Este documento describe un proceso para convertir residuos en gas de síntesis utilizando plasma. El plasma permite descomponer los residuos a altas temperaturas para recombinarlos en moléculas simples como hidrógeno, monóxido de carbono y metano. Esto produce un gas de síntesis limpio y convertible en energía. El proceso ha sido probado en plantas piloto y demostrativas y ofrece una alternativa ecológica para la gestión de residuos con recuperación energética.

1. Como convertir residuos
en gas de síntesis,
utilizando el PLASMA
Jordi Gallego
Consejero, Director General
HERA Holding

2. Tuvimos un sueño
&
Pensando que podíamos hacer con los
residuos...

3. Un sueño que consistía en
encontrar un sistema de
tratamiento de residuos que ...
No generara otros residuos (cenizas volátiles,
RP...)
Minimizara las emisiones
Fuera una entrada excelente, y no se basara en
la corrección end-of-pipe ni en la disolución.
Tuviera máxima eficiencia e ingreso energético
Descentralizase la gestión en el territorio (viable
a pequeña escala)
Y que hiciera énfasis en el aspecto medio
ambiental

4. Y encontramos la
solución...
En las estrellas de
donde venimos:
EL PLASMA

5. EL PLASMA
Una manera nueva,
limpia y eficiente de
producir energía…,
de los residuos!!

6. De qué plasmas no hablamos?
De los componentes sanguíneos,
De las pantallas de televisión,
De los futuros sistemas de propulsión
espacial
De tecnologías de corte de metales y de
recubrimientos superficiales
...ni tampoco de los¨tíos plasmas¨

7. Qué es el plasma?
El cuarto estado de la materia
gas ionizado.

8. Lo encontramos en la naturaleza…
El gas ionizado y alta
temperatura es capaz de conducir
la electricidad ...
Y el rayo es el ejemplo más claro
que nos proporciona la naturaleza

9. Pero…
como se llega industrialmente al
estado de plasma?
Con las antorchas de plasma

10. Antorchas de plasma:
Un “caudal” de energía controlable a nuestra disposición
en ellas se genera un arco eléctrico que calienta un
gas hasta el estado de plasma.
Permiten obtener temperaturas extremas
(3000-20.000º )

11. En qué consiste la atomización de residuos
mediante plasma? (1)
En…
romper las moléculas de los residuos dentro de un conversor, a
muy alta temperatura, en un ambiente altamente pirolítico y
catalizador, consiguiendo su recombinación en forma de gas
de síntesis

12. En qué consiste la atomización de residuos
mediante plasma? (2)
El arco de plasma (“penacho”) es también una fuente de
radiación ultravioleta (U.V.)
Alta temperatura y radiación U.V. aportan la energía suficiente
para romper los enlaces moleculares de cualquier residuo, la
ausencia de oxígeno evita la combustión o reacciones
secundarias.
La temperatura se controla externamente mediante la inyección
de gas plasmógeno ionizado (vapor de agua)

13. El efecto de la antorcha de
plasma sobre los residuos
Ø
~ 8,000-20000 ºC en el
centro de la pluma, de
3000-8000ºC en la zona
central y de 1200- 1500ºC
en los puntos más fríos
Ø
Ambiente UV catalítico e
ionizado
Ø
Descomposición de la
materia hasta el estado
atómico,
Ø
Conservando la entalpía en
el singás y ganando el calor
sensible.
VITRIFICAR EN COMPTES D’ENCAPSULAR
Ø
Recombinación en
moléculas simples (non
-polluting & desentropic)

14. Proceso interno en el reactor:
disociación y reciclaje de moléculas
La elevada temperatura y las tasas de transferencia de calor de
las antorchas , (T^4) hacen que:
1) todos los materiales orgánicos se transformen
instantáneamente en su forma elemental
recombinación en moléculas simples (H2, CO, CH4,…)
2)Los inorgánicos -> pasen a estado líquido-vitrocerámica

15. 15
Desintegración
molecular catalítica
mediante plasma

16. El efecto de la aportación de energía y
UV con la antorcha de plasma:
Una atomización catalítica-pirolítica

17. El GAS DE SINTESIS
(syngas SG)
un producto
convertible en:
trabajo mecánico,
SNG, GTL,
Metanol, H2,
y...
energía eléctrica

18. El Gas de síntesis:
un viejo conocido…
el viejo “gas ciudad” o “gas de agua”

19. Actualmente el Gas de síntesis:
se ha convertido en un nuevo producto...
Resultado de la “nano-cirurgía” de los enlaces moleculares de los materiales
convertidos por su Up-Cycling (una vez acondicionado de los elementos
impropios)
“Feedstock recycling”: s/FrameWork Directive no es reciclaje si el destino es
energético –a pesar de que puede ser mejor, ambientalmente y
económicamente.

20. Como producir gas de síntesis?
1
Termo-gasificación convencional, para compuestos homogéneos y simples
(biomasa)auto-térmica (donde no es necesario añadir energía, porque hay
una reacción exotérmica que alimenta la endotérmica)
2
Termo-gasificación con plasma, endotérmica con aportación energética
externa, para una reacción extrema y controlada, con residuos más
heterogéneos
C + H2O
->
H2 + CO

21. Aplicaciones del gas de síntesis (GS)

22. 22
Los materiales
inorgánicos…,
formaran las
vitrocerámicas

23. El material inorgánico (no volátil) cae al fondo del
reactor donde se funde y pasa a estado líquido…

24. … formando al enfriarse
la masa vitrocerámica

25. Vitrocerámicas: materiales con aplicaciones

26. Cuando la vitrocerámica..
es un material valioso…

27. La conversión con
plasma:
una pieza en el sistema de gestión de los residuos

28. La conversión con plasma:
una pieza en el sistema de gestión de los residuos
Desde el punto de vista del ACV (análisis del ciclo de vida) no es
óptimo aplicar el plasma indiscriminadamente
No puede obviar la recogida selectiva
Ni los tratamientos mecánicos para aumentar los reciclajes
materiales…
Ni la gestión diferenciada de una materia orgánica bien
escogida…
ergo,…
NO ES LA PANACEA PARA TODO !

29. La conversión con plasma (2):
una pieza en el sistema de gestión de los
residuos
Ruta innovadora
Els cicles de la recuperació

30. La conversión con plasma (3): :
una pieza en el sistema de gestión de los residuos
Pero es la MTD para al CSR de rechazo de ecoparque:
Residuo cero
Recuperación absoluta tipo RF homologado y muy eficiente
Emisiones ultra limpias ciclo combinado, sin chimenea ni post-lavado
Gran crédito por mitigación de CO2

31. La conversión con plasma (4):
una pieza en el sistema de gestión de los residuos

32. La conversión con plasma (5):
una pieza en el sistema de gestión de los residuos
BIOGAS VS SINGAS:
UNA CUESTIÓN DE ADECUACIÓN EFICIENTE AL
RESIDUO
§ la Materia Orgánica Fermentable y no Fermentable
§ Humedad: dejada, arrastrada y reaccionada (en gas de agua o
metal)
§ Inertes: dejados en digestazo o cenizas/vitrificadas

33. Biogasificaci
ón
Berlín
DA 30.000 t/a biowaste
BIOGÁS
&
Termogasificación
Ottawa
30.000 t/a Rechazo RSU
SYNGAS

34. La termogasificación
fiable y eficiente del
rechazo de
ecoparque …
El reto

35. La termogasificación del rechazo de
Ecoparque:
EL RETO
Punto de partida:
Un residuo con una alta variabilidad en su composición
fuerte entropía
Punto de llegada:
Un gas de síntesis (SG) estable en contenido i flujo
desentropización
eficiente y fiable

36. 36
Con elementos de
arqueología…
industrial no lo
podremos
hacer…

37. La clave para que el proceso sea eficiente:
“3 concept zone…”

38. La clave para que el proceso sea fiable:
… un sistema inteligente para controlar el
proceso de termogasificación con plasma
Real-time product gas analysis
Data indicates variations from
standard
Software determines required
adjustments
Digital signals sent to system
controls
Key operating elements
adjusted
Minutes of output mixed before
use

39. La clave para que el proceso sea ambientalmente
positivo :
“… todo el flujo gaseoso se convierte en syngas…,

40. 40
Un proceso de
innovación hecho
paso a paso y en
equipo…

41. Un proceso de ecoinnovación hecho paso
a paso: Los fundamentos
Una visión:
convertir de manera eco eficiente los residuos en nuevos recursos
Mucha paciencia, ilusión y esfuerzo:
Tecnología básica desarrollada en los 70 en el ámbito aeroespacial
Cinco años para dar el salto de una ciencia madura (20 años) a una realidad
técnica industrial y empresarial
Inversión realizada: +50 MM
Un accionariado adecuado para un proyecto global:
HERA PLASCO
Una realidad empresarial Hispano-canadiense
Co-desarrollo tecnológico

42. Un proceso de ecoinovación hecho paso a paso (2):
Simulador del proceso de atomización
NRC HYSYS PLATAFORMA DE SIMULACIÓN
Entradas
Tipo de residuo
Composición química
Características termoquímicas
Porcentaje de humedad
Ratio de alimentación
Aditivos
Salidas
SIMULADOR
DEL PROCESO
DE ATOMIZACIÓN
CON PLASMA
Proceso interactivo de optimización
Planta y residuos específicos
Maximización de la energía recuperada
Minimización de las emisiones
Minimización del capital de O y M
Características de operación
Rendimiento alcanzado
Características de diseño
Características del gas producido
Niveles de emisión
Energía recuperable
Subproductos
Diseño óptimo económico

43. Un proceso de ecoinnovación hecho paso a paso (3):
Modelización T y cinemática en el interior reactor

44. Un proceso de ecoinovación hecho paso a paso(4):
una planta piloto de pruebas y calibración
HERA Plasma
Castellgalí, España

45. Pruebas de obtención de gas de síntesis
en la planta piloto
Tipo de residuos tratados
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Residuos urbanos
Residuos sanitarios
Escorias de la fabricación de
aluminio
Materiales que contienen amianto
Rechazo de la industria papelera
Automóvil, Fibra
Suelos contaminantes
Lotes industriales
Biomasa
•
•
•
•
•
•
•
Goma de neumático
Cocaína
Residuos con alto contenido en metales
Fluorescentes
Residuos de la industria de explosivos
Residuos industriales peligrosos
- PCB
Cenizas de incineradora

46. Un proceso de ecoinnovación hecho paso a paso (5) :
Una planta industrial de demostración
Trial road
( Ottawa, Canada)

47. TRIAL ROAD
(Ottawa, Canada)
Planta de tratamiento de rechazo de RSUs.
miento
Capacidad: 85-100 toneladas/día
100
a
Superficie : 2 Ha
a
Energía neta producida: 4 MW
oducida:
(conexión a la red, pudiendo abastecer el equivalente a 3.600
hogares)

48. TRIAL ROAD,
en construcción a –30º C !

49. TRIAL ROAD:
sistema de control del proceso de termogasificación con
plasma

50. TRIAL ROAD
Una planta con 2 instalaciones diferenciadas:
1
Conversión del residuo en gas de
síntesis y acondicionamiento
2
Transformación del gas de
síntesis en vector eléctrico

51. Las plantas del futuro
Planta de Los Ángeles (EEUU)
Propuesta finalista
&

52. Balance de masas
1 tn de residuo
150 Kg. vitrocerámica
763 l agua/vapor
5 Kg. de azufre
1,3 Kg. metales y partículas

53. Planta comercial tipo
Capacidad: 68.000 t/año de rechazo de RSU
Energía neta: 12083 Kw.
2 bar
Generación
Combined
BALANCE ENERGÉTICO OTTAWA 225Tn/DÍA Neta de energía 12083 kW
Energy
supplied
Cycle
Turbine
Waste
9,375 Tn/h
2543 kW
Plasma
Generator
1406 kW
Other
equipment
1406 kW
Condesed
to boilers
17 bar 204ºC
Syngas
recovery
boiler
Cyclone
Gas
cleaning
system
Engine
Escape
Steam
Smoke
recovery
boiler
12352 kW

54. Planta comercial tipo:
Recuperación energética eco eficiente de los
residuos
•
Eficiencia del moto-generador: 35%
•
Eficiencia adicional del ciclo combinado: 7%
•
Total: 42%. Producción conjunta: 1.150 kWhe/t
Viabilidad económica de la explotación
. Tipping fee ( 60-70 /tn )
. Prima eléctrica ( >7 céntimos /Kwh ) (o equivalente en
créditos CO2)
. TIR de proyecto ( >10%)

55. Emisiones a la atmósfera

56. Impacto ambiental mínimo
Outputs de la planta
Gas de síntesis
Vitrificados (150kg/t)
(Pulverizado lixivia menos que un envase de
vidrio)
Sales de azufre (5kg/t)
Vapor
Aguas
Aguas residuales depuradas para vertido a cauce
Filtros de carbón activo (trazos de metales 1kg/t)
No hay emisiones a la atmósfera que no
sean las de los motores
La calidad de las emisiones de los
motores cumple sobradamente con los
estándares canadienses, americanos y
europeos.
La reducción en volumen es de 125:1

57. Cuando las comparaciones son…
inevitables…
EFICIENCIA Y SOSTENIBILIDAD
Waste
Coal
Diesel
Natural Gas Landfill or PlasmaGP
incineration (standard (no cogen)
AD Biogas
Gas
(electric) combustion)
(no cogen) (with comb.
cycle)
Issue
Renewable
fossil
feedstock
or
fuel
Conversion
efficiency
comparing
the
low
heating value of
the fuel
(similar
sized
facilities)
R
F
F
F
R
R
19-25% 28-39% 30-39% 43-62% 37-40% 42-45%
Renovable, está bien,... pero que sea eficiente y útil!

58. Superior Compliance in
Electricity Generation
Our synthetic gas
Produced from refining MSW in a closed to
atmosphere process (non-polluting)
Fuels gas turbines or reciprocating engines (exhaust
gases below environmental emission limits)
Entire process is self-powering, and uses less than 25%
of the electricity it generates
Displaces energy currently produced by nuclear, coal
and other fossil fuels
Cleaner right out of the gate
Energy is required to extract coal and fossil fuels
from
ground and deliver it to power plants
GHG savings on full lifecycle comparison with
conventional
alternative incremental electricity

59. Cuando las comparaciones son… inevitables…
Incineración
Plasma
Eficiencia 19-25%
Eficiencia 42-45%
500 kWh/t
1.150 kWh/t
Energía térmica
Energía química
Cenizas (3%), escorias (20%)
Residuo ->0
residuos incremados ( 4% )
Conversión sin emisiones
6.500 Nm3/t por la chimenea
Input CSR de rechazo TMB
con especificaciones
Sólo fracción resto indiferenciada

60. Comparación de procesos
60
CICLO ENERGÉTICO DE LA CONVERSIÓN CON PLASMA VS LA
INCINERACIÓN DE RESIDUS
PCI (kWht/t)
4600
CONVERSIÓN
INCINERACIÓN
Sensible Entalpía Eléctrica Sensible Entalpía Eléctrica
PRETRACTAME
NT
1,00
PIRÒLISI
0,15
0,85
DESINTEGRA
(G.SINT.)
0,23
1,00
0,80
0,93
REC.CALOR
0,05
MOTOR TERM
0,30
0,03
POSTCOMB
GASOS
0,66
0,96
CALDERA
0,59
0,86
C.VAPOR
0,13
0,21
TOT.C.VAPOR
0,18
0,21
TOTAL ELECTR.
0,47
0,21

61. HERA PLASCO
Otras aplicaciones en proceso de desarrollo
Residuos Industriales Especiales
Residuos de papelera
Afinación de gas de síntesis de biomasa, para fabricar BTL.
Obtención de metanol, SNG i H2. I aplicaciones térmicas
locales.
Residuos clínicos
Vitrificación de inertes:
incineración, asbestos
Aluminio
potliner,
cenizas
de

62. Conclusiones
1.
Biogasificación y termo gasificación, dos caras de la misma
moneda
2.
Después del biogás, ahora toca allanar el camino del gas de
síntesis:
Homologación como un producto
Inclusión en el régimen especial eléctrico
3.
La manera de hacer recuperación energética ecoeficiente,
pasando por un vector estándard
4.
Igual que existen los reciclajes en producción y en rellenos,
también hay dos recuperaciones energéticas:
la clásica: combustión directa con ciclo de vapor
y la de los combustibles recuperados normalizados, como el Gas de
Síntesis,

63. Estamos llegando al final del sueño,
Al inicio de una nueva (H) ERA:
La Conversión del rechazo del tratamiento
de residuos en gas de síntesis y
vitrocerámica
La Valorización quasiAbsoluta!

64. 64
No es necesario
deshojar la margarita
para apostar
por el gas de síntesis

65. Muchas gracias,
Jordi Gallego
Consejero Director General
HERA Holding