1 La Realidad de las Plantas “Waste to Energy” (Incineradores) para el Manejo de Desperdicios Por Osvaldo Rosario

2 Problema del Manejo de los Desperdicios Sólidos  Multifacético  Social  Económico  Ambiental  No hay una alternativa que sea “la Solucion”  La situación de manejo actual en PR es inaceptable

3 ¿Por qué hay un problema?  Características negativas  Mal olor  Se ve mal  Se genera mucha  ~5 libras por persona/día en PR  ~40% industrias y comercio  Alto nivel de consumerismo  Mentalidad de usar y botar

4 Alternativas  Reducción  Reusar  Reciclar  Compostar  Incinerar  Vertederos

5 Legado Nefasto de la Incineración  desde los 60’s  altos niveles de contaminación  operación errática  costosa  rechazada por comunidades

6 Incineración  Por eso es que los proponentes no lo llaman Incineración  Planta de Conversión de Energía (“Waste to Energy”) (“Waste to Energy”)  Planta de Recuperación de Energía  Plantas de Gasificación  Pirólisis  Arco de plasma  Y hasta “Plantas de Reciclaje”  Proponentes la traen como caja mágica que hace desaparecer la basura  Principio básico en ciencias dice que no puedo desaparecer materia sino cambiarla de estado  Aquí está el problema de Incineración

7 — ¿Que es Incineración? “Incinerator (noun) a furnace or device for burning trash” Tomado del Webster’s New World Dictionary

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9 Combustión C n H m + O 2(xs)  nCO 2 + m/2H 2 O + q

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11 Ejemplo de Metano (CH4)  Hidrocarburo mas simple (un gas)  Gases son los combustibles que mas eficientemente se pueden quemar  Llama es una fábrica química  Depósito de “tizne” en cuchara sobre llama  En “tizne” hay miles de compuestos toxicos y cancerígenos  Formación favorecida termodinámicamente  Estos se formaron en la llama  Químicos solo han podido identificar ~15% de ellos

12 Combustión C n H m + O 2(xs) → nCO 2 + m/2H 2 O + q C n H m + O 2(xs) → nCO 2 + m/2H 2 O + q La llama es una fabrica química Especies reactivas Múltiples Productos Especies reactivas Múltiples Productos CH 2, CH, C → PAHs, Dioxinas, CH 2, CH, C → PAHs, Dioxinas, H, O fenoles, etc. H, O fenoles, etc. Muchos de los productos son tóxicos y cancerigenos

13 Zonas de un Incinerador Zona 1 Antes de la llama Temp.AmbientalAlgunosprecalientanAlimentación De materia Zona 2 Llama 1,000˚ - 1,800 ˚ C HC H 2 C C H 3 C Cl N O Br S M Ceniza Zona 3 Post llama 600 – 1,100 ˚ C Nucleación Metales encapsula- dos por C Radicales encapsula- dos o en superficie PAH’s oxy PAH’s oxy PAH’sCl-hydrocarbons Crecimiento Molecular Las zonas no son uniformes en temperatura. Tienen regiones de temperaturas mucho mas bajas por donde pasan intactos contaminantes Zona 4 < 600 ˚ C ReaccionesCatalizadas por metales Dioxinas y FuranosClorinados Nitro PAH’s Organometa- licos licos Otros produc- tos tóxicos tos tóxicos

14 Principios Fundamentales - Material no se puede destruir, solo cambia de estado -Se formarán productos favorecidos termodinámicamente -Todo tiende a una entropía máxima

15 Ironía de la Incineración  Convertir este recurso sólido a materia tóxica y cancerígena  Mucho saldrá directamente al ambiente  Crea problema serio de disposición de cenizas tóxicas.  Material tóxico de sistemas de control de emisiones

16 Lluvia Ácida ─Problema serio donde se da quema en gran escala ─Quema de basura libera grandes cantidades de SO 2 y NO x Parte de SO 2 es atrapadoParte de SO 2 es atrapado ─En la atmósfera H 2 0 H 2 0 SO 2 → H 2 SO 4 SO 2 → H 2 SO 4 H 2 0 H 2 0 NO x → HNO 3 NO x → HNO 3 ─ Estos ácidos se atrapan en gotas de agua en la atmósfera ─ Tornan el pH de la lluvia en ácido

17 Problema de Cenizas  No todo material en basura se volatiliza  Queda material en fondo de “caldera”  “bottom ash”  Sales inorgánicas y metales pesados  Cd, V, Cr, Tl, Pb etc. en forma oxidada  Material bien soluble en agua

18 Problema de Cenizas (cont.)  Ceniza fina se volatiliza (suspende)  “fly ash”  Se recoge en trampas  Alto contenido material orgánico  Altamente tóxica y cancerígena

19 Problema de Cenizas (cont.)  En Europa tienen que ir a vertedero de tóxicos  En P.R. no hay vertedero de tóxicos  Proponen usar cenizas como material de construcción  Creará problema peor que el de asbesto  Terminarán en nuestros vertederos

20  dimensiones menores de 100 nanómetros ( 1 nm = 1 de un milímetro) 1,000,000 1,000,000  se comportan como los gases  vienen principalmente de la quema  no se retienen por filtros  por ende, no son reguladas Formación de Nanopartículas

21 Nanopartículas (cont.)  Se comportan como gases.  Pasan directo al sistema sanguíneo.  Traspasan la membrana cerebral.  estudios en Italia

22 Contaminación de aguas  Los sistemas de control de emisiones requieren gran cantidad de agua.  ej. 1000 gal/tonelada  Millones de galones por año  La planta propuesta para Caguas hubiera quedado a un kilómetro del lago de Carraízo.  Aguas contaminadas terminarían en el lago.  Correntías llevarían contaminantes precipitados a cuerpos de agua

23 Problema de Inversión  Fenómeno metereológico al ponerse el sol  Temperatura del aire baja, aumenta su densidad, y se asienta sobre la tierra  Ej. Formación de neblina  Se detiene la brisa y se estanca el aire  Toda emisión se queda en el área sin dispersarse  Incineradores operan 24 horas/día  Se crea atmósfera tóxica.

24 Realidad de “Waste to Energy”  Requiere de 3 a 5 veces más energía reemplazar lo quemado que la energía producida.  En sí es un “Waste of Energy”  Quieren pintarlo como que va ha sustituir parte de la importación del petróleo (Proyectos de la Cámara)

25 Energía Ganada de Reciclaje vs Incineración MaterialPeriódicos Papel Blanco Cartón Otros papeles HDPEPET Otros Plásticos Reciclaje (GJ/ton) 6.3315.878.569.4964.2785.1652.09 Incineración (GJ/ton) 2.622.232.312.2510.33.224.76

26 Energía Ganada de Desperdicios Sólidos Municipales Mixto *Data de incineración de mas alta eficiencia en Europa. Reference: EPA/600/P-03/002F

27 Realidad de “Waste to Energy” (cont.)  Si se calcula la inversión para quemar los recursos sólidos, sería el “petróleo” mas caro de la historia.  A.E.E. se ha resistido en el pasado  Generación de electricidad tiene problemas de estabilidad (errático)  Proyecto de Thermoselect en Alemania no generó ni un kw para consumo

28 Realidad de “Waste to Energy” (cont.)  Quieren forzar a clasificarlo como alternativa “renovable” y “sustentable”, cuando hay las alternativas que verdaderamente clasifican mejor:  Reuso  Reciclaje  Compostar

29 Estados Que Han Excluido “Waste to Energy” Como Fuente Renovable de Electricidad  Colorado  Delaware  Massachusetts  Minnesota  New Hampshire  New Mexico  New York  Oregon  Rhode Island  Texas  Washington  Wisconsin

30 Estados Que Han Limitado Porciento Que “Waste to Energy” Puede Contribuir a Fuentes Renovables de Electricidad y lo Eliminarán de la Clasificación Para el Año 2020  Connecticut (3%)  Maryland (2.5%)  New Jersey (2.5%)  Pensylvania (10%)  Washington D.C. (2.5%)

31 Incineración Compite con Reciclaje “The main drawback of curbside recycling of household waste is that it involves a decrease of energy produced by waste incineration mainly caused by the recovery of paper/cardboard and plastics.” Reference: Wenisch, Rousseaux, Metivier- Pignon, “Analysis of Technical and Environmental Parameters for Waste to Energy and Recycling”, Journal of Thermal Science, Elsevier Press. Oct. 2003

32 Proponentes de Incineración saben que compite con reciclaje !Contratos de municipios con estos incineradores incluyen cláusulas que obligan a llevarles una cantidad fija de desperdicios y si no, tiene que pagar!

33 Riesgos Económicos  Numerosas plantas de incineración han tenido que cerrar por fracaso económico  Ciudades han tenido que seguir pagando decenas de millones  Cierre de la Karlsrühe en Alemania  Costó ~500 millones de Euros

34 Calentamiento Global  Incineración de nuestros recursos sólidos es la forma mas rápida de empeorar el calentamiento global.  Seríamos irresponsables como cohabitantes de este mundo.

35 Emisión de Gases de Invernadero en Gramos por Kwh de Electricidad Producida Reference: US EPA-Fifth Edition, Compilatory of Air Emission Factors, Volume 1 Volume 1 90% más

36 Proyectos de Incineración de Basura en Puerto Rico  Rechazados en el pasado  San Juan  Guaynabo  Arecibo  Aguada  Caguas

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39 No podemos depender de agencias gubernamentales para protegernos  Caso de CAPECO  Emisiones de AEE  Violaciones de la AAA  Planta de CEMEX en Ponce  Etc.

40 Resumen de los Problemas de Incineración  Mito energético  Contaminación del Aire  Producción de Cenizas Tóxicas y Cancerígenas  Riesgos Económicos  Quemar basura limita alternativas de reuso, reciclaje y compostar

41 Aprendamos del Pasado  Cambio de nombre no cambia la realidad de la incineración (legado nefasto)  Vasta mayoría de las ciudades en el mundo no incineran sus recursos sólidos  Esto nos debe decir algo

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43 General Incineration Process Municipal Pretreatment High Temperature Products Wastes Region Removal of 1. grinding 1. Mass burn 1. bottom ash Noncombustible 2. preheating -moving grate 2. fly ash Materials 3. composting - rotary kiln 3. gases 2. Pyrolisis 4. contaminated 2. Pyrolisis 4. contaminated 3. Gasification water 3. Gasification water 4. Plasma 5. “cakes” 4. Plasma 5. “cakes”

44 Removal of Non- combustible Material  Pieces of Metal  Glass  Can remove some plastics and cardboard  Reduces caloric capacity  Less energy produced  The more that is removed the greater the volume reduction in ashes Can interfere with equipment

45 General Incineration Process Municipal Pretreatment High Temperature Products Wastes Region Removal of 1. grinding 1. Mass burn 1. bottom ash Noncombustible 2. preheating -moving grate 2. fly ash Materials 3. composting - rotary kiln 3. gases 2. Pyrolisis 4. contaminated 2. Pyrolisis 4. contaminated 3. Gasification water 3. Gasification water 4. Plasma 5. “cakes” 4. Plasma 5. “cakes”

46 Treatment Prior to Burning  Grinding maximizes surface area for more efficient combustion  Preheating to reduce water content  Water consumes energy reduces combustion efficiency  Less “net energy” from process  Some more recent versions compost prior to burning (Rogelio’s presentation)  Requires more stringent removal of non- compostable materials

47 General Incineration Process Municipal Pretreatment High Temperature Products Wastes Region Removal of 1. grinding 1. Mass burn 1. bottom ash Noncombustible 2. preheating -moving grate 2. fly ash Materials 3. composting - rotary kiln 3. gases 2. Pyrolisis 4. contaminated 2. Pyrolisis 4. contaminated 3. Gasification water 3. Gasification water 4. Plasma 5. “cakes” 4. Plasma 5. “cakes”

48 High Temperature Region  Will give name to the type of incineration  Depending on amount of oxygen present will be the degree of combustion  Temperatures vary with technology Ex. Mass Burn lower relative temperature Plasma extremely high temperature Plasma extremely high temperature  Multiple designs and configurations  Some systems combine technologies

49 Mass Burn  Most used in incineration of municipal waste  Requires least amount of preremoval of materials  Tend to be the worst emitters  Produce greater amount of bottom ash  ~15-25% final volume of waste

50 Mass Burn with Grate

51 Mass Burn with Rotary Kiln  Material is suspended in rotating cylindrical tube  More exposure of surface area  More uniform heating  Usually combined with afterburner  Second burning stage  See Drawing

52 Pyrolisis  Thermal treatment under oxygen deficient conditions  Simplifies structure through breaking of bonds  Partially combusted gases, liquids, solids are produced  These are then burned under oxygen rich conditions  Partially combusted products burn more efficiently than original wastes  Many variations depending on type of waste and oxygen limitation  Developed by Germany during WWII to produce liquid fuels from coal.

53 Gasification  Same as pyrolisis but optimized to produce partially combusted gases.  Principally H 2 and CO  Many other gases  Less caloric value than initial material  Already partially burned  Less stable than mass burn technologies  Erratic electricity production  High maintenance costs  Large plant in Germany (Thermoselect) plagued with problems.  closed

54 Gasification

55 Plasma  Less proven of the technologies  More limited throughput of material  Extremely high temperatures (5,000º - 10,000º C)  Very stringent preremoval and grinding of material  High power consumption to generate plasma  Very high maintenance requirements because of high temperatures

56 Plasma - Pretreatment

57 Plasma - furnace

58 Products  There must be net mass balance between initial material and products of combustion  Products are found in:  emissions to the atmosphere (gases and particles)  Material trapped in control devices  Bottom ash  Modern incinerators release less to atmosphere and collect more in control devices  Bottom ash and trapped material is toxic and must be disposed of

59 General Incineration Process Municipal Pretreatment High Temperature Products Wastes Region Removal of 1. grinding 1. Mass burn 1. bottom ash Noncombustible 2. preheating -moving grate 2. fly ash Materials 3. composting - rotary kiln 3. gases 2. Pyrolisis 4. contaminated 2. Pyrolisis 4. contaminated 3. Gasification water 3. Gasification water 4. Plasma 5. “cakes” 4. Plasma 5. “cakes”

60 Bottom Ash  The less material is preremoved initially the more bottom ash will form  The lower the temperature of burning the more porous the ash (Mass burn)  more soluble in water (inorganic)  The higher the temperature the more vitreous the bottom ash  Glassy  Less soluble in water  A lot of energy lost in the cooling of ash  If cooled in water, another source of pollution

61 Fly Ash  Highly toxic (metals and organics)  Collection devices  Baghouse (filter)  Electrostatic precipitator  Nanoparticles are difficult to trap  Europe requires disposal in Toxic Waste Landfills.  In Puerto Rico they will be mixed with bottom ash.

62 GASES  CO 2, CO, SO 2, NO X, Gaseous Organics, Hg  Collection devices  water  lime slurries  suspended activated charcoal  ammonia reduction  Produces toxic solutions and “cakes”