Valorización de subproductos en la gestión municipal - Xavier Elias - Conexión Reciclado Día: Lunes 4 de abril Horario: 10:00 a 12:00hs Lugar: Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de La Plata |Edificio Central, Calle 1 y 47| La Plata

1. VALORIZACIÓN DE
SUBPRODUCTOS: CASOS
EXITOSOS NACIONALES E
INTERNACIONALES.
Dr. Xavier Elias Castells.
Consultor Internacional
Ex director de la Bolsa de Subproductos de
Catalunya.
La Plata, 4 de abril de 2016

2. VALORIZACIÓN DE
SUBPRODUCTOS: CASOS
EXITOSOS NACIONALES E
INTERNACIONALES.
1ª Parte. Residuos Industriales.
2ª Parte. Residuos Urbanos.
Residuos, Subproductos o
Recursos?

3. PRINCIPIOS DE LA ECONOMÍA
LINEAL
Nutrientes tecnológicos
DESARROLLO
SOSTENIBLE
Contaminación aguas
Gases de efecto
invernadero
PROMOVER CRITERIOS
DE SOSTENIBILIDAD
Agotamiento recursos Contaminación
Reducción de gases de
efecto invernadero.
Promover una economía
baja en carbono.
Reducir la contaminación de
aguas, suelos, ..
ECONOMÍA LINEAL

4. La Bolsa de Subproductos es una herramienta
para potenciar la Economía Circular.
En un futuro deben incluirse criterios de
economía circular en las autorizaciones de
actividad así como en la contratación pública.
LA BOLSA DE SUBPRODUCTOS
COMO PARADIGMA DE LA
MODERNA ECONOMÍA
CIRCULAR
residuo
Valorización
cerámica
Nuevo
material
consumo

5. 5
INCINERACIÓN Y RECICLAJE.
Tal y como muestra el gráfico, los países
europeos que mas incineran son también los que
mas reciclan.
La Directiva marco de residuos 98/2008 en su
articulo 11 fija, para 2020, un 50% de reciclaje y
reutilización de los RSU. Con la fracción resto lo
mas aconsejable es la valorización energética.
Incineración
Vertido
Reciclado
Compostado

6. MODALIDADES DEL WtE (Waste
to Energy).
El Waste to Energy permite sistemas directos (si
el RSU es combustible) o indirectos.
Residuos Sólidos Urbanos
Sistemas de WtE
Electricidad
Calor y/o frío
CSR
CDR
PROCESO
CATALÍTICO
Electricidad
Gasóleo
Combustible líquido
Combustible
(sustituto carbón)
Combustible
(sustituto
carbón)
Bio
alcoholes

7. La energía embebida en los procesos
de valorización.
Tecnologías adecuadas para la
valorización de residuos. Ejemplos.

8. LOS SMART-MATERIALES
La fabricación de materiales de construcción
está unido a la eficiencia energética en la
vivienda.
MATERIALES
RECICLAJE
Materiales modificados
Disminución
residuos
ENERGÍA
Materias primas vírgenes
Residuos (materiales recuperados)
Energía embebida
Propiedades térmicas
Materiales con baja
Huella de carbono
“SMART-MATERIALES”
Consecuencias: “Smart-cities”
Ahorro de
energía
Eficiencia energética
En la edificación
Disminución del efecto
“isla de calor” 8

9. LOS MATERIALES EN CLAVE DE
CONSUMO Y RECURSOS
Desde el punto de vista del impacto ambiental y
energético, los materiales de construcción
podrían clasificarse según procedan de:
• MINERÍA METÁLICA
• MINERÍA EXTRACTIVA NO METÁLICA
• MINERÍA ENERGÉTICA (Plásticos)
• RECURSOS FORESTALES
• RECICLAJE
93%
4%3%
9

10. QUE ES LA ENERGÍA EMBEBIDA
Es la energía involucrada en un material,
producto o elemento requerida para extraer y
procesar las materias primas, manufacturar el
producto y transportar el material y el producto
hasta su punto de uso.
10
Impactos ambientales

11. LA ENERGIA EMBEBIDA EN
FABRICACIÓN Y LA TOTAL EN
LOS MATERIALES CORRIENTES.
El gráfico siguiente muestra la diferencia (no
ponderada) de las energía embebidas en fabricación
y las finales cuando el material se halla en obra.
11
Material EE Fabricación
kWh/kg
EE total kWh/kg
Cerámica,
hormigón, vidrio
1,1 1,8
Poliméricos 19,5 43,8
Acero y aluminio 0,6 2,3

12. DISEÑO PARA EL RECICLAJE
La metodología de diseño para el reciclaje
incorpora criterios de reciclaje y recliclabilidad en
la fase de diseño de los materiales. Esta variable
no debe afectar a las propiedades del producto.
• Productos reciclados son los que se producen
con materiales reciclados.
• Productos recliclables son los que se fabrican
para ser reciclados al final de su vida útil (por
ejemplo se prescinde de materiales
peligrosos).
Ladrillos fabricados con lodos de EDAR 12

13. CUANTIFICACIÓN DE LAS FASES
AMORFAS POR TECNOLOGIAS Y
POSIBILIDADES DE RECICLAJE.
El gráfico muestra, en valores porcentuales, las
cantidades mínimas y máximas habituales en:
• Los materiales cerámicos
• El clínker
• El vidrio
0% 50% 100% 150%
Cerámica
Clinker
Vidrio
Máximo
Minimo
13

14. ECOBRICK. LADRILLO AISLANTE
FABRICADO CON FANGO DE
EDAR
El fango de EDAR contiene por término medio un 70
% de humedad y su fracción seca esta compuesta
por materia orgánica e inorgánica en proporciones
que dependen del proceso de tratamiento a que haya
sido sometido.
Durante la cocción los compuestos orgánicos del
fango: celulosa, lignina, grasas, microorganismos
patógenos, etc. se destruyen y en su lugar se crean
unos poros cerrados que darán lugar a sus
propiedades térmicas. Los componentes inorgánicos:
arcillas, tierras, metales pesados, etc. quedan
insertados en la matriz vítrea del cuerpo cerámico y,
por tanto, inertizados.

15. SUSTRATOS Y SOPORTES
En términos agrícolas un substrato es un
portador de nutriente. El caso mas conocido es
la turba.
El soporte es el acumulador de líquido. Para
acumular líquido es imprescindible una frondosa
estructura porosa .
Poro cerrado: a
Poro abierto: b, c, d, e, f

16. FABRICACIÓN DE SUSTRATOS
AGRÍCOLAS A PARTIR DE
RESIDUOS: PLÁSTICO CON FIBRA
DE VIDRIO.
La foto de la parte superior muestra la forma
física del substrato.
La foto inferior muestra el sustrato en el interior
de sacos y cultivando lechugas en el IRTA.

17. LAS MEZCLAS CON CEMENTO
Los adoquines “Lurgain”, son mezclas de cemento
con residuos que cumplen las UNE 127-015, de
resistencia mecánica y a la abrasión.
La densidad es de 2.300 kg/m3 y de colores.
17

18. RECICLADO DE LOS PLÁSTICOS
Reciclado mecánico
Lavado, triturado y extrusión (prensado). Tiene un coste
relativamente elevado.
Sirve para fabricar componentes para mobiliario urbano,
vallas, tuberías o material de embalaje.
Reciclado químico
Intenta reconvertir los plásticos en sus monómeros
originales. Se utilizan métodos térmicos de calentamiento
para romper los enlaces de las largas cadenas de
polímeros.
La gasificación y la hidrogenación son las que tienen mejor
futuro.
Reciclado energético
En la mayoría de países el sistema de valorización
energética es la incineración. En otros se usa como
combustible en las cementeras.

19. 19
DESPOLIMERIZACIÓN CATALÍTICA
A relativamente baja temperatura y con la ayuda
de catalizadores se obtienen resultados
aceptables (de residuos con mucho carbono).
Balance de masas
ENTRADA Neumaticos 1.000 kg/h
SALIDA Gasoil 600 l/h 534 kg/h
Coque 400 kg/h
Gases 66 kg/h
Pérdidas -
TOTAL 1.000 kg/h
Balance de energía
ENTRADA Neumaticos 8.843.000 kcal/h
SALIDA Gasoil 534 kg/h 5.340.000 kcal/h
Coque 400 kg/h 2.200.000 kcal/h
Gases 66 kg/h 330.000 kcal/h
Pérdidas 973.000 kcal/h
TOTAL 8.843.000 kcal/h

20. GOMA Y CAUCHO
Una vez triturado, el neumático puede añadirse
al firme de carretera bajo dos sistemas:
• Vía seca: con granulometría gruesa (máximo
1 mm). La goma substituye el árido (como
máximo de un 3% en peso).
• Vía húmeda: con tamaño muy fino (< 0,7 mm)
se añade a la fracción bituminosa. La cantidad
a añadir es del orden del 10% en peso sobre la
masa de betún.
También puede valorizarse como:
• Polvo seco para aplicaciones en tarimas,
baldosas, alfombras, etc.
• Pirólisis catalítica para petrogasoil.

21. Sistemas de valorización del vidrio
recuperado.
La vitrificación como sistema para la
valorización de residuos peligrosos.

22. LOS VITRIFICADOS
El proceso, de forma resumida, consiste en mezclar:
• Un formador de vidrio, el cuarzo es el más habitual, aún
que puede ser el boro o el fósforo.
• Un modificador del retículo, formado por el flujo fundente,
a los que pueden añadirse los metales pesados que se
desea inertizar.
El conjunto se echa en un horno que se calienta hasta
llegar a la fusión total. El enfriamiento brusco colapsa la
estructura vítrea y la convierte en un sólido inerte.
Una variante de este sistema es el "vitrificado in situ“.
Encapsulado
Vitrificado:
Unión físico-química
en la red vítrea
O
Al
Contaminante
SiK

23. OTRAS VÍAS DE RECICLAR
VIDRIOS
Fabricación de esferas reflectantes: Se trata de
unas microesferas de vidrio que se añaden a las
pinturas de señalización horizontal para aumentar el
poder reflectante por la noche.
Vidrio celular: Esta fabricado con vidrio y carbono y
contiene millones de burbujas atrapadas que
confieren propiedades de baja densidad y
aislamiento térmico.
Las “burbujas” se pueden obtener con residuos.
Es impenetrable por líquidos y vapores.

24. LOS RESIDUOS DE RAEE:
MONITORES DE PANTALLAS.
En 2014 cada europeo generó 18 kg/año y se
espera que en 2017 esta cifra casi se doble. La
normativa europea exige recuperar un mínimo
de 4 kg/persona y año.

25. VITRIFICACIÓN DE FANGOS DE
EDAR CON METALES PESADOS.
Los fangos de EDAR tienen alrededor del 35%
de materia inorgánica.
La caracterización de la fracción residual,
después de incinerar o gasificar es compatible
con los óxidos vitrificadores.
Se puede hacer grava y/o pavimento.

26. VITRIFICACIÓN DE POLVOS DE
MINERÍA CON ARSÉNICO.
La foto muestra una serie de baldosas
vitrificadas con polvos de arsénico. Éste está
inserto en la matriz química del silicato sin
ninguna posibilidad de lixiviar.
Es posible fabricar, como muestra la foto,
diferentes formatos y diversos acabados
superficiales.

27. TEJAS VITRIFICADAS CON
PROPIEDADES FV
La foto de la figura muestra un soporte de vidrio
sobre el que se ha aplicado un sustrato
conductor (Cu, Mo,…) por CPD (Chemical
Plasma Deposition).
Seguidamente se deposita la capa absorbedora:
el elemento activo dador de electrones (sales de
Cu, Se, S) u otra combinación (Sn, Sb, Cu).

28. VALORIZACIÓN DE LA
CASCARILLA DE ARROZ
Esta compuesta por celulosa, lignina y otros
compuestos orgánicos.
En algunas zonas se utiliza como combustible,
ya que tiene un poder calorífico del orden de las
3.500 Kcal/kg.
La combustión de la corteza de arroz produce
una media del 20% de cenizas con un gran
porvenir ya que es un claro sustituto, o aditivo,
del cemento en la formulación de hormigones.
Tienen propiedad puzolánica .
28

29. 2ª Parte
La gestión sostenible de
los RSU.
Los CDR (Combustibles
Derivados del Residuo).

30. PIB Y GENERACIÓN DE RSU
La generación del RSU es una función del PIB
per cápita en todo el mundo.
A medida que aumenta el PIB per cápita se
incrementa la generación de residuos.
0
200
400
600
800
Generación kg/ha año PIB per capita (€x100/año)

31. PIB CARACTERIZACIÓN DEL RSU
En el RSU pueden distinguirse tres fracciones
básicas que condicionan la gestión de los
mismos:
• Materia orgánica fermentable.
• Fracción combustible (envases y embalajes).
• Inertes y cenizas.
La gráfica muestra los valores en porcentaje
según el PIB per cápita en €/habitante y año
0 20 40 60 80
35000
24000
10000
5000
Fermentable Combustible Inertes

32. LOS MODELOS DE GESTIÓN DE
LOS RSU
Los modelos de gestión de RSU son:
• Recogida selectiva (modelo muy variable).
• Valorización energética (electricidad o calor).
• Vertido.
RECOGIDA SELECTIVA Fracciones recuperadas
RECICLAJE Fracción resto
VALORIZACIÓN ENERGÉTICA
INCINERACIÓN
Electricidad
Calor/frío
Fracción resto
GASIFICACIÓN
Biocarburante
Fracción resto
VERTIDO EN MASA
VERTEDEROS SEGUROS
VERTEDEROS PELIGROSOS

33. LA RECOGIDA SELECTIVA Y EL
RECICLAJE
RSU
30% Recogida selectiva
Recuperación
Fracción
resto
70% Recogida en masa/rechazo
Biosecado
/ Compost
Vertido
TRATAMIENTO
Fracción fermentable
Fracción resto
Valorización
energética
SELECCIÓN
En la UE, la tendencia en la gestión tiende a
aumentar la recogida selectiva. En Alemania se
ha llegado al 48% de valorización.

34. LAS VIAS DE TRATAMIENTO DE
LOS RSU
El tratamiento de los RSU se halla íntimamente
relacionado con su caracterización.
En la UE esta prohibido verter o incinerar los
RSU sin tratamiento previo.
Cantidad mayoritaria
de fermentable
Cantidad mayoritaria
de combustible
Relleno
sanitario
Digestores
anaerobios
Solución
Avanzada
CSR- Bioalcoholes
Recogida
selectiva
Soluciones
Avanzadas
CDR-Bioalcoholes
Incineración

35. LOS TRATAMIENTOS
MECÁNICOS – BIOLÓGICOS
(MBT).
RSU
CLASIFICACIÓN MECÁNICA
Metales
CDR:
Plásticos y
papeles
Fermentables
Rechazo > 50%
DIGESTIÓN
ANAEROBIA
Biogás Lodos
Compost de
Mala calidad
Bioestabilizado

36. LOS TRATAMIENTOS
BIOLÓGICOS - MECÁNICOS.
RSU
Predigestión aerobia
Metales
CDR:
Plásticos
Rechazo < 10%
CLASIFICACIÓN MECÁNICA
CSR:
Fibra
CSR
PCI: 3.100 kcal/kg
Humedad < 15%
Densidad: 200 kg/m3
CDR
PCI: 5.500 kcal/kg
Humedad < 15%
Densidad: 100 kg/m3

37. ESCENARIOS DE VALORIZACIÓN
DE LA FRACCIÓN
“FERMENTABLE”.
La fracción fermentable y lignocelulósica, una
vez ha sido sometida a la predigestión aeróbia,
tiene diversas opciones de valorización.
CSR verde
Secado
Coque
Catálisis
pirolítica
Gasóleo
Electricidad
Materia
prima
cerámica
Combustible
Fibra para
Papel/cartón
CSR – Verde
PCI: 3.100 kcal/kg
Humedad : 20%
Densidad: 200 kg/m3
Impropios: 5% a 15%

38. FABRICACIÓN DE LADRILLOS
AISLANTES Y DE BAJA HUELLA
DE CARBONO
Con la introducción de CSR en la masa arcillosa
se logra un material mas ligero (20%) y aislante.
Si, además, se emplea este CSR como
combustible, la huella de carbono es,
prácticamente, nula.
Densidad % CSR
Kg/m3
2.025 0%
1.930 2,5%
1.745 5,5%
1.635 8,0%

39. OPCIONES DE VALORIZACIÓN
DE LA FRACCIÓN NO
FERMENTABLE
La fracción no fermentable, constituida por
plásticos y textiles, una vez seca y triturada,
puede tener las siguientes aplicaciones.
CDR
Secado
Coque
Despolimerización
catalítica
Gasóleo
Electricidad
Combustible
CDR
PCI: 5.800 kcal/kg
Humedad : 20 %
Densidad: 100 kg/m3

40. EMPLEO DE CDR COMO
COMBUSTIBLE.
La tabla muestra los porcentajes de sustitución
de combustibles fósiles por CDR en los
principales países europeos. Los datos,
promediados, hacen referencia al período 2006-
2011.

41. La valorización energética y los
sistemas de conversión de la
materia orgánica.
Exigencias de rendimiento de la
UE (Directiva 89/2008).

42. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE
LA INCINERACIÓN
El esquema de la figura muestra el rendimiento
térmico de una instalación de incineración.
Admitiendo que el rendimiento del conjunto
horno-caldera es del 85 % y el de turbina vapor-
alternador del 20/22 %, el conjunto arroja un
rendimiento global próximo al 18/20%, si la
potencia es superior a 10 MW, de lo contrario los
rendimientos bajan mucho.
El problema mas significativo es la condensación
del vapor que absorbe, aproximadamente el 75%
de la energía del vapor.
INCINERADORA100 kW CALDERA 15 kW
85 kW
21 kW
Si > 10 MW
24 kW
Vapor
64 kW

43. ORC: EL CICLO ORGÁNICO DE
RANKINE
Está pensado para generar energía eléctrica a
partir de fuentes de calor residuales a baja
temperatura.
El vapor que hace girar la turbina no es agua
sino un hidrocarburo.
A bajas potencias presenta mejores rendimientos
que la turbina de vapor.
El funcionamiento es mas seguro (menos
averías).
INCINERADORA100 kW INTERCAMBIADOR
(Gas – Aire)
15 kW
85 kW
13 kW
39 kW
Aire
INTERCAMBIADOR
(Aire-Agua
sobrecalentada)
Grupo
OCR
Calor
Condensador
33 kW

44. DESPOLIMERIZACIÓN
CATALÍTICA
La temperatura rompe los largos enlaces
poliméricos y con la ayuda de un catalizador se
descompone, en ausencia de aire, en los
componentes básicos:
• Gases (hidrocarburos incondensables).
• Vapores condensables (gasóleos).
• Coque: fracción sólida.
Coque
Despolimerización
pirolítica
Gasóleo
MOTOR
Electricidad
CDR
(polímeros)
Gases
100 kW
Pérdidas
Pérdidas
55 kW 27 kW
6 kW12 kW
21 kW
55 kW
15 kW
6 kW Agua
refrigeración
Gses
13 kW

45. RENDIMIENTO ELÉCTRICO DE LA
GASIFICACIÓN.
El material a gasificar debe ser razonablemente
homogéneo.
El gas de síntesis debe entrar frío y libre de
alquitranes en el motor.
GASIFICACIÓN
MOTOR
Electricidad
RESIDUOS
Escorias
100 kW
Pérdidas
1 kW
26 kW
75 kW
24 kW
3 kW Agua
refrigeración
Gses
22 kW
Gas de sintesis
Lavado y enfriado

46. RENDIMIENTOS EN FUNCIÓN DE
LA POTENCIA
Se supone que la energía entrada al sistema es
la misma: Los parámetros de referencia son:
• Turbina vapor: Temperatura vapor de 350ºC.
• ORC. Temperatura agua sobrecalentada
160ºC.
• Motor gas vertedero. Rendimiento motor 35%.
Rendimiento tasa recuperación: 10%.
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
200 1200 2200 3200 4200 5200 6200 7200 8200 9200
Rendimiento
Potencia en kW
Rendimiento eléctrico según potencia
Turbina vapor Grupo ORC Landfill gas

47. POSIBILIDADES DE UTILIZACIÓN
FINAL DEL GAS DE SÍNTESIS
El objetivo último de un proceso de conversión
energético es transformar el residuo orgánico en
energía.
La etapa final del proceso de gasificación es la
obtención de un gas de síntesis. A partir de él las
posibilidades de transformación energética son
las indicadas en el esquema siguiente.
Compresor
Gasificador
quemador
RESIDUO
CALDERA +
TURBINA VAPOR
CALDERA
Energía
térmica
BIOCARBURANTES
2ª GENERACIÓN
MOTOR TURBINA DE GAS
+
(TURBINA VAPOR)
ACONDICIONAMIENTO
DE LOS GASES

48. OTRAS ALTERNATIVAS PARA
LOS RSU
El proceso desarrollado por ENERKEM, consiste
en:
• Clasificación y trituración (recuperación de
materiales reciclables) y secado.
• Gasificación de la fracción resto.
• Tratamiento del gas de síntesis.
• Síntesis del etanol.
El producto final, el etanol, se usa para las
gasolinas oxigenadas.

49. COMBUSTIBLES DE SEGUNDA
GENERACIÓN.
A partir del típico CDR (ver análisis elemental),
se genera un gas de síntesis para obtener
metanol y/o etanol.
CDR % peso
C 52,0%
H 7,3%
O 32,3%
N 0,9%
S 0,2%
Cl 0,5%
Inertes 6,9%
TOTAL 100,0%
Humedad 15,0%
GASIFICACIÓN
CH3OH 450 l/t CDR seco
H2O pura
CO2
NH4
Char e inertes
El uso de combustible
elaborado a partir de RSU
permitirá reducir más de un
80% las emisiones a la
atmósfera.
American Airlines

50. CONCEPTO DE BIORREFINERIA.
En Westburry (Canadá), ENERKEM ha
construido una planta para la producción de
metanol a partir de diversas materias residuales:
• Madera creosotada.
• CDR
En Edmonton una planta
Para 15 t/h de CDR
50

51. DEMANDA DE METANOL
La demanda de metanol en el mundo sigue
creciendo. El destino para carburantes es solo
del 33%.
Se espera que en 2020 se alcancen los 100
millones de toneladas.
51

52. Residuos y subproductos.

53. SUBPRODUCTOS
Artículo 5 Directiva 2008/98/EC
Se reconoce que una materia resultante de un
proceso industrial, no sea considerada residuo
sino subproducto si cumple las siguientes
condiciones:
a) es seguro que la sustancia u objeto va a ser
utilizado ulteriormente;
b) la sustancia u objeto puede utilizarse
directamente sin tener que someterse a una
transformación ulterior distinta de la práctica
industrial normal;
c) la sustancia u objeto se produce como parte
integrante de un proceso de producción; y
d) el uso ulterior es legal, es decir la sustancia u
objeto cumple todos los requisitos pertinentes
para la aplicación específica relativos a los
productos y a la protección del medio ambiente y
de la salud, y no producirá impactos generales
adversos para el medio ambiente o la salud
humana.

54. FIN DE LA CONDICIÓN DE RESIDUO
Artículo 6 Directiva 2008/98/EC
1. Determinados residuos específicos dejarán
de ser residuos, en el sentido en que se definen
en el artículo 3, punto 1, cuando hayan sido
sometidos a una operación, incluido el reciclado,
de valorización y cumplan los criterios
específicos que se elaboren, con arreglo a las
condiciones siguientes:
a) la sustancia u objeto se usa normalmente
para finalidades específicas;
b) existe un mercado o una demanda para
dicha sustancia u objeto;
c) la sustancia u objeto satisface los
requisitos técnicos para las finalidades
específicas, y cumple la legislación existente y
las normas aplicables a los productos; y
d) el uso de la sustancia u objeto no
generará impactos adversos globales para el
medio ambiente o la salud.
Los criterios incluirán valores límite para las
sustancias contaminantes cuando sea necesario
y deberán tener en cuenta todo posible efecto
medioambiental nocivo de la sustancia u objeto.

55. Conclusiones:
La Bolsa de Subproductos y las
nuevas tecnología aportan muchas
herramientas para optimizar la
gestión de los residuos.
La economía circular debe ser el
principio para la sostenibilidad en la
gestión de los residuos.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
xelias@econotermia.com