Tratamiento de residuos y generación de energía: Un camino hacia la sostenibilidad

Introducción

El tratamiento de residuos es fundamental en la transición hacia una economía circular y sostenible, debido a que facilita tanto la gestión eficiente de los residuos industriales como su conversión en energía limpia. A través de innovaciones en los procesos de gestión de residuos, como la digestión anaeróbica, la gasificación y la pirólisis, los desechos no reciclables se transforman en fuentes de energía renovable, como electricidad, biogás y calor.

Los avances tecnológicos ayudan a reducir la dependencia de combustibles fósiles, las emisiones de gases de efecto invernadero y sus efectos contaminantes. En este artículo, se diserta el tema de la gestión eficaz del tratamiento de residuosa través de tecnologías innovadoras con el fin de aumentar la eficiencia energética, e impulsar el desarrollo de un futuro más sostenible.

¿Qué es el tratamiento de residuos y por qué es importante?

Definición

Este proceso implica un conjunto de operaciones diseñadas para modificar las características físicas, químicas o biológicas de los desechos, facilitando su manejo. Estos procesos incluyen la recolección, clasificación y procesamiento, siendo el principal objetivo el de reducir o neutralizar sustancias peligrosas, recuperar materiales valorizables, y preparar los residuos para su conversión en energía limpia o su disposición final de forma segura y eficiente.

Importancia

El tratamiento de residuos es significativo en la reducción del impacto ambiental, mediante la sostenibilidad y conservación de los recursos naturales. Una gestión eficiente de los desechos minimiza la contaminación, previene la acumulación en vertederos y facilita la recuperación de materiales valorizados. Además, mitiga las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), optimiza el uso de la energía y reduce la extracción de materias primas vírgenes, inspirando un modelo de desarrollo más sostenible.

 ¿Qué tipos de residuos pueden ser valorizados energéticamente?

La valorización energética consiste en transformar desechos en recursos aprovechables para generar energía renovable. Este proceso reduce los efectos negativos asociados con el tratamiento de residuos, y también minimiza la dependencia de recursos vírgenes. La valorización de residuos contribuye al desarrollo sostenible al convertir pasivos potenciales en activos, fomentando un sistema económico más equilibrado y estable.

Entre los tipos de residuos que pueden valorizarse están: los residuos sólidos urbanos (RSU), industriales, agrícolas y lodos de depuradoras. Los RSU, compuestos por los desechos generados en hogares y comercios, pueden someterse al proceso de incineración con recuperación de energía o la producción de biogás.

Los residuos industriales, por su parte, presentan una amplia variedad de opciones, desde la combustión directa hasta la gasificación, en función de su composición. Los residuos agrícolas, como los restos de cultivos y el estiércol, son una excelente fuente de biogás, mientras que los lodos de depuradoras son secados y utilizados como combustible en procesos industriales.

La generación de energía limpia a partir de residuos contribuye a diversificar el mix energético, disminuyendo la dependencia de fuentes convencionales y creando nuevas oportunidades de negocio.

Cómo funcionan las plantas de conversión de residuos en energía (WtE)

Las plantas Waste-to-Energy (WtE) convierten los residuos no reciclables en energía utilizable. El objetivo principal de las plantas WtE es generar energía renovable y contribuir a la gestión de residuos, minimizando su volumen y peligrosidad. A través de estas tecnologías se producen materias primas secundarias; lo cual, ayuda a reducir las emisiones de GEI. Las etapas incluyen:

• Recolección y clasificación: Los residuos, sólidos urbanos o industriales, se recolectan y clasifican para separar los materiales reciclables de los no reciclables que son destinados a la valorización energética para procesarlos en las WtE.
• Pretratamiento: Inicialmente, los residuos se tratan mediante un proceso, que incluye trituración, secado y homogeneización, optimizando su combustión o conversión en energía limpia.
• Tecnologías de conversión: Se incluyen incineración, digestión anaeróbica, gasificación y pirólisis.

Tecnologías para la conversión de residuos en energía

Incineración: Es uno de los procesos más utilizados para la conversión de residuos en energía. Esta tecnología quema los residuos a altas temperaturas en cámaras de combustión, generando calor que se convierte en electricidad mediante turbinas de vapor. Es ideal para gestionar grandes volúmenes de residuos no reciclables, pero requiere estrictos controles de emisiones contaminantes.

Digestión anaeróbica (DA): Es un proceso bioquímico que toma desechos orgánicos y los coloca en un reactor en ausencia de oxígeno y ricos en comunidades microbianas, para generar biogás (compuesto por metano y dióxido de carbono), y digestato. El biogás obtenido se emplea para generar energía térmica o eléctrica. Es una tecnología antigua, pero en constante evolución, sin embargo, la DA no es tan eficiente como otros métodos, su eficiencia energética se estima en 40%, en el mejor de los casos¹.

Gasificación y pirólisis: Son procesos de reacción termoquímica que impulsan la conversión de materia prima en condiciones de alta presión y temperatura. Se utilizan para transformar residuos industriales de bajo valor añadido en productos valiosos. En ambos procesos se obtienen subproductos útiles, pero en el caso de la gasificación, también se genera energía durante el proceso de conversión. A continuación, se describe cada uno²:

• Gasificación: Es un proceso de descomposición que ocurre a temperaturas entre 800 -1000ºC en atmósferas parcialmente oxidadas, produciendo un gas de síntesis (syngas) compuesto principalmente por hidrógeno, metano y monóxido de carbono, con un alto poder calorífico. Además, produce el biochar, un subproducto sólido que es rico en carbono y es utilizado como fertilizante, combustible o capturador de carbono, contribuyendo a la reducción de GEI.
• Pirólisis: A diferencia de la gasificación, este proceso se lleva a cabo a temperaturas entre 400-800ºC en una atmósfera inertizada (sin oxígeno), lo que evita la combustión. Este proceso descompone los residuos en tres fracciones: gas pirolítico, una mezcla de CO, H₂, CO₂ y CH₄; biooil, un líquido con alto potencial energético y es utilizado como sustituto de los combustibles fósiles; y biochar, similar al generado en la gasificación, con aplicaciones como fertilizante y combustible sólido.

El siguiente video muestra una animación en 3D de la planta de pirólisis continua Beston BLL-30. La cual puede procesar neumáticos, plásticos, lodos oleosos y convertirlos en aceite de pirólisis, gas de síntesis. Fuente: Grupo Beston Co., Ltd.

Tipos de residuos aprovechables para generar energía

Los diferentes tipos de residuos pueden ser utilizados para la generación de energía, dependiendo de su composición y origen. Entre los residuos orgánicos destacan los alimentarios, los de jardinería, el estiércol y purines, junto con los subproductos de la industria agroalimentaria, todos ricos en materia orgánica. Asimismo, los agrícolas y forestales, como restos de cultivos y madera, también representan una fuente importante para la producción de energía.

Los residuos sólidos urbanos, que incluyen papel y cartón, plásticos, y textiles, también son importantes para la producción energética. En cuanto a los residuos industriales, destacan las maderas, lodos de depuradora, y residuos de la industria química y petrolera, por su capacidad de aprovechamiento energético. Por último, los residuos especiales, como los neumáticos usados y los residuos electrónicos, representan una fuente potencial de materiales que, con el tratamiento adecuado, contribuyen a la producción de energía.

Tipos de energías limpias obtenidas mediante el tratamiento de residuos

Las tecnologías de conversión de residuos en energía generan diferentes tipos de energía limpia, dependiendo del proceso utilizado:

• Electricidad: Obtenida por incineración o gasificación de residuos, transformando el calor en energía eléctrica. La gasificación es más limpia al reducir emisiones.
• Biogás: Generado por digestión anaeróbica de residuos orgánicos, se usa para electricidad o como biometano, un sustituto del gas natural.
• Calor: Producido como subproducto de la incineración, utilizado en industrias o calefacción urbana mediante cogeneración.
• Combustibles líquidos: A través de pirólisis, los residuos se convierten en bioaceite para motores o productos químicos.
• Hidrógeno: El gas de síntesis de la gasificación se usa para producir hidrógeno, un combustible limpio.

Innovaciones tecnológicas para la gestión y conversión de residuos en energía

Gasificación por arco de plasma: Es una tecnología que descompone desechos, incluidos materiales peligrosos, a temperaturas extremas (hasta 7.000°C), generando syngas, que puede usarse como combustible limpio tras su purificación. Además, produce escoria, un subproducto similar al vidrio que es reutilizable en la construcción. Aunque libera pequeñas cantidades de dioxinas durante el enfriamiento del gas, estas son menores en comparación con la incineración tradicional³.

Tecnología de energía líquida dendroeléctrica (DLE): Es una innovación con emisiones casi nulas y una alta eficiencia energética. Operando a temperaturas moderadas de entre 150°C y 250°C, estas plantas son hasta cuatro veces más eficientes que la DA, generando combustibles limpios como hidrógeno y monóxido de carbono sin combustión, lo que elimina la necesidad de costosas tecnologías antiemisiones. Con una eficiencia del 80% y bajos costos operativos, es una solución accesible y sostenible para convertir desechos en energía limpia.

Conclusiones

El tratamiento de residuos es fundamental para la generación de energía limpia y la transición hacia un sistema energético más sostenible. Procesos como la valorización energética de residuos industriales, urbanos y agrícolas, son transformados a través de tecnologías de conversión de residuos energía (WtE) como la gasificación y la digestión anaeróbica, permitiendo generar electricidad, biogás y otros recursos energéticos.

Adoptar estas tecnologías fomenta una gestión de residuos más sostenible e impulsa la economía circular, optimizando el uso de materiales energéticos y contribuye al cierre de los sistemas circulares.

Referencias

1. Valuer, Las principales innovaciones en tecnología de conversión de residuos en energía; consultado el 10 de septiembre de 2024 en https://www.valuer.ai/blog/top-innovative-technologies-in-waste-to-energy
2. RETEMA, Gasificación y pirólisis como solución para la gestión y valorización de subproductos; consultado el 10 de septiembre de 2024 en https://www.retema.es/actualidad/gasificacion-y-pirolisis-como-solucion-para-la-gestion-y-valorizacion-de-subproductos
3. Revolutionized, Las 6 principales tecnologías e innovaciones para la conversión de residuos en energía en 2023; consultado el 10 de septiembre de 2024 en https://revolutionized.com/waste-to-energy-technologies/