els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres...

39
Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambiental IV JORNADES TÈCNIQUES DE GESTIÓ DE SISTEMES DE SANEJAMENT D’AIGÜES RESIDUALS Barcelona, 1 d’abril de 2009 AUTORS: IVAN CAPDEVILA, IRMA VENTAYOL I IRENE MARTÍN

Upload: others

Post on 14-Aug-2021

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambiental

IV JORNADES TÈCNIQUES DE GESTIÓ DE SISTEMES DE SANEJAMENT D’AIGÜES RESIDUALS

Barcelona, 1 d’abril de 2009

AUTORS: IVAN CAPDEVILA, IRMA VENTAYOL I IRENE MARTÍN

Page 2: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 2

Índex01 Introducció

02 La indústria del cimentEl sector del ciment a CatalunyaEl procés de fabricació del cimentEls aspectes ambientalsL’impacte del sector del ciment sobre el canvi climàtic

03 Els fangs de depuradoraLa generació de fangs de depuradora a CatalunyaPossibilitats de valorització dels fangs de depuradoraL’ús de fangs de depuradora a Espanya i Europa com a combustible alternatiu en cimenteres

04 Valoració sostenibilistaBalanç energèticEmissions de contaminats atmosfèricsEmissions de gasos amb efecte d’hivernacle

05 Conclusions

Page 3: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 3

02 La indústria del ciment

Page 4: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 4

La producció de ciment a Espanya és una de les més elevades dels països de la UE.

• Espanya produeix més del 20% de ciment de la UE (54.000.000 tones de ciment l’any 2006).

Catalunya és, juntament amb Andalusia, la principal productora de ciment de l’Estat espanyol.

• L’any 2006 Catalunya va produir prop d’un 18% del ciment fabricat a l’Estat en les 7 plantes existents al territori.

2.1. El sector del ciment a Catalunya

Indústries cimenteres ubicades a Catalunya

02 La indústria del ciment

Page 5: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 5

2.2. El procés de fabricació del ciment

El ciment s’obté per la mòlta conjunta de clínquer (producte obtingut per la calcinació a altes temperatures de pedra calcària i altres components), guix i certes addicions (diferents en funció de cada tipus de ciment).

Les principals etapes en la fabricació del ciment són:

1. Obtenció de les matèries primeres

2. Preparació de la matèria primera

3. Cocció de la matèria primera al forn i obtenció del clínquer

4. Mòlta conjunta del clínquer i les addicions per a obtenir el ciment

5. Expedició del ciment

02 La indústria del ciment

Page 6: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 6

2.2. El procés de fabricació del ciment

Etapes de la producció de ciment

02 La indústria del ciment

Font: Departament de Medi Ambient i Habitatge (DMAH) (2001) “Documents de referència sobre les millors tècniques disponibles aplicables a la indústria. La indústria del ciment”.

Cocció de la matèria primera al forn i obtenció del clínquer

Addicions, mòlta i expedició del ciment

Obtenció i preparació de la matèria primera

Page 7: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 7

2.2. El procés de fabricació del ciment

Etapes de la producció de ciment

02 La indústria del ciment

Font: Departament de Medi Ambient i Habitatge (DMAH) (2001) “Documents de referència sobre les millors tècniques disponibles aplicables a la indústria. La indústria del ciment”.

És en aquesta fase que s’afegeix el combustible per poder aconseguir el clínquer.

Page 8: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 8

2.3. Els aspectes ambientals

Consum d’energia

Cendres

Emissions a l’atmosfera

Partícules

MetallsSOx Dioxines i

furans

NOx

CO2CO

COT

Combustió de coc de petroli

S’incorporen al clínquer

02 La indústria del ciment

Matèries primeres

Page 9: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 9

2.3. Els aspectes ambientals

Cendres

Emissions a l’atmosfera

Depenen de:

Matèries primeres

Combustibles

S’incorporen al clínquer

02 La indústria del ciment

Consum d’energia

Combustió de coc de petroli

Matèries primeres

Page 10: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 10

2.3. Els aspectes ambientals

Cendres

Emissions a l’atmosfera

Matèries primeres

• Grans esforços de minimització

• Principal font d’emissions

S’incorporen al clínquer

02 La indústria del ciment

Matèries primeres

Page 11: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 11

2.3. Els aspectes ambientals

Cendres

Emissions a l’atmosfera

Combustible

• Incidència relativament baixa en les emissions

• Nou camp d’actuació de millora ambiental

S’incorporen al clínquer

02 La indústria del ciment

Consum d’energia

Combustió de coc de petroli

Page 12: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 12

Resum dels principals impactes ambientals derivats de l’ús de combustibles convencionals (coc de petroli) en les cimenteres

250 – 1.400 mg/Nm3

Efectes sobre la salut.Boira fotoquímica.

Depèn del contingut de matèria orgànica present en les matèries primeres, de les condicions del procés de fabricació i per combustió incompleta.

CO

10-100 kg/anyEfectes sobre la salut.Boira fotoquímica.

Associades a les combustions incompletes i a la quantitat de matèria orgànica present a les matèries primeres.COT

800 - 1.000 kg/t clínquerCanvi climàtic.Causada per la descarbonatació del material calcari (60%) i pel consum

de combustible als forns (40%).CO2

0,07 - 0,1 mg/Nm3Efectes sobre la salut.Depèn del seu contingut en les matèries primeres i combustibles.Metalls

< 0,1 ng l-TEQ/Nm3Efectes sobre la salut.Causat per la presència de compostos orgànics amb clor principalment a

l’etapa de preescalfament de la matèria primera.Dioxines i furans

100 - 1.200 mg/m3Efectes sobre la salut.Acidificació, desforestació, canvi climàtic i bòria fotoquímica.

Depèn del combustible emprat (al precalcinador) i de les elevades temperatures durant el procés de fabricació del ciment (zona de clinquerització).

NOx

< 300 mg/Nm3Efectes sobre la salut.Acidificació i desforestació.Deteriorament i corrosió de materials.

Depèn principalment del contingut en compostos volàtils de sofre en les matèries primeres.SOx

10 -75 mg/m3Efectes sobre la salut.Desforestació i pèrdua de biodiversitat.Corrosió de materials.

Xemeneia del forn, molins de matèries primeres, refredadors del clínquer, molins del ciment, etc.Partícules

Estimació emissionsImpacteOrigen

Font: Elaboració pròpia

2.3. Els aspectes ambientals

02 La indústria del ciment

Page 13: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 13

2.4. L’impacte del sector del ciment sobre el canvi climàtic

02 La indústria del ciment

Responsable l’any 2006 del 24% de les emissions de gasos d’efecte hivernacle a Espanya. En concret, el sector cimenter conjuntament amb el de fabricació de cal, emeteren 29,45 milions de tones de CO2, el 39% de les emissions del sector industrial.

La indústria cimentera ha optimitzat la seva eficiència energètica, bàsicament a través de la implantació de millors tècniques disponibles (MTDs), fins a gairebé esgotar aquesta via de millora. Tot i això:

- Des de 1990 a 2005 el sector del ciment i de la cal, tot i estar afectat per la Directiva de Comerç d’Emissions, ha incrementat les emissions de CO2 en un 29,6%.

- El 2006 les emissions verificades han superat a les emissions assignades pel Pla Nacional d’Assignació en 1,03 milions de tones de CO2.

En aquest sentit, el nou Pla Nacional d’Assignació (2008-2012) els confereix un 1,3% més d’assignació mitjana anual respecte el Pla anterior (2005-2007).

Per tal d’ajustar les emissions reals a les assignades i, per tant, reduir les emissions de CO2, el sector des de fa anys s’ha començat a interessar en altres possibles vies de reducció de CO2,

Page 14: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 14

2.4. L’impacte del sector del ciment sobre el canvi climàtic

02 La indústria del ciment

Font: Fundación Entorno, Empresa y Desarrollo Sostenible (2007) “Eco2nomía. Liderazgo empresarial hacia una economía baja en carbono”

Potencials vies de reducció d’emissions en el procés de fabricació del ciment

Fabricació de clínquer

COMBUSTIBLE: Ús de combustibles alternatius amb menors emissions de CO2

ClínquerMolí de ciment

MATÈRIA PRIMERA: Ús de matèries descarboantades

CIMENT

INCORPORACIÓ DE GUIX I ADDICIONS: Increment del percentatge d’addicions

EMISSIONS DE CO2: Descarbonatació de matèries primeresCombustió

Page 15: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 15

03 Els fangs de depuradora

Page 16: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 16

03 Els fangs de depuradora

3.1 La generació de fangs de depuradora a Catalunya

Segons l’ACA, l’any 2005 es van generar 538.958 t de fangs de depuradora en pes fresc, que corresponen a 139.721 t de fang sec.

Les previsions apunten a un estabilització en la producció de fangs.

La producció de fangs es concentra principalment en l’entorn de la ciutat de Barcelona. Només les EDARs del Besòs i el Prat produeixen un 42% dels fangs secs de Catalunya.

Page 17: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 17

03 Els fangs de depuradora

3.2 Possibilitats de valorització dels fangs de depuradora

Les vies de valorització previstes pel CER per als fangs de depuració d’aigües residuals urbanes són: utilització en profit de l’agricultura, compostatge i utilització en construcció. Tanmateix, el PROGRIC està estudiant l’ampliació d’aquestes opcions.

El PROGRIC 2007-2012 prioritza l’ús dels fangs de depuradora com a combustible alternatiu a les cimenteres davant dels tractaments tradicionals.

Concretament, l’any 2005 s’utilitzaren 21.531 tones de fang de depuradora a Espanya.

A Catalunya s’han realitzat experiències pilot a la planta d’Uniland a Vallcarca i a la planta de Cemex a Sant Feliu de Llobregat.

Font: Agència Catalana de l’Aigua

Agricultura i jardineria

85,6%

Valorització energètica (cimentera)

2,5%

Dipòsits controlats

11,8%

Restauració de pedreres

0,1%

Fangs de depuradora segons destinació final (2005).

Page 18: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 18

0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%

Espanya

Alemanya

Àustria

Suïssa

Holanda

França

Bèlgica

Pneumàtics fora d'ús Farines càrnies i grasses animalsLlots de depuradora Altres combustibles alternatius

Percentatge de substitució de combustibles alternatius per tipus de residu (2004)

El percentatge de substitució de combustibles fòssils per alternatius supera en molts països europeus el 40%.

03 Els fangs de depuradora

3.3 L’ús de fangs de depuradora a Espanya i Europa com a combustible alternatiu en cimenteres

Espanya és un dels països amb més potencial de valorització de residus en cimenteres (tercer país europeu en nombre de plantes) i un dels principals productors de ciment, però es troba al grup de països que utilitzen menys combustibles alternatius.

Page 19: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 19

Valorització iniciada en el període 1976-1985

Valorització iniciada en el període 1986-1995

Valorització iniciada en el període 1996-2000

No hi ha valorització

L’ús de combustibles alternatius en cimenteres europees (UE-15) des de 1975

Lorca

Lemona

Jerez de laFrontera Gador Carboneras

Torredonjimeno

S.Sebastián

Sant Vicenç del Raspeig

Arriorraga

BuñolCastillejo

Villaluenga

Yeles

Fàbriques de clínker sense valorització

Fàbriques de clínkeramb valorització

Fàbriques de clínquer de l’Estat Espanyol

Font: Institut Cerdà (2004). “Ús de combustibles alternatius a fàbriques de ciment”.

3.3 L’ús de fangs de depuradora a Espanya i Europa com a combustible alternatiu en cimenteres

03 Els fangs de depuradora

Page 20: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 20

Els residus utilitzats com a combustibles alternatius han de disposar d’unes característiques determinades.

3.3 L’ús de fangs de depuradora a Espanya i Europa com a combustible alternatiu en cimenteres

03 Els fangs de depuradora

Caracterització dels residus a l’entrada de la planta cimentera per al seu ús com a combustibles

Font: Cementos Rezola (2006) “Segunda Addenda a la Solicitud de Autorización Ambiental Integrada”

pH > 3Altres< 15%Fluor< 50 ppm

Halògens totals(expressats en Cl) <2%

Hg < 10ppmCd + Hg + Tl < 100ppmSb+As+Pb`Cr+Co+Cu`Ni+Mn+V < 0,5%

6%0-20%1.000-10.000

Fangs de depuradora

Grau d’aprofitament tèrmicPCI (Kcal/kg)

PCB

Clor

Metalls

Sofre

Page 21: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 21

04 Valoració sostenibilista

Page 22: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 22

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius

4.1 Balanç energètic

5 kg fang de depuradora(20% de sequedat)

1 kg fang sec(PCI= 3.300kcal/kg)

Energia per l’assecatge3.216 kcal/kg

84BALANÇ TOTAL

3.300Energia obtinguda de cremar 1 kg de fang sec

-3.216Energia necessària per aconseguir 1 kg de fang sec

kcal

Balanç energètic dels fangs de depuradora

Font: Elaboració pròpia

El poder calorífic dels fangs de depuradora és inferior al del coc de petroli:

PCI fangs = 3.300 kcal/kg.

PCI coc de petroli = 7.500 kcal/kg.

Així, són necessaris 2,27 kg de fangs de depuradora prèviament assecats per aconseguir el poder calorífic equivalent a 1 kg de coc de petroli.

Per tal que els fangs de depuradora siguin útils com a combustible alternatiu han de ser prèviament assecats.

Per aconseguir 1 kg de fang sec és necessari invertir 3.216 kcal, un valor molt proper a l’energia que es pot obtenir d’aquests fangs en fer-los servir com a combustible alternatiu.

Page 23: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 23

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius4.1 Balanç energètic

Fins ara, els balanços energètics de l’ús de fangs de depuradoraen cimenteres només han considerat els fangs secs com a combustible, sense incorporar la despesa energètica necessària pel seu assecatge. En aquests supòsit, atès el PCI relativament elevat dels fangs de depuradora secs, l’ús d’aquest combustible pot suposar un estalvi de combustible fòssil rellevant.

Tanmateix, un balanç energètic rigorós obliga a incorporar també l’energia necessària per a l’assecatge dels fangs de depuradora, ja que el contingut d’aigua dels fangs originàriament supera el 70% i necessiten aportacions energètiques externes pera l’assecatge, principalment provinents d’assecadores escalfadesper mitjà de gas natural.

En aquest cas, si es considera l’energia necessària per obtenir els fangs de depuradora secs, la inversió energètica d’assecatge és pràcticament igual a l’energia obtinguda en cremar-los. Així doncs, l’aport energètic dels fangs de depuradora és pràcticament nul.

Page 24: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 24

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius4.1 Balanç energètic

Tot i això, en l’actualitat l’assecatge dels fangs de depuradora es realitza amb independència del seu tractament posterior (abocador, valorització energètica, aplicació al sòl, etc.) amb l’objectiu principal de minimitzar el seu volum (disminució de la quantitat d’aigua continguda), la superfície ocupada i l’impactesocial associat a la seva gestió. L’assecatge d’aquests fangs, realitzat principalment per l’administració pública, està dissenyat per aconseguir la màxima eficiència energètica del procés. Així l’assecatge de fangs de depuradora a Catalunya:

Utilitza gas natural com a combustible, de menys impacte ambiental que altres combustibles d’origen fòssil com el carbó o el petroli.

La pràctica totalitat dels sistemes d’assecatge formen part de plantes de cogeneració energètica i utilitzen part de la calor residual del sistema.

Page 25: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 25

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius

4.2 Emissions a l’atmosfera

Les partícules sòlides totals

L’ús de fangs de depuradora com a combustible alternatiu no afecta l’emissió de partícules. Aquestes emissions no depenen del tipus de combustible utilitzat, sinó de l’eficiència dels filtres.

Els òxids de sofre

El sofre present als fangs de depuradora utilitzats com a combustible pràcticament no afecta les emissions produïdes a les plantes cimenteres. Aquest fet és conseqüència de l’entorn alcalí on tenen lloc els processos de preescalfament, calcinació i sinterització. Així, les emissions de SOx associades als fangs són absorbides i neutralitzades per la matèria primera de naturalesa alcalina. A més, pel que fa a la composició química, el contingut de sofre en pes del coc i dels combustibles alternatius és similar (1-6%) de manera que la substitució de combustible no fa variar les emissions d’aquest contaminant.

Page 26: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 26

Els òxids de nitrogen

Els fangs de depuradora tenen un percentatge més elevat de nitrogen que el coc de petroli, i per tant sembla previsible un augment en la formació de NOx del combustible en la seva utilització.

Tanmateix, no s’ha inventariat enlloc una relació entre la variació de substituciód’aquests combustibles i els NOx emesos.

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius4.2 Emissions a l’atmosfera

El monòxid de carboni

La introducció de fangs de depuradora no comporta un augment en les emissions de CO respecte a l’ús exclusiu de coc de petroli com a combustible.

Page 27: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 27

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius4.2 Emissions a l’atmosfera

Els compostos orgànics totals

Les emissions de compostos orgànics totals (COT) augmenten en introduir fangs de depuradora com a combustibles alternatius.

Segons la normativa vigent (RD 653/2003), l’autoritat competent pot autoritzar una exempció dels nivells límit de COT en determinades circumstàncies.

Els metalls

Els valors de les emissions de metalls volàtils, principalment Hg en els fangs de depuradora, quan s’utilitzen com a combustible alternatiu no superen en cap cas la normativa vigent.

La retenció dels metalls no volàtils i semivolàtils en el forn del clínquer pot arribar pràcticament a un 100%.

Page 28: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 28

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius4.2 Emissions a l’atmosfera

Les dioxines i els furans

Els valors de dioxines i furans detectats amb la introducció de fangs de depuradora com a combustibles alternatius a les cimenteres no es diferencien substancialment dels valors associats a l’ús del coc de petroli com a combustible.

Sempre que l’alimentació dels fangs es faci al cremador principal, la seva influència en les emissions de dioxines i furans serà nul·la. En aquesta part del forn es donen les condicions òptimes per evitar l’emissió de dioxines i furans:

• Llargs temps de residència (>5 segons).• Elevades temperatures de combustió (aproximadament 1.200 ºC als

gasos i prop de 2.000 ºC a la flama del cremador principal).• Turbulència.• Excés d’oxigen.

Page 29: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 29

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius

4.3 Emissions de gasos amb efecte d’hivernacle

En el context del protocol de Kioto, l’ús de fangs de depuradora com a combustibles alternatius a la indústria del ciment té un efecte neutre respecte les emissions de CO2, és a dir, no comptabilitzen.

Per cada tona de fang de depuradora sec utilitzat com a combustible alternatiu s’estalviarien de comptabilitzar 1,32 t de CO2.

Per substituir un 10% de coc de petroli necessari per produir un milió de tones de clínquer (és a dir, 11.250 t de coc) es necessiten 25.570 tones de fangs dedepuradora secs.

La producció d’1 milió de tones de clínquer amb una substitució d’un 10% de coc de petroli per fangs de depuradora estalvia la comptabilització de 33.750 tones de CO2. Aquest valor representa prop d’un 6,5% del CO2 corresponent al procés de descarbonatació i un 4% del CO2 emès per la fàbrica.

Page 30: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 30

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius4.3 Emissions de gasos amb efecte d’hivernacle

Si es considera en el balanç de les emissions de CO2 l’assecatge dels fangs de depuradora per fer-los aptes per la combustió, l’estalvi d’emissions es redueix a 0,62 t de CO2 per tona de fang utilitzat, un 50% menys que si no es consideraaquest supòsit.

Considerant l’energia necessària per l’assecatge dels fangs de depuradora en la fàbrica tipus de l’apartat anterior (substitució d’un 10% de coc de petroli per fangs de depuradora secs en una fàbrica amb una producció d’1 milió de tones de clínquer anual) l’estalvi de les emissions es reduiria a unes 16.027 tones de CO2 . Aquest valor representaria:

• Un 3% del CO2 corresponent al procés de descarbonatació. • Un 1,8% del CO2 emès per la fàbrica.

Assecatge

Page 31: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 31

Si es considera el transport de fangs de depuradora vs de coc de petroli:

• Transport marítim del coc de petroli: implica unes emissions d’aproximadament 33,6 kg CO2 per tona de combustible transportat de Mèxic a Catalunya.

• Transport per carretera de fangs de depuradora o del coc de petroli: s’estimen en 0,032 kg de CO2 per km i tona transportada. Tot i que la distància recorreguda pel transport de fangs fos de 100 km les emissions de CO2 (3,2 kg de CO2/t de fang) disten molt de les associades a l’assecatge (més de 700 kg de CO2/t de fang).

Transport

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius4.3 Emissions de gasos amb efecte d’hivernacle

Page 32: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 32

Balanç de CO2

3,6--

3,6

2,27 tones de fang sec (sense energia ad. en assecatge)

3.0373.000

-37

1 tona de coc de petroli

1.599,2-

1.595,63,6

2,27 tones de fang sec (amb energia ad. en assecatge)

Assecatge dels fangs de depuradora

EMISSIONS TOTALSCombustió (considerant Kioto)

Transport

Origen emissions

Font: Elaboració pròpia

Emissions de CO2 associades al tipus de combustible (kg CO2)

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius4.3 Emissions de gasos amb efecte d’hivernacle

La substitució de coc de petroli per la quantitat de fangs de depuradora equivalent per a produir la mateixa energia, considerant l’assecatge de fangs i el seu transport, suposarien un estalvi d’uns 1.436 kg de CO2 per tona de coc substituït.

Page 33: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 33

La substitució d’un 10% del coc de petroli necessari per generar 1 t de clínquer per fangs de depuradora suposa, a part de l’estalvi d’aquest recurs no renovable i la correcta gestió d’aquests residus, una reducció en la comptabilitzaciód’emissions de CO2 de 33.750 t segons el protocol de Kioto.

-16.027-33.750Emissions de CO2 (t)3.300

25.570

Fangs de depuradora (sense en. ad. assecatge)

3.300

25.570

Fangs de depuradora (amb en. ad. assecatge)

Quantitat de combustible alternatiu necessari per la substitució (t)PCI (kcal/kg)

Combustible alternatiu

Font: Elaboració pròpia.

Emissions de CO2 derivades de la substitució d’un 10% de coc de petroli per la quantitat de combustible alternatiu necessari per produir la mateixa energia

Si considerem l’energia necessària per a assecar-los, obtindríem un estalvi final en la comptabilització de 16.027 t de CO2.

Com aconseguir maximitzar l’eficiència energètica i minimitzar les emissions globals de CO2? Assecant els fangs a les mateixes cimenteres, a partir de la calor residual del forn de clinquerització.

04 Anàlisi d’experiències en combustibles alternatius4.3 Emissions de gasos amb efecte d’hivernacle

Balanç de CO2

Page 34: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 34

05 Conclusions

Page 35: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 35

05 Conclusions

1. L’ús de fangs de depuradora no representa, des del punt de vista ambiental i de la salut de les persones, diferències significatives respecte a l’ús de coc de petroli.

2. Fa més de trenta anys que països com Alemanya, Suïssa o Holanda utilitzen combustibles alternatius en les seves cimenteres, sense que les autoritats sanitàries i ambientals corresponents hagin trobat motius per a qüestionar aquesta activitat. A Holanda el 42% del coc de petroli és substituït per llots de depuradora. Espanya està a la cua europea quant a aquesta opció, amb una substitució dels combustibles convencionals per fangs de depuradora de menys de l’1%.

3. En totes les proves pilot fetes a Catalunya a què s’ha tingut accés, les emissions derivades de l'ús de combustibles alternatius s'adeqüen als límits establerts per la normativa vigent. La legislació referent a les emissions derivades de l’ús de combustibles alternatius és més estricte que la dels combustibles tradicionals.

Conclusions

Page 36: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 36

05 Conclusions

4. Els valors de les emissions amb l’ús de fangs de depuradora són del mateix ordre que els associats amb l’ús de combustibles convencionals. Aquest fet no exclou que s’efectuï una vigilància regular dels valors d’immissió a l’entorn de les cimenteres per tal de poder avaluar amb exactitud la seva incidència sobre la salut de les persones. Aquesta vigilància es fa actualment mitjançant les estacions de la Xarxa de Vigilància i Previsió de la Contaminació Atmosfèrica. Així mateix, i d’acord amb les recomanacions del Ministerio de Educación y Ciencia (2005), convindria mantenir sistemes de control de dioxines i furans, ja que futurs canvis en el funcionament dels sistemes podrien eventualment donar lloc a la generació d’aquests compostos.

5. La utilització d’aquests residus com a combustibles alternatius simplifica la seva gestióa nivell global. Tanmateix, prioritzar la crema de fangs de depuradora com a via de gestió principal contradiu la jerarquia de tractament establerta per la Llei 15/2003 de 13 de juny. Tot i això, cal fer un balanç entre aquesta jerarquització i el principi de proximitat i autosuficiència en cada situació concreta.

6. La utilització de fangs de depuradora implica disminuir la dependència energètica exterior (coc de petroli, combustible tradicionalment utilitzat de formaexclusiva per a la fabricació de ciment, amb una taxa de renovació més elevada). Atès que la seva generació va associada a la depuració d’aigües, els fangs de depuradora sempre estaran disponibles.

Conclusions

Page 37: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 37

Conclusions

7. S’hauria d’establir una estratègia de gestió integral dels fangs de depuradora que contempli altres vies de gestió i que maximitzi l’eficiència energètica dels processos associats a aquesta gestió.

8. Des del punt de vista del balanç energètic i d’emissions de CO2, el més eficient seria fer l’assecatge dels fangs a les mateixes cimenteres, a partir de la calor residual del forn de clinquerització, per tal de maximitzar l’eficiència energètica i, per tant, minimitzar les emissions globals de CO2 a l’atmosfera.

9. El balanç energètic seria encara més positiu, i les emissions de CO2 inferiors, si es recorrís al transport dels fangs amb vaixell en el cas de depuradores i cimenteres situades prop de ports. Les emissions associades al transport dels fangs frescos serien molt inferiors a les emissions derivades de realitzar l’assecatge a la pròpia estació depuradora.

05 Conclusions

Page 38: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres: interès energètic i impacte ambientalIV Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d'aigües residuals

Abril de 2009 38

DEBILITATS

FORTALESES

AMENACES

OPORTUNITATS

L’assecatge dels fangs no es produeix a les cimenteres i, per tant, no s’acostuma a comptabilitzar en els balanços energètics o d’emissions de CO2.Manca de transparència i comunicació dels impactes derivats de la fabricació del ciment.

Calen estudis independents que avalin els resultats obtinguts per les cimenteres: fer una anàlisi de cicle de vida incorporant les diferents hipòtesis plantejades i considerant l’assecatge dels fangs i el seu transport.Poca acceptació social per desconeixement.

Disminueix el consum de recursos i l’impacte associat a la seva extracció.Disminueixen les emissions globals, ja que l’impacte de la cimentera no s’incrementa i s’evita l’impacte de la gestió del residu en un altre lloc.Compliment estricte de la normativa vigent.Menor dependència energètica (del coc de petroli).

Possibilitat d’utilitzar la calor residual generada en el procés de producció de ciment com a energia per a l’assecatge de fangs, optimitzant l’eficiència energètica del procés i disminuint les emissions de CO2 associades.Fer un seguiment de les dades d’emissions de contaminants de les cimenteres un cop es connectin on-time al DMAH.Nova via de gestió de residus.

Conclusions

Anàlisi DAFO

05 Conclusions

Page 39: Els fangs de depuradora com a combustible en cimenteres ...aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/jornadatecnica004/15...Llots de depuradora Altres combustibles alternatius Els fangs

ERF Gestió i Comunicació Ambiental, S.L.Balmes 18, 1r 1a · 08007 BarcelonaT. 93 301 23 29 · F. 93 301 23 21

[email protected] · www.erf.cat