedad).
 DENSIDAD: Se define como el peso de un material por
unidad de volumen y en el sistema internacional se mide
en Kg/m3. El valor de densidad de los plásticos oscila
entre 42 y 131 kg/m3, siendo su valor típico 65 kg/m3.

14. PARA TENER EN CUENTA
 Se hace importante distinguir entre PCS (poder
calorífico superior) y PCI (poder calorífico inferior).
La diferencia radica en el estado de agregación del
agua contenida, es decir, el PCS se define con agua
líquida, y el PCI se define con un contenido de agua
en forma de vapor.
 Los PCI son sensiblemente inferiores a los PCS, y
son los que nos interesan a la hora de la realización
de los cálculos en el presente proyecto ya que en el
PCI se tiene en cuenta la cantidad de calor
necesaria para vaporizar el agua.

15. PLÁSTICO/PCI
 Los PCI de los plásticos que se utilizaron son los
siguientes:
PLÁSTICO/PCI
Polietileno Tereftalato (PET): 6.280 Kcal/Kg
Polietileno de alta densidad (PEAD): 10.400 Kcal/Kg
Cloruro de Polivinilo (PVC): 5.000 Kcal/Kg
Polietileno de baja densidad (PEBD): 10.300 Kcal/Kg
Polipropileno (PP): 11.000 Kcal/Kg
Poliestireno (PS): 10.000 Kcal/Kg

16. GASIFICACIÓN DE PLÁSTICOS
 Es el conjunto de reacciones termoquímicas, que se
producen en un ambiente pobre en oxígeno, y que
da como resultado la transformación de un sólido,
en este caso residuos plásticos, en una serie de
gases susceptibles de ser utilizados en una caldera,
turbina o en un motor, tras ser debidamente
acondicionados.

17. ETAPAS Y REACCIONES DE LA
GASIFICACIÓN
1. Calentamiento hasta 100 °C: Secado por
evaporación
2. Pirólisis (ruptura por calor) de moléculas grandes.
3. En reactores tipo updraft, es la reducción por
combinación de vapor de agua con el dióxido de
carbono que viene arrastrando la corriente.
4. Oxidación de la fracción carbonosa de la biomasa
al entrar en contacto con el agente gasificante
(aire, oxígeno o vapor de agua).

18. Etapas de reacción en el sentido del agente
gasificante
 Oxidación parcial del residuo carbonoso y caliente de los
RSU, elevando mucho su temperatura, ya que las
reacciones de oxidación son exotérmicas.
 En la zona de reducción, la falta de oxígeno unida a la
disponibilidad de carbono, CO2 y vapor de agua, hace
que se produzca una recombinación hacia hidrógeno
molecular y monóxido de carbono.
 La tercera etapa en el sentido del gas es la pirólisis en la
que, por efecto del calor, los componentes más ligeros
de los RSU se rompen y se convierten en gas,
uniéndose a la corriente.
 Por último, los gases calientes evaporan el agua
contenida en los RSU entrantes.

19. Agentes gasificantes
 Si se gasifica con aire, parte de los residuos
plásticos procesados se quema con el oxígeno
presente y el resto sufre la reducción. No obstante,
el 50% del gas de síntesis es nitrógeno. Este gas de
síntesis es apropiado para motores de combustión
interna convencionales, ya que como materia prima
para la síntesis del metanol es un gas pobre.

20. Agentes gasificantes
 La gasificación con vapor de agua u oxígeno,
mejoran el rendimiento global y aumenta la
proporción de hidrógeno en el gas de síntesis. Es el
sistema más adecuado de producir gas de síntesis
si se desea emplearlo como materia prima para
producir metanol o gasolina sintética. Si bien el aire
es gratuito y el vapor de agua se produce a partir del
calor contenido en el gas de síntesis, el oxígeno
tiene un coste energético y económico a tener en
cuenta.

21. Agentes gasificantes
 La utilización de hidrógeno como agente gasificante
permite obtener un gas de síntesis que puede
sustituir al gas natural, pues puede alcanzar un
poder calorífico de 30 MJ/kg. No obstante, el
hidrógeno es el mejor de los combustibles,
susceptible de usarse en cualquier dispositivo
termoquímico o electroquímico, por lo que no es
muy recomendable como gasificante en el ámbito
industrial, excepto en los casos de excedentes de
baja pureza, no aptos para otra aplicación como una
pila de combustible.

22. CATALIZADORES
 Dependiendo de la tecnología que se emplea, y de las
condiciones de gasificación (relación
residuos/gasificante, tiempo de residencia, etc.) se
pueden usar catalizadores para inducir ciertas
reacciones y que se produzca prioritariamente algún
componente:
 Catalizadores de reformado de níquel o cobalto,
gasificando a menos de 550 °C facilitan el craqueo de las
fracciones pesadas, es decir, la reducción de la
formación de alquitranes.
 Catalizadores basados en zeolita y dolomía reducen la
temperatura de craqueo de 1.100 oC a 800-900 oC, es
decir, que permiten trabajar a menor temperatura en la
zona de reducción.
Si se quiere facilitar la formación de monóxido de
carbono e hidrógeno, se deben utilizar catalizadores de
níquel y cobalto, trabajando entre 700 y 800 °C en la
zona de reducción.

23. REACTORES
 La de lecho móvil que, a su vez, se subdivide
dependiendo del sentido relativo de las corrientes de
combustible (residuos plásticos) y agente
gasificante.
 La de lecho fluidizado, en la que el agente
gasificante mantiene en suspensión a un inerte y al
combustible, hasta que las partículas de éste se
gasifican y convierten en cenizas volátiles y son
arrastradas por la corriente del gas de síntesis.

24. VENTAJAS DEL PROCESO – INNOVACIÓN
 Además de sustituir a combustibles ligeros de origen
fósil, la gasificación permite obtener altos
rendimientos eléctricos a partir de biomasa y
residuos sólidos urbanos, cuestión ésta muy difícil
mediante combustión directa para generación de
vapor y posterior expansión de éste en un turbo
alternador.
 Mediante la gasificación se pueden obtener
rendimientos eléctricos de hasta un 30-32%
mediante el uso de motogeneradores accionados
por el gas de síntesis obtenido, mientras que con un
ciclo de Rankine convencional simple las fracciones
rondan un 22% de rendimiento eléctrico.

25. PROCESOS DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA, A PARTIR DE GASES
1. Turbina de gas.
2. Caldera y turbina de vapor
3. Motor de combustión interna alternativo.

26. ALTERNATIVA SELECCIONADA
 La opción elegida para la producción de energía
eléctrica a partir del gas de síntesis generado en el
proceso de gasificación será la instalación de quince
motores de combustión interna alternativos que
utilizarán como combustible este gas de síntesis.
Los motores tendrían una potencia eléctrica de 710
Kw, obteniendo con la instalación de los quince
motores una potencia eléctrica total de 10,65 Mw.

27. PARCELA

28. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN
 Planta de recogida y tratamiento de residuos
plásticos
 Planta de gasificación
 Planta de generación de energía eléctrica

29. PLANTA DE RECOGIDA Y TRATAMIENTO
DE RESIDUOS
 Esta planta será la encargada de recepcionar,
almacenar y tratar los residuos plásticos para su
posterior introducción en el gasificador. La planta
estará formada por una nave de 3300 m2 con
capacidad para almacenar reservas de residuos
plásticos para quince días de operación de la planta
de gasificación y la de producción de electricidad, es
decir, 1290 Tn de residuo.

30. PLANTA DE GASIFICACIÓN
 En esta parte de la central se instalará el gasificador
y la zona de limpieza del gas producido en el mismo
para poder ser introducido en los motores de
combustión interna alternativa para la producción de
energía eléctrica.

31. PLANTA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA
 La planta de generación eléctrica estará formada por
una nave de 750 m2 en la que se instalarán los
quince motores de combustión interna
alternativa acoplados a sus correspondientes
generadores.
 Contará también con una zona para el tratamiento
de las emisiones en forma de gases de escape de
los motores, así como el sistema de refrigeración de
los mismos.

32. PROBLEMAS AMBIENTALES
Emisión de gases a la atmósfera: gases
provenientes de la combustión de los motores y su
composición:
 Óxidos de nitrógeno (NOx)
 Monóxido de carbono (CO)
Emisiones acústicas: Debido a la acción de los
motores
Emisiones de fluidos: las producidas por el agua de
refrigeración para el procesos de gasificación y para
los

33. Los óxidos de nitrógeno
 Los óxidos de nitrógeno son una mezcla de gases
compuestos de nitrógeno y oxígeno. El monóxido de
nitrógeno y el dióxido de nitrógeno constituyen dos
de los óxidos de nitrógeno más importantes
toxicológicamente; ninguno de los dos son
inflamables y son incoloros a pardo en apariencia a
temperatura ambiente.

34. Efectos de los óxidos de nitrógeno
 La reacción del dióxido de nitrógeno con sustancias
químicas producidas por la luz solar lleva a la formación
de ácido nítrico, el principal constituyente de la lluvia
ácida. El dióxido de nitrógeno reacciona con la luz solar,
lo cual lleva a la formación de ozono y smog en el aire
que respiramos.
 Pequeñas cantidades de óxidos de nitrógeno pueden
evaporarse desde el agua, pero la mayor parte
reaccionará con el agua formando ácido nítrico.
 Cuando se liberan al suelo, pequeñas cantidades de
óxidos de nitrógeno pueden evaporarse al aire. Sin
embargo, la mayor parte será convertida en ácido nítrico
u otros compuestos.

35. Efectos del monóxido de carbono
 El monóxido de carbono es considerado uno de los
mayores contaminantes de la atmósfera terrestre.
Sus principales fuentes productoras responsables
de aproximadamente 80% de las emisiones, son los
vehículos automotores que utilizan como
combustible gasolina o diesel y los procesos
industriales que utilizan compuestos del carbono.
Esta sustancia es bien conocida por su toxicidad
para el ser humano. Sus efectos tóxicos agudos
incluida la muerte han sido estudiados ampliamente;
sin embargo, sus potenciales efectos adversos a
largo plazo son poco conocidos (Téllez et al, 2006).

36.  El plástico es un material de innegable utilidad
presente en infinidad de productos de uso cotidiano,
pero sumado al consumismo y la cultura del uso y
desecho, hacen que la generación de residuos
ocurra de manera masiva y continua. Además, los
plásticos tienen un extenso tiempo de degradación
(entre 100 y 1000 años), lo que genera que no se
reincorporen fácilmente a los ciclos naturales,
permaneciendo por largos periodos y afectando de
diferentes maneras los lugares donde quedan
dispuestos (Téllez, 2012).

37. En Colombia…
 El cálculo de materiales plásticos que se están
aprovechando alcanzó la cifra de 209.655 toneladas
anuales que corresponden al 27,5% del consumo
aparente de resinas plásticas vírgenes consumidas
en el país. Aunque ACOPLASTICOS estima que el
nivel de recuperación de consumo aparente es del
55%, esta cifra se considera excesivamente alta
dado el carácter básicamente microempresarial de
las empresas transformadoras que no estarían en
capacidad de utilizar tanto material
(Aproximadamente 472.245 toneladas, el 55% de
consumo aparente de plásticos en 2009) (Aluna
Consultores Limitada, 2011).

38. Innovación
 Buscar alternativas de energía en un mundo que ha
venido dependiendo de materiales fósiles, los cuales
resultan ser altamente contaminantes, es una de las
salidas que la humanidad tendría para satisfacer en
parte sus necesidades energéticas.
 Los plásticos que se derivan también del petróleo,
podrían considerarse agotables. Sin embargo, en la
actualidad sus usos son amplios y variados y
generalmente no se tiene conciencia para reducir su uso
y llevar acabo una separación y gestión integral, por ello
se debe incurrir en métodos que permitan su
recuperación.
 Se lograría disminuir el impacto negativo de los
diferentes plásticos sobre el agua, el suelo, el ser
humano y demás formas de vida.

39. Bibliografía
 Téllez, J., Rodríguez, A., & Fajardo, Á. (2006).
Contaminación por Monóxido de Carbono: un
Problema de Salud Ambiental. Salud pública , 108-
117.
 La complejidad de la problemática ambiental de los
residuos plásticos: Una aproximación al análisis
narrativo de política pública en Bogotá. Alejandra
Téllez Maldonado (2012).
 Aproximación al mercado de reciclables y las
experiencias significativas, Aluna consultores
limitada, 2011.