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NUEVOS AVANCES EN LA INCINERACIÓN DE
RESIDUOS URBANOS
GASIFICACIÓNY
COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS
Carlos Guijarro Castro(Director Técnico SUFI)
-Mayo de 2.009-
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. LEGISLACIÓN APLICABLE
3. SOLUCIÓN PROPUESTA. TRATAMIENTO INTEGRAL
4. PROCESO MECÁNICO-BIOLÓGICO
5. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA. INCINERACIÓN
6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA. GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA (DIRECT MELTING)
7. CARACTERÍSTICAS DEL COMBUSTIBLE ALTERNATIVO
8. VENTAJAS DEL SISTEMA PROPUESTO
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1. INTRODUCCIÓN1.1. Producción de R.U. en España
•La generación de RSU en España ha aumentado un 60% en los últimos 15 años, estimándose en unos 528 kg de residuo por habitante y año.
•El rechazo enviado a vertedero es de entre el 50%-70% de las toneladas de residuo tratado, desaprovechándose un material con gran contenido energético de origen.
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1. INTRODUCCIÓN1.2. Generación por Comunidades
100,0%24.356.31546.157.8221,446TOTAL0,2%44.62071.4481,711Melilla
0,2%43.75577.3891,549Ceuta
0,7%162.011317.5011,398La Rioja
4,5%1.099.1352.157.1121,396País Vasco
1,2%289.840620.3771,280Navarra
2,6%624.6361.426.1091,200Murcia
14,7%3.587.0956.271.6381,567Madrid
3,8%924.7622.784.1690,910Galicia
2,0%486.8221.097.7441,215Extremadura
10,8%2.625.2005.029.6011,430Valencia
17,7%4.300.6227.364.0781,600Cataluña
3,5%842.6772.043.1001,130Castilla-La Mancha
4,3%1.043.5702.557.3301,118Castilla y León
1,4%342.093582.1381,610Cantabria
6,3%1.523.0342.075.9682,010Canarias
3,2%791.0081.072.8442,020Baleares
2,2%536.1811.080.1381,360Asturias
2,6%634.4661.326.9181,310Aragón
18,3%4.454.7908.202.2201,488Andalucía
DistribuciónProducción(t/año)
PoblaciónPadrón 2.008kg/hab/día
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1. INTRODUCCIÓN1.3. Plan de Energías Renovables
•El Plan de Energías Renovables (PER) estima en un 12,1% el consumo de energía primaria abastecido en el 2.010 por las energías renovables.
•La valorización térmica de los RSU implica una alternativa a los residuos fósiles y un menor vertido de los mismos, con las consecuentes ventajas económicas y ecológicas.
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1. INTRODUCCIÓN1.4. Potencial Energético del R.U.
•En España actualmente el potencial energético de los RSU asciende a 2,1 Mtep, para una cantidad de 15,8 millones de toneladas de RSU (65% del total de RSU producido).
COMPOSICIÓN MEDIA R.U. EN ESPAÑA
100,0%TOTAL
12,3%Otros
1,0%Maderas
4,1%Metales
7,0%Vidrio
10,6%Plásticos
21,0%Papel-cartón
44,0%Materia Orgánica
PorcentajeComponente
Fuente: II Plan Nacional de R.U.
Materia Orgánica
Papel-cartón
Plásticos
Vidrio
Metales
Maderas
Otros
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1. INTRODUCCIÓN1.5. Producción Eléctrica Potencial
24% ORGÁNICO Biodegradable
20% ORGÁNICONo Biodegradable
10% RECICLABLE
37% COMBUSTIBLE
9% INERTE
Biometanización25t x 120 m3/t x 5.000 kcal/m3------------------------------------ x 0,38 = 6.628 kwhe
860 kcal/kwh
Si por cada 100 ton de RSU se generan 34.593 kwhe, con las 24.356.315 ton estimadas para 2.009, se generarían aproximadamente 8.425,6 Gwhe/año
37t x 2.600 kcal/kg------------------------- x 0,25 = 27.965 kwhe
860 kcal/kwh
Estabilización
Valorización Térmica
CompostEnmienda Orgánica
Equivalente al consumo de:
1,5 millones deViviendas Estándar
Equivalente al consumo de:
1,8 millones de m3/añode gas natural
Equivalente al consumo de:
4,5 millones de ton/añode gasoil
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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.1. Directiva Aplicable 2008/98/CE
Directiva 2008/98/CE
Relativa a los Residuos
Directiva 2000/76/CERelativa a la
Incineración de Residuos
Directiva1999/31/CE
Relativa al Vertido de Residuos
Directiva1994/62/CE
Relativa a los Envases y sus
Residuos
RECICLAJE VALORIZACIÓN
ENERGÉTICA
VERTIDO
Real Decreto653/2003
de Incineración de Residuos
Real Decreto1481/2001
de Eliminación de Residuos en Vertedero
Ley11/1997
de Envases y Residuos de
Envases
Trasposición Trasposición Trasposición
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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.2. Definiciones
TRATAMIENTO
Operaciones de valorización o eliminación, incluidas la preparación anterior a la valorización o eliminación.
VALORIZACIÓN
Cualquier operación cuyo resultado principal sea que el residuo sirva a una finalidad útil al sustituir a otros materiales que de otro modo se habrían utilizado para cumplir una función particular, o que el residuo sea preparado para cumplir esa función, en la instalación o en la economía en general.
ELIMINACIÓN
Cualquier operación que no sea la valorización, incluso cuando la operación tenga como consecuencia secundaria el aprovechamiento de sustancias o energía.
DIRECTIVA 2008/98/CE, artículo 3
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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.3. Jerarquía de Residuos
DIRECTIVA 2008/98/CE, artículo 4
La presente jerarquía de residuos servirá de orden de prioridades en la legislación y la política sobre la prevención y la gestión de los
residuos:
a) prevención;
b) preparación para la reutilización;
c) reciclado;
d) otro tipo de valorización, por ejemplo,la valorización energética; y
e) eliminación
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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.4. Operaciones de Valorización
DIRECTIVA 2008/98/CE, anexo II
R1 Utilización principal como combustible u otro modo de producir energía
R2 Recuperación o regeneración de disolventes
R3 Reciclado o recuperación de sustancias orgánicas que no se utilizan como disolventes (incluidos el compostaje y otros procesos de transformación biológica)
R4 Reciclado o recuperación de metales y de compuestos metálicos
R5 Reciclado o recuperación de otras materias inorgánicas
R6 Regeneración de ácidos o de bases
R7 Valorización de componentes utilizados para reducir la contaminación
R8 Valorización de componentes procedentes de catalizadores
R9 Regeneración u otro nuevo empleo de aceites
R10 Tratamiento de los suelos que produzca un beneficio a la agricultura o una mejora ecológica de los mismos
R11 Utilización de residuos obtenidos a partir de cualquiera de las operaciones numeradas de R1 a R10.
R12 Intercambio de residuos para someterlos a cualquiera de las operaciones enumeradas entre R1 y R11
R13 Almacenamiento de residuos en espera de cualquiera de las operaciones numeradas de R1 a R12
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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.4. Operaciones de Valorización
DIRECTIVA 2008/98/CE, anexo II
R1 Utilización principal como combustible u otro modo de producir energía
Se incluyen aquí las instalaciones de incineración destinadas al tratamiento de residuos sólidos urbanos sólo cuando su eficiencia energética resulte igual o superior a:
• 0,60 tratándose de instalaciones en funcionamiento y autorizadas conforme a la legislación comunitaria aplicable desde antes del 1 de enero de 2.009;
• 0,65 tratándose de instalaciones autorizadas después del 31 de diciembre de 2.008.
aplicando la siguiente fórmula:
Eficiencia Energética = (Ep - (Ef + Ei)/(0,97 x (Ew + Ef))
donde:
Ep es la energía anual producida como calor o electricidad, que se calcula multiplicando la energía en forma de electricidad por 2,6 y el calor producido para usos comerciales por 1,1 (GJ/año).Ef es la aportación anual de energía al sistema a partir de los combustibles que contribuyen a la producción de vapor (GJ/año).Ew es la energía anual contenida en los residuos tratados, calculada utilizando el poder calorífico neto de los residuos (GJ/año).Ei es la energía anual importada excluyendo Ew y Ef (GJ/año).
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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.4. Operaciones de Valorización
DIRECTIVA 2008/98/CE, anexo II
R3 Reciclado o recuperación de sustancias orgánicas que no se utilizan como disolventes (incluidos el compostaje y otros procesos de transformación biológica)
Esto incluye la gasificación y la pirólisis que utilizan los componentes como elementos químicos.
R5 Reciclado o recuperación de otras materias inorgánicas
Esto incluye la limpieza del suelo que tenga como resultado la valorización del suelo y el reciclado de materiales de construcción inorgánicos.
R12 Intercambio de residuos para someterlos a cualquiera de las operaciones enumeradas entre R1 y R11
Si no hay código R apropiado, pueden quedar incluidas aquí las operaciones iniciales previstas a la valorización, incluido el tratamiento previo, tales como, entre otras, el desmontaje, la clasificación, la trituración, la compactación, la peletización, el secado, la fragmentación, el acondicionamiento, el reenvasado, la separación, la combinación o la mezcla, previas a cualquiera de las operaciones enumeradas de R1 a R11.
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3. SOLUCIÓN PROPUESTA.TRATAMIENTO INTEGRAL
ENTRADA100%
Materiales Reciclables
9%
PRETRATAMIENTO MECÁNICO
AUTOMATIZADO
FRACCIÓN ORGÁNICA
41%
FRACCIÓN INORGÁNICA
50%
COMPOSTAJEESTABILIZACIÓN
Compost14%
VALORIZACIÓN ENERGÉTICA
INCINERACIÓNGASIFICACIÓN ALTA
TEMPERATURA
RECHAZO AFINO12%
Vitrificado2%
GAS DE SÍNTESISEnergía Eléctrica
850 kWh/ton
VERTIDO CERO
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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.1. Justificación del Proceso
Proceso diseñado para cumplir con la jerarquía de gestión de Residuos Urbanos como “c) reciclado” y d) otro tipo de valorización":
CONDICIONANTES
•Máximo reciclado o recuperación de sustancias orgánicas – R3 (compostaje o estabilización, gasificación).
•Máxima recuperación de metales y de compuestos metálicos – R4 (selección de férricos y aluminio).
•Máxima recuperación de otras materias inorgánicas – R5 (selección de vidrio, plásticos, briks, etc.).
•Objetivo Final: Vertido CERO.
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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.2. Recuperación de Materiales
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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.2. Recuperación de Materiales
Fuente: SUFI, Planta de Mataró
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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.2. Recuperación de Materiales
Fuente: SUFI, Planta de Mataró
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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.3. Estabilización de Orgánico
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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.3. Estabilización de Orgánico
Fuente: SUFI, Planta de Mataró
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5. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.INCINERACIÓN
INCINERACIÓN
DEFINICIÓN
Oxidación completa (exceso O2) para producir:
Calor (Componente Útil) -> CICLO DE VAPOR -> ENERGÍA ELÉCTRICA
VARIABLES DE PROCESO
Proporción del Oxígeno: 20 - 40% superior al estequiométrico.Temperatura: 850 – 1.200 ºC.
Características del combustible: Residuo en Masa o Seleccionado (> 1.000 Kcal/Kg).
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5. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.INCINERACIÓN
CÁMARA DE COMBUSTIÓN
TRATAMIENTODE GASES
ESCORIAS
AIRE
RESIDUO
TURBINA GENERADOR ELECTRICIDAD
PÉRDIDAS
Rendimiento Térmico : 85%
RendimientoTotal: 23%
CHIMENEA
CENIZAS
GASES
CALDERADE VAPOR
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5. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.INCINERACIÓN
HornoCámara de Oxidación
Caldera de Recuperación
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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA
(DIRECT MELTING)
La Gasificación es definida por la Directiva 2008/98/CE como “R3 - Reciclado o recuperación de sustancias orgánicas que no se utilizan como disolventes”
INCONVENIENTES
VENTAJAS
• Inversión algo mas elevada que la incineración.•Mismos inconvenientes de la pirólisis.
•Inversión muy elevada.
•Gasificación parcial.
•Las cadenas largas no se rompen produciendo alquitranes, dioxinas y furanos.
•Producen cantidad de residuos no gasificados completamente.
•Producen subproductos contaminantes y no comercializables.
• Bajas emisiones. La atmósfera reductora evita la formación de dioxinas y furanos que por la alta temperatura son destruidos totalmente.
• Vertido CERO, el proceso solo produce gases combustibles, vapor de agua y ácidos orgánicos en forma vítrea.
•Tecnología contrastada y aplicada al tratamiento de todo tipo de residuos (Japón).
•Proceso similar a la pirólisis pero en un ambiente de alta presión (17 atm).
•Aumenta la eficacia del proceso de pirólisis.
•Alternativa a la incineración.
•Tecnología contrastada, aunque por el momento aplicada solo en ciertos sectores (aceites, neumáticos).
A Alta Temperatura
(Direct Melting)
A PresiónA Baja Temperatura
(Pirólisis/Termólisis)
TECNOLOGÍAS DE GASIFICACIÓN
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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA
(DIRECT MELTING)
TECNOLOGÍA PROBADA DERIVADA DE LOS ALTOS HORNOS
DIRECT MELTING
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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA
(DIRECT MELTING)
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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA
(DIRECT MELTING)
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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA
(DIRECT MELTING)
•La alta temperatura (1.600 ºC) y la atmósfera reducida del lecho hace que se suprima enormemente la formación de dioxinas. Las pocas dioxinas producidas se descomponen gracias a la alta temperatura y un tiempo de residencia adecuado en la cámara de combustión secundaria.
62 mg/Nm3200 mg/Nm3NOx
< 1mg/Nm310 mg/Nm3Partículas
< 0,0001ng_TEQ/Nm30,1ng-TEQ/Nm3Dioxinas
Valores
Habituales
Directiva 2000/76
Límites de Emisión
•La alta temperatura y presión negativa del horno disminuye el riesgo de explosión y de licuado del gas.
•El diseño del horno hace que la alimentación se realice de manera continua y de manera sencilla.
•La utilización de coque como combustible junto al propio residuo hace mas estable y fácil la operación.
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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA
(DIRECT MELTING)
VENTAJAS DEL PROCESO
1. ALTA EFICIENCIA EN LA PRODUCCIÓN DE CALOR O ELECTRICIDAD
2. SUPRESIÓN DE LA FORMACIÓN DE DIOXINAS
3. PROCESO REAL Y DE OPERACIÓN SEGURA
4. RECUPERACIÓN DE VITRIFICADO DE ALTA CALIDAD Y METALES
5. FUNCIONAMIENTO CONTRASTADO
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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA. GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA
(DIRECT MELTING)
2
2
2
2
1
2
2
2
2
3
Líneas
Marzo 2.008Mezclado (incluso voluminosos)91.250 t/añoChikushino/ogori/Motoyama Association, FUKUOKA10
Noviembre 2.006
Mezclado (incluso voluminosos)35.770 t/añoHamada Area Association, SHIMANE9
Marzo 2.006Mezclado (incluso voluminosos)29.200 t/añoAki Area Association, KOCHI8
Marzo 2.006Mezclado e Industrial (incluso inquemados incineradora)
52.925 t/añoIbaraki Environment Protection Foundation, IBARAKI7
Febrero 2.004RDF114.610 t/añoFukuyama Recycle Power Corp., HIROSHIMA6
Marzo 2.003Mezclado (incluso voluminosos)40.150 t/añoSaiki Area Association, OITA5
Marzo 2.003Mezclado (incluso voluminosos)58.400 t/añoMorioka/Shiwa Area Association, IWATE4
Febrero 2.003Mezclado (incluso voluminosos)13.870 t/añoHidaka-Chubu Association, HOKKAIDO3
Marzo 2.003Mezclado (incluso voluminosos)43.800 t/añoAmagi/Asakura/Mitsui Association, FUKUOKA2
Marzo 2.003Mezclado (incluso voluminosos)70.080 t/añoKahamihara City, GIFU1
AntigüedadTipo ResiduoCapacidad
3 4 6 10
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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO
7.1. Desarrollo de Tecnologías
SUFI, S.A. desarrolla proyectos de I+D+i encaminados a la
utilización en plantas de valorización del RDF preparado
a partir del rechazo del RU
Proyecto para desarrollo de técnicas de valorización de rechazos de RCD y
RSU, y su aprovechamiento como combustible, en unión con Geocycle
(HOLCIM)
PROYECTO DESARROLLO TECNOLOGÍAS COMBUSTIBLE ALTERNATIVO
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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO
7.2. Preparación del Combustible
Línea de Preparación de RDF Combustible
El rechazo obtenido en las líneas de resto, envases, voluminosos y la fracción gruesa extraída en el proceso de afino, es triturado para conseguir la granulometría adecuada y alimentado a foso.
Del foso se alimentará a almacenamiento intermedio del RDF para el secado térmico.
En el sistema de secado se deshidratará el residuo. Con esta medida se consigue aumentar la calidad del producto que se llevará a Valorización, lo que se traduce en un incremento del poder calorífico del residuo.
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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO
7.3. Potencial Energético del R.U.
Variación TípicoResiduos de comida 600-800 700 8Madera 4.000-5.000 4.600 2Papel y cartón 2.400-4.000 2.500 12Plásticos 6.200-7.200 6.600 3Textiles 3.000-4.000 3.400 6Vídrio 98Metales 98
Nota: Valoración sobre base secaFuente: Gestión integral sobre los residuos sólidos
PCI en Kcal/kg Cenizas y otros rechazos en %COMPONENTES
CONTENIDO ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO
7.4. Composición del Combustible
Materiales no combustibles (piedras,
cristal, metales) 1%
Otras fuentes de energía fósiles (textiles, goma, compuestos, etc) 25%
Plásticos 9%
Fuentes de energía renovables (papel,
textiles, materia orgánica, resto de ignición de las
partículas finas) 65%•Poder calorífico: 16-18 MJ/kg•Contenido en agua: 15% en peso•% de transferencia total de residuo: 53% en peso•% de transferencia total de biomasa: 34% en peso de residuo
Composición en % en peso del producto combustible obtenido a partir de RDF
![Page 35: Guijarro](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022042713/54602a81af79593c758b51ee/html5/thumbnails/35.jpg)
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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO
7.5. Comparativa Composición RDF-Biomasa
![Page 36: Guijarro](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022042713/54602a81af79593c758b51ee/html5/thumbnails/36.jpg)
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Factor de emisión de CO2 global
Poder calorífico
Emisiones específicas de
CO2 global
Posibilidad de energía
renovable
Emisiones específicas de
CO2 fósil
Factor de emisión de CO2 fósil
g CO2/MJ MJ/kg g CO2/kg % g CO2/kg g CO2/MJ
Carbón puro 111 8,6 955 0 955 111
Carbón de antracita 93 29,7 2762 0 2762 93
Fuel-oil 74 35,4 2620 0 2620 74
Gas natural 56 31,7 1775 0 1775 56
Combustible RDF 71 15 1065 66,8 354 24
Fuente de energía
EMISIONES EFECTIVAS DE CO2 A LA ATMÓSFERAComparación entre fuentes de energía fósiles y energía procedente de RDF
7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO
7.6. Emisiones de CO2
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8. VENTAJAS DEL SISTEMA PROPUESTO
•Sostenibilidad Medioambiental y Social
•Valorización del Residuo No Aprovechable como Energía Eléctrica y/o Biocombustible
•Recuperación de Calor
•Instalación de Vertido Mínimo, reduciendo al máximo la necesidad de Vertederos
•No Produce Cenizas y/o Escorias
•No Emite Gases Contaminantes
AHORRO DE EMISIONES DE CO2 Y GASES DE EFECTO INVERNADERO, POR LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE
Y ELIMINACIÓN DEL VERTEDERO