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Aprovechamiento energético de residuos

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Duiven, Países Bajos: AVR Duiven, una planta de conversión de residuos en energía.

El aprovechamiento energético de residuos (o valorización energética de residuos) es el proceso por el cual se genera energía, en forma de electricidad, calor o combustible, a partir de los residuos.[1]​

Tecnologías

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La conversión de energía a partir de los residuos se puede obtener utilizando diferentes tecnologías, cada una con unas características específicas que pueden ser más o menos factibles en función de muchos factores. Entre ellos se encuentran el tipo y la composición de los residuos, su contenido energético, la forma final de la energía deseada y la eficiencia energética general, por mencionar algunos.[2]​

Conversión térmica

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Las tecnologías de conversión térmica recuperan la energía mediante procesos que implican altas temperaturas, siendo los principales la incineración, la gasificación y la pirólisis.

Incineración directa

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Artículo principal: Incineración de residuos sólidos orgánicos

La incineración de residuos sólidos urbanos es un método de aprovechamiento energético relativamente antiguo. Esta tecnología consiste en quemar los residuos en instalaciones de combustión para producir vapor que mueve una turbina que genera electricidad y, en algunos casos, para calefacción y procesos industriales. Aunque la incineración directa puede ser una forma efectiva de aprovechar la energía de los residuos, también puede tener impactos negativos en el medio ambiente, como la emisión de gases de efecto invernadero y contaminantes atmosféricos. Además, la incineración directa puede no ser adecuada para todos los tipos de residuos y puede ser costosa de implementar y operar.[3]​[4]​[5]​

Gasificación

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Artículo principal: Gasificación

La gasificación transforma los residuos en un gas de síntesis, que se puede utilizar para producir electricidad, calor y productos químicos. En este proceso, los residuos se calientan a temperaturas elevadas en ausencia de oxígeno, lo que produce un gas compuesto principalmente de monóxido de carbono, hidrógeno y metano. El gas de síntesis generado se puede utilizar en motores de combustión interna para generar electricidad y calor, y en procesos químicos para producir combustibles y productos químicos. La gasificación es una tecnología prometedora para el aprovechamiento energético de los residuos, ya que puede producir energía de manera más eficiente y con emisiones reducidas en comparación con la incineración directa. Sin embargo, la gasificación todavía enfrenta desafíos técnicos y económicos en términos de la eficiencia y la viabilidad comercial en ciertos contextos.[6]​[7]​[8]​

Pirólisis

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Artículo principal: Pirólisis

La pirólisis descompone los residuos orgánicos en un líquido inflamable conocido como bioaceite, así como gases y sólidos. Durante la pirólisis, los residuos se calientan a altas temperaturas en ausencia de oxígeno, lo que descompone los materiales orgánicos en sus componentes básicos. El bioaceite producido en la pirólisis se puede utilizar como combustible para producir energía eléctrica y térmica, o como materia prima para la producción de biocombustibles y productos químicos. La pirólisis es una tecnología prometedora para el aprovechamiento energético de los residuos, ya que produce una cantidad significativa de bioaceite de alta calidad y bajo contenido de contaminantes. Sin embargo, la pirólisis todavía enfrenta desafíos en términos de costes, eficiencia y viabilidad comercial en ciertos contextos. Además, la pirólisis no es adecuada para todos los tipos de residuos y se deben tener en cuenta los aspectos ambientales y sociales de la tecnología en su implementación.[9]​[10]​[11]​

Conversión biológica

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Las tecnologías de conversión biológica de residuos a energía son procesos que utilizan microorganismos para descomponer los residuos orgánicos y producir biogás, biocombustibles y otros productos útiles, como la digestión anaerobia, la fermentación o las células de combustible biológicas

Digestión anaeróbica

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Artículo principal: Digestión anaeróbica

La digestión anaeróbica utiliza microorganismos para descomponer los residuos orgánicos en biogás y digestato, un fertilizante orgánico rico en nutrientes. Durante la digestión anaeróbica, los residuos orgánicos se mezclan con agua en un digestor y se mantienen en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno) para permitir la descomposición biológica. El biogás producido en la digestión anaeróbica se compone principalmente de metano y dióxido de carbono, y se puede usar para la generación de energía eléctrica y térmica. La digestión anaeróbica es una tecnología prometedora para el aprovechamiento energético de los residuos, ya que es una forma sostenible de producir energía renovable y reducir la cantidad de residuos enviados a vertederos. Además, la digestión anaeróbica también puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y producir un fertilizante orgánico valioso que puede utilizarse en la agricultura. Sin embargo, la digestión anaeróbica también enfrenta desafíos en términos de la viabilidad comercial y la gestión adecuada del digestato generado.[12]​

Fermentación

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Artículo principal: Fermentación

Captura de gas de vertedero

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Sistema de recolección de gases de vertedero.
Sistema de recolección de gas de vertedero
Artículo principal: Gas de vertedero

Los gases producidos dentro de un vertedero se pueden recolectar y utilizar de varias formas. El gas de relleno sanitario puede ser utilizado directamente en el sitio por una caldera o cualquier tipo de sistema de combustión, proporcionando calor. La electricidad también se puede generar in situ mediante el uso de microturbinas, turbinas de vapor o pilas de combustible.[13]​ El gas de relleno sanitario también puede venderse fuera del sitio y enviarse a tuberías de gas natural. Este enfoque requiere que el gas se procese para obtener la calidad de la tubería, por ejemplo, eliminando varios contaminantes y componentes.[14]​ La eficiencia de la recolección de gas en los vertederos impacta directamente en la cantidad de energía que se puede recuperar: los vertederos cerrados (aquellos que ya no aceptan desechos) recolectan gas de manera más eficiente que los vertederos abiertos (aquellos que todavía aceptan desechos). Una comparación de la eficiencia de recolección en rellenos sanitarios cerrados y abiertos encontró una diferencia de aproximadamente 17 puntos porcentuales entre los dos.[15]​

Celdas de combustible biológicas

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Esta sección es un extracto de Celda de combustible biológica.[editar]
Se ha sugerido que este artículo o sección sea fusionado con Celda de combustible microbiana. Para más información, véase la discusión.
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Este aviso fue puesto el 14 de marzo de 2018.
Un diagrama esquemático de la descripción del modelo. Anolyte contiene microorganismos fermentativos y metanógenos acetoclásticos. La biopelícula contiene metanógenos acetoclásticos y bacterias que respiran ánodos (electrógenos). El acetato se produce durante el proceso de fermentación y luego se difunde a la biopelícula donde los electrógenos lo consumen y conducen electrones a la superficie del ánodo.

Una celda de combustible biológica (CCB) o una celda de combustible microbiana (CCM) es un dispositivo en el cual la energía química de un compuesto, típicamente glucosa, acetato u otras formas de materia orgánica disuelta, se convierte a energía eléctrica mediante la acción bacteriana. Geobacter sulfurreducens es una de las bacterias más utilizadas en el estudio de celdas de combustible biológicas, por su alta eficiencia de conversión energética.

Entre las aplicaciones posibles para estas celdas se encuentra el tratamiento de efluentes con alto contenido de materia orgánica y la generación de corriente eléctrica en sedimentos marinos. Dado que esta tecnología se encuentra principalmente en su etapa de desarrollo experimental y piloto las potencias obtenidas son aún bajas y no hay actualmente aplicaciones comerciales disponibles, aunque el gran desarrollo en los últimos años de investigación hace prever un futuro prometedor a mediano plazo.

Conversión química

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Gasificación por plasma

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Esta sección es un extracto de Gasificación por plasma.[editar]
Gasificación por plasma es un proceso que convierte materia orgánica en gas sintético,[16]​ electricidad, y[17]​ escoria (metalurgia)[16]​ mediante el uso de plasma. Un soplete de plasma alimentado con un arco eléctrico es utilizado para ionizar gas y catalizar la materia orgánica en gas sintético y residuos sólidos.[16]​[18]​[19]​ Comercialmente es utilizado como una forma de tratamiento de residuos y ha sido probado con hidrocarburos.[18]​

Licuefacción hidrotérmica

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Artículo principal: Licuefacción hidrotérmica

Esterificación

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Artículo principal: Esterificación

Referencias

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  1. ↑ «NW BIORENEW». Archivado desde el original el 14 de julio de 2011. Consultado el 10 de diciembre de 2018. 
  2. ↑ «World Energy Resources 2016». www.worldenergy.org. Archivado desde el original el 17 de diciembre de 2018. Consultado el 11 de diciembre de 2018. 
  3. ↑ «Sistemas de tratamiento». www.miteco.gob.es. Consultado el 9 de mayo de 2023. 
  4. ↑ «Incineración de Residuos». cieambiental.com. Consultado el 9 de mayo de 2023. 
  5. ↑ Salvador, Arturo Romero (2002). «La incineración de residuos». La ingeniería ambiental: entre el reto y la oportunidad, 2002, ISBN 84-9756-030-2, págs. 141-152 (Síntesis): 141-152. ISBN 978-84-9756-030-6. Consultado el 9 de mayo de 2023. 
  6. ↑ «Energía a partir de residuos: pros y contras de la gasificación avanzada frente a la incineración». EQTEC. 25 de febrero de 2021. Consultado el 9 de mayo de 2023. 
  7. ↑ «Gasificación y Pirólisis de Residuos». www.encenergy.com. Consultado el 9 de mayo de 2023. 
  8. ↑ Avramow, Matias (12 de julio de 2022). «Debate: ventajas y desventajas de la gasificación en la transición energética». Energía Online. Consultado el 9 de mayo de 2023. 
  9. ↑ Quintana, Esperanza; Mar, María del (2000). Combustión y pirólisis de residuos orgánicos: análisis de contaminantes. Consultado el 9 de mayo de 2023. 
  10. ↑ «Residuos orgánicos y plásticos, fuentes de energía alternativas al petróleo». Agencia SINC. Consultado el 9 de mayo de 2023. 
  11. ↑ García, Inés Moreno. «Ya reciclamos vidrio, plástico y papel. ¿Qué hacemos con los residuos orgánicos?». The Conversation (en inglés). Consultado el 9 de mayo de 2023. 
  12. ↑ Arhoun, Brahim (14 de junio de 2017). Digestión y Codigestión Anaerobia de Residuos Agrícolas, Ganaderos y Lodos de Depuradora. Consultado el 10 de mayo de 2023. 
  13. ↑ Sullivan, Patrick. «The Importance of Landfill Gas Capture and Utilization in the U.S». SUR. Consultado el 27 de septiembre de 2013. 
  14. ↑ «Landfill Gas Power Plants». California Energy Commission. Consultado el 27 de septiembre de 2013. 
  15. ↑ Powell, Jon T.; Townsend, Timothy G.; Zimmerman, Julie B. (21 de septiembre de 2015). «Estimates of solid waste disposal rates and reduction targets for landfill gas emissions». Nature Climate Change (en inglés). advance online publication (2): 162-165. ISSN 1758-6798. doi:10.1038/nclimate2804. 
  16. ↑ a b c Moustakasa, K.; Fattab, D.; Malamisa, S.; Haralambousa, K.; Loizidoua, M. (31 de agosto de 2005). «Demonstration plasma gasification/vitrification system for effective hazardous waste treatment». Journal of Hazardous Materials 123 (1–3): 120-126. doi:10.1016/j.jhazmat.2005.03.038. Consultado el 8 de marzo de 2012. 
  17. ↑ «How Stuff Works- Plasma Converter». Consultado el 9 de septiembre de 2012. 
  18. ↑ a b Kalinenko, R. A.; Kuznetsov, A. P.; Levitsky, A. A.; Messerle, V. E.; Mirokhin, Z. B.; Polak; Sakipov, L. S.; Ustimenko, A. B. (1993). «Pulverized coal plasma gasification». Plasma Chemistry and Plasma Processing 13 (1): 141-167. doi:10.1007/BF01447176. Consultado el 8 de marzo de 2012. 
  19. ↑ Messerle, V. E.; Ustimenko, A. B. (2007). «Solid Fuel Plasma Gasification». En Syred, Nick; Khalatov, Artem, eds. Advanced Combustion and Aerothermal Technologies. Environmental Protection and Pollution Reductions. Springer Netherlands. pp. 141-156. ISBN 978-1-4020-6515-6. doi:10.1007/978-1-4020-6515-6. Consultado el 8 de marzo de 2012. 
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