Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos

Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 1 RESUMEN El proyecto se centrará en el estudio del balance energético y huella de CO2 (Estudio Eco- Audit) del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) gestionados en las plantas de recuperación energética (planta incineradora) de Cataluña. Se cuantificará el contenido del vidrio en las escorias de incineración y se valorará su utilización como árido secundario, en el campo de la construcción. Los resultados obtenidos se compararán con aquellos obtenidos a partir de áridos naturales y con los correspondientes al reciclaje del vidrio, para la obtención de envases, estableciéndose el correspondiente ahorro energético y emisiones de CO2 para ambos procesos. Para la obtención de resultados, se han seleccionado las etapas dominantes de cada proceso bajo los criterios del estudio Eco-Audit o Eco-auditoría [1], en cuanto a valores energéticos y de emisiones de CO2. Una vez seleccionadas las etapas, se han elaborado los diferentes esquemas de proceso, mostrando los consumos de energía (entradas) y las emisiones emitidas (salidas), para cada uno de los métodos de fabricación. Los resultados han sido extraídos a partir de diferentes citas bibliográficas. Éstos pretenden dar una estimación de la cantidad de energía consumida, en los diferentes procesos, así como también de la emisión de CO2 proporcionada a la atmosfera. Los resultados concluyen y reafirman, la viabilidad de las dos vías de reciclaje del vidrio contenido en los residuos sólidos urbanos. Se observa que el reciclaje del vidrio, para envases o como material de construcción, es inmediatamente inferior en términos energéticos y de emisiones de CO2, al proceso productivo a partir de la extracción de fuentes primarias. Pág. 2 Memoria Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 3 SUMARIO RESUMEN ___________________________________________________ 1 SUMARIO ____________________________________________________ 3 1. INTRODUCCIÓN __________________________________________ 5 1.1. Objetivos del proyecto .................................................................................... 6 1.2. Alcance del proyecto ...................................................................................... 6 2. GESTIÓN Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS ____________________ 7 2.1. Definición ........................................................................................................ 7 2.2. Clasificación ................................................................................................... 7 2.2.1. Según su composición ...................................................................................... 7 2.2.2. Según su origen ................................................................................................ 8 2.3. Gestión de los Residuos Sólidos Urbanos en Cataluña ................................ 9 2.3.1. Definición de Residuo Sólido Urbano ............................................................... 9 2.3.2. Etapas del proceso ......................................................................................... 10 3. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA: INCINERACIÓN _______________ 18 3.1. Introducción .................................................................................................. 18 3.2. Funcionamiento ............................................................................................ 19 3.2.1. Ventajas e inconvenientes de la valorización ................................................. 20 3.2.2. Problemática Medioambiental de la incineración ............................................ 21 3.3. Residuos de combustión .............................................................................. 22 3.3.1. Cenizas ........................................................................................................... 22 3.3.2. Escorias .......................................................................................................... 23 4. ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA _____________________________ 28 4.1. Introducción .................................................................................................. 28 4.2. Estudio Eco-Auditoría .................................................................................. 29 5. MATERIALES ____________________________________________ 33 5.1. Introducción .................................................................................................. 33 5.2. Características generales ............................................................................ 33 5.3. El vidrio contenido en los RSU..................................................................... 35 5.3.1. Recogida selectiva: Envases .......................................................................... 35 5.3.2. Escoria de incineración de la Fracción Resto: Material granular .................... 39 5.4. Materias primas ............................................................................................ 44 5.4.1. Vidrio ............................................................................................................... 44 Pág. 4 Memoria 5.4.2. Árido natural ....................................................................................................46 6. ESTIMACIONES __________________________________________ 48 6.1. Análisis Eco-Auditoría del vidrio .................................................................. 48 6.1.1. Envases reciclados ..........................................................................................50 6.1.2. Envases 100% fuentes primarias ....................................................................51 6.2. Análisis Eco-Auditoría del árido ................................................................... 53 6.2.1. Escorias de incineración ..................................................................................53 6.2.2. Árido natural ....................................................................................................54 7. RESULTADOS ___________________________________________ 56 7.1. Vidrio para envases ..................................................................................... 56 7.2. Árido ............................................................................................................. 57 8. VIABILIDAD ECONÓMICA __________________________________ 59 9. IMPACTO AMBIENTAL ____________________________________ 60 CONCLUSIONES _____________________________________________ 61 AGRADECIMIENTOS __________________________________________ 62 BIBLIOGRAFIA _______________________________________________ 63 Referencias bibliográficas ..................................................................................... 63 Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 5 1. INTRODUCCIÓN En la actualidad son numerosos los estudios acerca de los ciclos de vida de los materiales usados comúnmente, con la finalidad de investigar y evaluar todos los impactos ambientales asociados con producto durante todas las etapas de su existencia (extracción, producción, distribución, uso y desecho). Uno de los mayores impactos ambientales detectados es la emisión de CO2 generada en el ciclo de vida de los productos. Teniendo en cuenta que un mismo producto tiene maneras diferentes de obtenerse, es de interés evaluar todos y cada uno de los procesos con la finalidad de concluir cuál es proceso óptimo en cuanto a términos de consumo energético e impacto ambiental. Una forma de paliar los problemas sociales y medioambientales asociados a la producción y vertido de residuos, es desarrollar un proceso que permita reciclar los residuos a través de su transformación en materiales útiles. Concretamente este proyecto se centrará en el estudio del vidrio doméstico obtenido mediante dos vías de gestión de los Residuos Sólidos Urbanos: La Recogida Selectiva y la Recogida No Selectiva o Fracción Resto. El estudio se focaliza en la gestión de los Residuos Sólidos Urbanos generados en la Comunidad de Cataluña, comunidad de 32 000 km² de superficie y con 7.438.696 habitantes [2]. Cataluña, generó un total de 3.731.439,92 t de residuo sólido urbano en el pasado año 2012, de los cuales se recogieron selectivamente un total, 1.457.764 t, mientras que las restantes 2.273.867 t compusieron la denominada fracción resto [3]. Del total de la recogida selectiva, un 11.6% se correspondió con el vidrio, mientras que un 11.5% de la fracción resto (con un contenido aproximado del 4% de vidrio [4]), fue a parar a las plantas de recuperación energética (plantas incineradoras) como tratamiento finalista. Sin embargo, el vidrio obtenido mediante estos dos tipos de recogidas, finalizan en aplicaciones diferentes: Envases y material secundario en el campo de la construcción. El presente proyecto analizará el consumo energético así como también las emisiones de CO2, generados en cada etapa dominante del proceso productivo, bajo los criterios de la Eco-Auditoría. Éstos serán posteriormente comparados con las otras alternativas de producción de éste, cuyas materias primas se obtienen a partir de fuentes primarias. De esta manera se comparará la recogida selectiva del vidrio y la obtención de envases a partir de fuentes secundarias, con la producción de un envase a partir de 100% materias primarias; y la recogida no selectiva de la fracción resto, hasta la obtención de la escoria de incineración, con la extracción y producción de árido natural. Pág. 6 Memoria 1.1. Objetivos del proyecto El objetivo del presente proyecto es el de evaluar, en cuanto a valores energéticos y de emisión de CO2, las dos vías de tratamiento de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU), las cuales serán posteriormente comparadas con el proceso productivo a partir de la extracción de fuentes primarias. De esta manera se pretende obtener una estimación de los consumos y emisiones generados, con la finalidad de estudiar la viabilidad de ambos procesos de tratamiento de los RSU, en lo referente al reciclado o reutilización del vidrio contenido en el mismo. Concretamente se hará un mayor hincapié en el material granular obtenido a partir de las escorias de incineración de los RSU, cuya aplicación actual es como material secundario en el campo de la construcción, en subbase de carreteras o como material de relleno. La incineración de RSU implica grandes consumos de energía así como también elevadas emisiones a la atmosfera. La comparación del proceso con la producción de árido natural, genera un gran interés para poder evaluar la viabilidad del reciclado. 1.2. Alcance del proyecto El estudio se centra en la gestión de los Residuos Sólidos Urbanos generados en la Comunidad de Cataluña, abarcando desde la recogida de los residuos (a partir de su correspondiente contenedor), hasta la obtención del producto requerido. Las etapas intermedias analizadas serán aquellas que se consideren dominantes, en cuanto a valores energéticos y de emisiones, como establece la Eco-auditoría. El proyecto se basa en datos extraídos a partir de fuentes bibliográficas, por lo que sólo pequeños cambios de unidades, son los cálculos realizados en este proyecto. Por tanto, los resultados mostrados son sólo una estimación de la carga ambiental y energía contenida en los distintos procesos de obtención de vidrio, para la fabricación de envases, y áridos, para la aplicación como material secundario en el campo de la construcción como, por ejemplo, subbase de carreteras. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 7 2. GESTIÓN Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS 2.1. Definición Se define Residuo como todo aquél material que pierde utilidad tras haber cumplido su misión o servicio para realizar un determinado trabajo. Éstos están codificados, clasificados y determinados para su correcta gestión. Cada tipo de residuo está regulado en el Decreto 34/1996, de 9 de enero, por el que se aprueba el Catálogo de Residuos de Cataluña y mediante el cual se cumplen tanto los requisitos de la Unión Europea como los requerimientos de la Ley 6/1993, del 15 de julio. Ésta última regula los residuos, y el Decreto legislativo 2/1991, del 26 de septiembre determina que la junta de residuos tiene que mantener un código de identificación de los residuos industriales producidos en Cataluña [5]. 2.2. Clasificación Los diferentes tipos de residuos de clasifican en función de su composición y/u origen [6]. 2.2.1. Según su composición - Residuo orgánico: todo desecho de origen biológico (desecho orgánico), que alguna vez estuvo vivo o fue parte de un ser vivo, por ejemplo: hojas, ramas, cáscaras y residuos de la fabricación de alimentos en el hogar, etc. - Residuo inorgánico: todo desecho sin origen biológico, de índole industrial o de algún otro proceso artificial, por ejemplo: plásticos, telas sintéticas, etc. - Mezcla de residuos: En el sentido más amplio del término, se refiere a todos los desechos de residuos mezclados que es el resultado de una combinación de materiales orgánicos e inorgánicos. - Residuos peligrosos: se refiere a todo desecho, ya sea de origen biológico o no, que constituye un peligro potencial (código CRETIB) y que por lo cual debe ser tratado de forma especial, por ejemplo, material médico infeccioso, residuo radiactivo, ácidos y sustancias químicas corrosivas, etc. Pág. 8 Memoria - Residuo inerte: aquel residuo no peligroso que no experimenta transformaciones físicas, químicas o biológicas significativas, no es soluble ni combustible, ni reacciona física ni químicamente ni de ninguna otra manera, no es biodegradable, no afecta negativamente a otras materias con las cuales entra en contacto de forma que pueda dar lugar a contaminación del medio ambiente o perjudicar a la salud humana. La lixiviabilidad total, el contenido de contaminantes del residuo y la ecotoxicidad del lixiviado deberán ser insignificantes, y en particular no deberán suponer un riesgo para la calidad de las aguas superficiales o subterráneas. 2.2.2. Según su origen - Residuo domiciliario: basura procedente de los hogares y/o comunidades. - Residuo industrial: su origen es producto de la manufactura o proceso de transformación de la materia prima. - Residuo hospitalario: desechos que son catalogados, por lo general, como residuos peligrosos y pueden ser orgánicos e inorgánicos. - Residuo comercial: procedentes de ferias, oficinas, tiendas, etc., y cuya composición es orgánica, tales como restos de frutas, verduras, cartones, papeles, entre otros. - Residuo urbano: correspondiente a las poblaciones, como desechos de parques y jardines, mobiliario urbano inservible, etc. - Basura espacial: Objetos y fragmentos artificiales de origen humano que ya no tienen ninguna utilidad y se encuentran en órbita terrestre. - Residuo de construcción y demolición: Cualquier sustancia u objeto que se genere en una obra de construcción o demolición. De los diferentes residuos mencionados en los apartados anteriores de este capítulo, cabe mencionar que el presente proyecto sólo se dedicará a los Residuos Municipales (Residuos Sólidos Urbanos), aquellos que engloban los residuos de origen domiciliario, comercial y urbano y que se describirán, junto a su gestión, en el capítulo que viene a continuación. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 9 2.3. Gestión de los Residuos Sólidos Urbanos en Cataluña 2.3.1. Definición de Residuo Sólido Urbano Los Residuos Sólidos Urbanos (R.S.U) son aquellos residuos generados en actividades desarrolladas en núcleos urbanos o zonas de influencia como domicilios particulares, comercios, oficinas y servicios. Se encuentran regulados por medio de tres medidas de carácter jurídico, que son la Ley 10/1998, de 21 de abril, de Residuos; el Plan Nacional de Residuos Urbanos (PNUR) 2000 - 2006 y el Plan Nacional Integrado de Residuos (PNIR) 2008 – 2015 [7]. Este tipo de residuos, por su importancia estratégica y presencia en el conjunto de la sociedad, disponen de un programa de gestión, de una planificación de infraestructuras y de un modelo de gestión específicos. En Cataluña se recogieron en 2012 un total de 3.731.440 t de RSU[3] (Tabla 2.1). Los RSU están formados por materia orgánica, papel y cartón, plásticos y vidrio, entre otros. Las etapas de su gestión serán desarrolladas en el siguiente capítulo, 2.3.2. Tabla 2.1 - Evolución de los datos de generación de residuos en Cataluña en Cataluña entre los años 2011-2012 [3]. Pág. 16 Memoria 2.3.2.4.5 Procesos biológicos 2.3.2.4.5.1 Producción de abono ó compost El compostaje es un proceso de descomposición biológica, por vía aerobia (en presencia de oxígeno), de la materia orgánica contenida en los residuos en condiciones controladas. Las bacterias actuantes son termófilas, desarrollándose el proceso a temperaturas comprendidas entre 50-70ºC, lo que produce la eliminación de los gérmenes patógenos y la inocuidad del producto, o masófias, en procesos a temperaturas comprendidas entre los 35-45ºC. El material resultante del proceso, llamado compost, no es enteramente un abono, aunque contiene nutrientes (nitrógeno, fósforo y potasio) y oligoelementos (manganeso, cobre, hierro), sino más bien, un regenerador orgánico del terreno, razón por la que se ha denominado abono orgánico. En España existen 24 plantas de compostaje, que producen cantidades variables de compost, según la demanda, llegando a producir más de 2,3 millones t/año. Las plantas son rentables a partir de 300 t/día, estimándose el límite inferior de viabilidad en 150 t/día y se considera que no se deben montar plantas para producciones menores de 100 t/día. Aproximadamente el 80% de las instalaciones están ubicadas en Levante y en el Sur de España. En la Comunidad Valenciana es donde más plantas hay instaladas, seguida de Murcia, Andalucía y Cataluña. 2.3.2.4.5.1.1 Propiedades del compost - Mejora las propiedades físicas del suelo. La materia orgánica favorece la estabilidad de la estructura de los agregados del suelo agrícola, reduce la densidad aparente, aumenta la porosidad y permeabilidad, y aumenta su capacidad de retención de agua en el suelo. Se obtienen suelos más esponjosos y con mayor retención de agua. - Mejora las propiedades químicas. Aumenta el contenido en macronutrientes N, P,K, y micronutrientes, la capacidad de intercambio catiónico (C.I.C.) y es fuente y almacén de nutrientes para los cultivos. - Mejora la actividad biológica del suelo. Actúa como soporte y alimento de los microorganismos ya que viven a expensas del humus y contribuyen a su mineralización. - La población microbiana es un indicador de la fertilidad del suelo. - Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 17 2.3.2.4.5.2 Digestión anaerobio o biometanización. La biometanización, o digestión anaerobia, es un proceso microbiológico de fermentación de la materia orgánica, en condiciones de ausencia de oxígeno, transformándose por la acción bacteriana los compuestos orgánicos en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). Se obtienen dos productos: - Biogás, que puede utilizarse para producir energía eléctrica. - Digesto de materia orgánica. Este tipo de tratamiento debe ir precedido de un tratamiento de clasificación y seguido de un proceso de compostaje para la estabilización del digesto. Pág. 18 Memoria 3. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA: INCINERACIÓN 3.1. Introducción La incineración consiste en la oxidación total de los residuos en exceso de aire y a temperaturas superiores a 850ºC, según se recoge en la Directiva 2000/76 [10]. Ésta Se realiza en hornos apropiados con aprovechamiento de la energía producida. Las plantas incineradoras son instalaciones donde se da lugar un proceso de combustión controlada de la fracción no reciclable de los residuos, la fracción resto, la cual es transformada en cenizas, escorias (compuestos inorgánicos semifundidos y enfriados) y gases. De esta manera se reduce de forma importante el volumen de los residuos y se aprovecha la energía que éstos contienen, para generar electricidad. De las 2.146.624 toneladas de residuos que se recibieron en las plantas de tratamiento finalista en Cataluña en el año 2012, 606.714 toneladas fueron destinados a plantas de incineración [3]. En Cataluña existen 4 plantas dedicadas a la incineración de residuos con capacidad media de 172 t/año [11] (Tabla 3.1). Tabla 3.1 - Instalaciones de incineración de residuos en Cataluña (2012) [12]. Nº de Hornos Capacidad nominal (t/año) RU mezcla Rechazos Instalacione s Potencia Generada (kwh/año) Resíduos Gernerados (t) Destino Resíduos Generalos 36.579 Exceso a vertedero TOTAL 9 690.620 526.156 153.801 105.931.294 193.986 Tarragona 3 2 2 2 SIRUSA Inceneradora de Tarragona 35.250 TERSA Inceneradora de Sant Adrià del Besòs TRM Inceneradora de Mataró TRARGISA Inceneradora de RSU de Gernona, Salt i Sarriá de Ter Barcelona Gerona Salida TOTAL 178.994 45.509.000 7.039.300 53.204.000 82.874 10.196 36.874 27.463 CCAA Provincia Instalación Capacidad Entrada TOTAL (t) C.A Cataluña Valorización disposición final Valorización disposición final Valorización disposición final Valorización disposición final 165.120 168.390 174.579 33.725 149.462 153.801 0 0 0 326.250 164.000 Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 19 3.2. Funcionamiento A continuación se describen las diferentes etapas recorridas por los residuos en una planta de integral de tratamiento de la fracción resto, que incluye una planta de tratamiento mecánico biológico para la selección de los materiales revalorizables y tratamiento de la fracción orgánica (MOR) i una planta de incineración [13] (Figura 3.1):  Los residuos urbanos (fracción resto o de rechazo) llegan a la central, transportados generalmente por camiones, que vierten su contenido en el foso de basuras, o fosa de recepción (1), para ser enviadas mediante una cintra transportadora a la planta de selección.  En la zona de selección se separan los diferentes tipos de materiales que componen los residuos sólidos urbanos, seleccionando aquellos que pueden tener utilidad por uno u otro motivo. Los materiales que pueden ser reciclados (cristal, cartones, metal, plástico, pilas) se extraen y almacenan. La materia orgánica (MOR) se lleva, tras pasar por un separador magnético que retira los materiales férricos aún presentes, a unas playas de fermentación en las que permanecerán uno o dos meses. En ellas, esta materia es aireada periódicamente para obtener un abono denominado “compost”. Una vez separado aquello que se considera aprovechable, el resto se envía al depósito de rechazo, donde será posteriormente combustionado en el horno tipo parrilla (2).  La combustión en el horno hace que el agua que circula por las tuberías (3) de la caldera se transforme en vapor a presión. El vapor resultante del calentamiento del agua sirve para mover la turbina (4) y generar así, electricidad.  Las escorias resultantes de la combustión se extraen y se llevan a un depósito (5) para su tratamiento posterior. Los gases de combustión se limpian mediante una unidad de depuración de gases (6), antes de ser vertidos a la atmósfera a través de la chimenea (7). Pág. 20 Memoria Figura 3.1 - Central incineradora de RSU [13]. 3.2.1. Ventajas e inconvenientes de la valorización La incineración, especialmente la fase de depuración de gases, es cara. Aun así ofrece las siguientes ventajas [14]:  Permite reducir considerablemente el volumen de residuos que van a parar al vertedero (80 a 90% aprox., en el caso de los residuos municipales).  Permite recuperar parte de la energía contenida en los residuos y/o generar electricidad o vapor útil para la industria.  Ocupa poco espacio y permite una implantación cercana al lugar de generación de residuos.  Permite el tratamiento de cualquier tipo de residuo municipal ordinario si su poder calorífico es adecuado. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 21 Los inconvenientes que se presentan [14]:  La combustión indiscriminada de la basura sin separación produce como efecto de la combustión determinados productos muy tóxicos. La presencia de PVC en la mezcla, aporta a los gases de combustión ácido clorhídrico que, en presencia de materia orgánica, puede originar productos tóxicos derivados de las dioxinas y de los dibenzofuranos.  Las cenizas producto de la combustión contienen metales pesados, tales como el cadmio, en cantidades consideradas peligrosas, y deben recibir un tratamiento especial como residuos peligrosos.  Como consecuencia de los dos puntos anteriores es necesario hacer cuantiosas inversiones tecnológicas. 3.2.2. Problemática Medioambiental de la incineración Los principales contaminantes que se encuentran en los flujos de gases procedentes de la combustión de los residuos sólidos urbanos son [14]:  Óxidos de Azufre (SO2 y SO3)  Ácido Clorhídrico (HCl)  Monóxido de carbono procedente de combustión incompleta (CO)  Óxidos de Nitrógeno (NOx)  Compuestos orgánicos, entre los que se encuentran dioxinas, furanos, clorofenoles y clorobencios.  Metales pesados, tales como plomo, cadmio o mercurio, que volatiliza a temperaturas próximas a los 330-450ºC.  Partículas sólidas de inquemados. Los productos citados han de ser eliminados o, en su defecto, minimizados, cumpliendo en todo caso con las normativas vigentes de emisiones contaminantes. Los contaminantes tóxicos procedentes de las incineradoras pueden incorporarse a la cadena trófica afectando así a animales y humanos, posteriormente. Pág. 22 Memoria 3.3. Residuos de combustión Los principales tipos de residuos generados en una planta incineradora y los más importantes, desde un punto de vista cuantitativo, son las escorias, cenizas y chatarras. La Figura 3.2, con datos extraídos de la planta incineradora de Tarragona [15], muestra a grandes rasgos el balance de masas del proceso, con las proporciones relativas de cada uno de los subproductos que se obtienen en la incineración de 100 toneladas de residuos sólidos urbanos. Figura 3.2 - Balance de masas de la incineración (SIRUSA, 2009) [15]. 3.3.1. Cenizas Las cenizas están catalogadas como residuos peligrosos y están formadas por las cenizas volantes producidas en el proceso de combustión y por los residuos del tratamiento, seguido en la depuración de gases. Actualmente, tras ser almacenadas en un silo-estanco, son recogidas y trasladadas en camiones cisterna a un gestor autorizado para su inertización o son intertizadas en instalaciones específicas de las plantas. Mediante un proceso de fijación y estabilización físico-químico las trasforman en un residuo admisible en un vertedero de inertizados. Las caracterizaciones realizadas a las cenizas por centros tecnológicos homologados por las distintas administraciones aseguran que no presentan nocividad ni toxicidad. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 23 3.3.2. Escorias Las escorias son el subproducto más importante cuantitativamente que se obtiene en la incineración de residuos sólidos urbanos, ya que constituyen del 85 al 95% en peso del producto sólido resultante de la combustión [17]. Se trata de un material de tipo granular con partículas, en su gran mayoría inferiores a 1 cm de diámetro, formadas por los materiales no combustibles y/o inertes de los residuos urbanos que salen de la cámara de combustión, después de la incineración a temperaturas superiores a 850ºC. La cantidad de cada constituyente depende de la composición de la alimentación del horno (es decir, del residuo sólido urbano incinerado), del sistema y la efectividad de la combustión y de la existencia de un subsiguiente tratamiento del material previo a su almacenaje, disposición o utilización. Al margen de estas variables, se ha podido determinar tendencias generales en las proporciones de los constituyentes, y predominan claramente el material de fusión y el vidrio doméstico [17] [18]. Las escorias son de color grisáceo, con un elevado grado de humedad, que confiere cierta adherencia entre ellas, y morfología muy dispar (Figura 3.3). Se pueden clasificar como un sistema multicomponente de diversos materiales de naturaleza diferente, particularidad que les confiere una gran heterogeneidad. Se pueden diferenciar cinco grandes grupos de materiales de diferente naturaleza [17] [18]:  Fragmentos de cerámica, hormigón porcelana, tochos y tiza.  Vidrio de origen doméstico.  Metales férreos (piezas de acero y de hierro, generalmente oxidadas) y no férreos (aluminio, cobre y plomo).  Residuos no quemados fruto de una combustión incompleta en el proceso de incineración: carbonilla, papel, algodón fibra sintética y fragmentos óseos.  Material generado a partir de la fusión en el horno. Pág. 24 Memoria Figura 3.3 - Ejemplo de escoria de incineración [19]. Éstas son más porosas y menos resistentes que los áridos naturales, pudiéndose considerar como áridos de calidad media. Por esto último, hoy en día tienen su aplicación como material árido en obra civil y pública. 3.3.2.1. Procesamiento El reciclado de los residuos procedentes de incineradoras de residuos sólidos urbanos requiere un procesamiento bastante elaborado para obtener un material que sea aceptable desde los puntos de vista técnico y medioambiental. El tratamiento posterior que han de tener las escorias es el siguiente [11]: - Enfriado de la escoria en agua inmediatamente después de salir del incineradora. Esta práctica está muy extendida pese a que, algunos estudios, ponen de manifiesto los beneficios de no mojarlas antes del procesamiento [19]. El agua dificulta la separación de partículas, tanto desde el punto de vista físico como desde el punto de vista químico, ya que en el momento que empiezan las hidrataciones, algunos metales como el hierro o el aluminio forman hidróxidos pudiendo ya no ser reciclados. - Desferrización por medios magnéticos. La separación del hierro y aceros ferríticos es una práctica habitual, mientras que la de otros metales es menos común. Los materiales recuperados se reciclan a través del mercado de la chatarra. Si no se procede a la retirada de esta fracción, el empleo de la escoria puede ocasionar problemas. Es preferible la eliminación de la fracción metálica, antes de la combustión, para recuperar un producto de mayor calidad, tanto el metálico como la fracción mineral de la escoria. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 25 - La trituración es una operación que se aplica en algunas plantas y que permite reducir el tamaño de la partícula, ampliándose el campo de aplicación de la escoria para sectores industriales como el del cemento y el hormigón. - Cribado con un paso máximo de grano de 20 mm (Bélgica y Holanda) y 60 mm (Francia). La distribución del tamaño de las escorias está condicionada por la materia prima utilizada, pero si se desea emplear la escoria como árido, es esencial controlar su distribución granulométrica, dada su influencia en sus características de compactación y en sus propiedades mecánicas. - Eliminación de la fracción más fina de las escorias, ya que en ella se encuentran concentrados los metales pesados (tomando como límite por ejemplo 2 mm). - Almacenamiento de la escoria al aire libre durante varios meses (generalmente entre 1 y 3 meses) con el fin de obtener estabilidad volumétrica mediante un proceso de maduración. La escoria recién extraída del foso es relativamente reactiva. Algunas sales de metales están presentes como óxidos, hidróxidos y cloruros. La exposición a la atmósfera permite que en el seno de la misma tengan lugar procesos de carbonatación e hidratación. Estas reacciones reducen el potencial de lixiviación de los metales presentes en las escorias, con lo que se reduce su impacto potencial sobre el medioambiente. Así pues, la maduración tiene lugar dejando expuestos los acopios a la acción de la atmósfera. Este almacenamiento forma parte del tratamiento integral al que se someten las escorias y durante el mismo se han de analizar los lixiviados producidos y, si fuera necesario, someterles a tratamiento adecuado. 3.3.2.2. Propiedades del material procesado Según su composición mineralógica, las escorias no son productos estables. Durante los primeros tres meses de almacenamiento se producen reacciones de hidratación, solidificación, reacciones de los sulfatos, formación de sales y reacciones del hierro, entre otras, dando lugar a la formación de escorias estables [21] [22].  Reacciones de hidratación  Solidificación Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O  Reacciones del sulfato CaSO4 + ½ H2O → CaSO4 . 0,5 H2O  Formación de sales NaCl y KCl Pág. 32 Memoria Figura 4.3 - Estrategia implementada en el estudio Eco-Audit [1]. - La implementación requiere herramientas. Son necesarios dos conjuntos: uno para hacer el boceto de la eco-auditoría (parte superior de la Figura 4.3), el otro para permitir el análisis y la selección de materiales, manufactura, transporte, uso, y gestión de residuos (parte inferior de la Figura 4.3). Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 33 5. MATERIALES 5.1. Introducción De los diferentes materiales que forman parte de los Residuos Sólidos Urbanos, se ha escogido el vidrio como objeto de estudio. La importancia de este material como RSU recae en su capacidad de reciclaje ya que, a diferencia de otros materiales contenidos en los RSU, éste permite su revalorización a partir de dos vías diferenciadas de revalorización: mediante la recogida selectiva en origen o plantas de tratamiento mecánico biológico (reciclaje pripiamente) y mediante la incineración de la fracción resto (reutilización como árido secundario). Ambos residuos obtenidos tienen aplicaciones finales totalmente diferentes pero ambas suponen la disminución de extracción de los recursos naturales. Por un lado, el vidrio reciclado, mediante la recogida selectiva de éste, tiene su aplicación final como envases de vidrio. Ésta aplicación no sólo disminuye la extracción de materias primas sino también la energía y emisiones a la atmosfera generadas para su extracción. El vidrio revalorizado mediante la reutilización de las escorias de incineración de la fracción resto tiene su aplicación final como material árido secundario, principalmente para su uso como sub-base para carreteras. Las sub-bases para carreteras son un producto de aglomerado de áridos. Éstos áridos requieren de una extracción y, como se ha comentado en el apartado anterior, de una energía e impacto ambiental. El presente capítulo describirá el vidrio recuperado, para las aplicaciones comentadas, mediante estas dos vías de revalorización del material. Éste será posteriormente comparado con la producción de la misma aplicación a partir de las fuentes primarias correspondientes. 5.2. Características generales El vidrio es un material obtenido por la fusión de compuestos inorgánicos a altas temperaturas, y el enfriamiento de la masa resultante hasta un estado rígido, no cristalino. El principal componente del vidrio es la sílice (SiO2). La sílice, sola, sería un vidrio ideal para muchas aplicaciones, pero las altas temperaturas necesarias para su fusión y las dificultades para darle forma limitan su uso a algunas aplicaciones especiales. Pág. 34 Memoria Para reducir la temperatura de fusión de la sílice (óxido formador), es necesario utilizar también un óxido modificador, y para ello se utiliza mayoritariamente el óxido de sodio (Na2O). Como el conjunto SiO2 –Na2O es soluble en agua, se añade un tercer elemento modificador, el óxido de calcio (CaO), que le confiere al vidrio la estabilidad química necesaria. Este vidrio se denomina vidrio soda-cal. El vidrio soda-cal, también llamado «vidrio común», representa el 90% de todo el vidrio fabricado en el mundo, pues sus propiedades lo hacen adecuado para su uso con luz visible. Los recipientes hechos de vidrios de soda – cal son virtualmente inertes, no contaminado la materia que contienen ni su sabor. Sin embargo, son poco resistentes al choque térmico. El vidrio soda-cal, además de SiO2, Na2O y CaO, que constituyen aproximadamente el 90% de su composición, posee otros elementos, algunos procedentes de la propia materia prima usada, como el óxido de hierro (Fe2O3), y otros agregados a propósito para brindarle al vidrio características deseables, como es el caso del óxido de aluminio (Al2O3) y otros óxidos metálicos. El concepto de vidrio hoy en día se ha ampliado enormemente respecto al concepto tradicional que se tenía en el siglo anterior, ya que han aparecido en el mercado y en los laboratorios, nuevos productos con 100% de contenido vítreo o fase vítrea, hasta materiales que obtenidos por un proceso de fusión y enfriamiento a diversas velocidades, pueden dar lugar incluso con tratamientos de nucleación y crecimiento cristalino. En realidad, tanto el vidrio como este tipo de productos, tienen amplios usos desde domésticos a tecnológicos y se denominan con el nombre genérico de "materiales vitrocerámicos o vitrocristalinos” [29]. La Tabla 5.1 muestra los diferentes productos vítreos en el mercado y sus aplicaciones comerciales: Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 35 Tabla 5.1 - Tipos de productos vítreos en el mercado y sus aplicaciones comerciales [29]. Tipo de producto vítreo Forma del producto vítreo Aplicaciones o uso Vidrios Masivos Vidrio plano Vidrio hueco construcción doméstico, industrial Vidrios Porosos En placas Fibras cortas construcción, industria biológico, construcción Fibras Vítreas Fibras largas Fibras cortas construcción composites (construcción) Vidrios en capas o Vidriados Según grosor y soporte (Frita: es un precursor vítreo) azulejos y pavimentos crámicos, recubirmientos Vitrocerámicos Masivos:convencionales/ petrúrgicos Sinterizados industria, contrucción construcción, industria 5.3. El vidrio contenido en los RSU A continuación se hará una breve descripción de la revalorización del vidrio contenido en las dos tipologías de materiales obtenidos a partir de la recogida de los residuos sólidos urbanos. Por un lado, se describirá el vidrio obtenido directamente por mediación de su contenedor verde (Envases) y, por otro lado, se analizará aquél vidrio contenido en la escoria de los procesos de la incineración de la fracción resto (Áridos), obtenida a partir del material contenido en el contenedor gris. 5.3.1. Recogida selectiva: Envases El vidrio es un material que por sus características es fácilmente recuperable. Un envase de vidrio es 100 % reciclable, es decir, que a partir de un envase utilizado, puede fabricarse uno nuevo que puede tener las mismas características del primero. El principal tipo de vidrio encontrado en los residuos sólidos domiciliarios es el vidrio de envases, o el también llamado vidrio hueco. Esos envases de vidrio son: botellas para bebidas alcohólicas, para agua, refrescos y jugos, vasos, jarras, potes y frascos para alimentos [31]. En los residuos sólidos domiciliarios se encuentra también el vidrio que forma parte o componente de un sin fin de otros productos domésticos, como, por ejemplo, platos, ollas, ensaladeras, aceiteras, televisores, lámparas, entre otros. Éste es comúnmente conocido Pág. 36 Memoria como vidrio plano y se realiza por un canal diferente al de los envases de vidrio, concretamente son las desecharías las encargadas de su gestión. La composición química de estos vidrios, normalmente, es muy diferente de la del vidrio común, usado en la fabricación de envases y de vidrio plano y, por consiguiente, es muy difícil, o casi imposible, separar y aprovechar el vidrio de estos artículos. En principio, todo este vidrio podría ser reaprovechado. Sin embargo, en la práctica no resulta viable económicamente. Por lo tanto, la mayor parte del vidrio contenido en los residuos sólidos domiciliarios que se puede reaprovechar, comprende: botellas, frascos, potes y otras vasijas para productos alimenticios, cosméticos, etc. Los cuales son los obtenidos directamente del contenedor verde (Figura 5.1), financiados por la entidad ECOVIDRIO [32]. La gestión de productos que no son envases de vidrio se financian por otra vía de la administración y es por eso que éstos últimos se tienen que derivar a puntos verdes o desecharías [31]. Figura 5.1-Contenedor Fracción Vidrio [9]. En 2012 se recogieron en Cataluña 169.175t de vidrio (Figura 5.2) [3], el cual representa el 4.53% en peso de los residuos municipales generados en Cataluña según datos de la Agencia de Residuos de Cataluña. Éste fue el primer material recogido selectivamente y presenta una densidad que puede variar en un rango de 180-480kg/m3 dependiendo de su tipología [3]. Actualmente, todo vidrio recogido se desvía a empresas encargadas de su reciclaje. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 37 Figura 5.2 - Evolución de la Recogida Selectiva del vidrio [3]. 5.3.1.1. Proceso de reciclaje El proceso del reciclaje del vidrio consta de las etapas que muestra la Figura 5.3: Figura 5.3 - Proceso del reciclaje del vidrio [32]. El ciclo del reciclaje del vidrio comienza a través del consumidor de éste. La responsabilidad del consumidor es clave en la cadena del reciclado de vidrio. Sin su colaboración, separando en origen y depositando los residuos de envases de vidrio en los contenedores verdes correspondientes, jamás podría completarse esta cadena. Una vez depositados los residuos en su contenedor correspondiente, los envases de vidrio recogidos selectivamente, se transportan a la planta de tratamiento donde acaban reciclándose al 100%. En la planta de tratamiento los residuos de envases de vidrio se limpian de todo aquello que haya podido ser introducido en el contenedor verde de vidrio y que no sea propiamente Pág. 38 Memoria vidrio. A continuación, el vidrio es triturado hasta convertirse en calcín (vidrio seleccionado, limpio y molido). El calcín permite fabricar envases de vidrio exactamente iguales que los originales. El vidrio reciclado exige una menor temperatura de fusión, aprox.1.200ºC, que las materias primas originales (arena, sosa y caliza), 1.500ºC, y, con ello, en el proceso de fabricación de nuevos envases contribuye directamente al ahorro energético en el proceso de producción. Gracias a la utilización del vidrio reciclado junto con las materias primas vírgenes, la temperatura de fusión disminuye, consiguiendo un ahorro aproximado de un 1% de energía por cada 4% de calcín reciclado que se introduce en el horno como materia prima [32]. Cabe decir que, aunque el vidrio sea 100% reciclado, el calcín debe mezclarse con materias primas ya que el calcín recogido no cubre las necesidades totales de una industria. Además no es posible elaborar recipientes cuando se mezclan trozos de vidrio de varios colores. La mezcla sólo se puede utilizar para la obtención de envases de color. El vidrio coloreado no puede volver a ser transparente. Esto significa que con las botellas de color verde o marrón que se tiren al contenedor para reciclar, sólo se fabricarán otras botellas de color. O, al revés, que para producir botellas blancas (transparentes) se necesitaría separar el vidrio blanco de cualquier pequeño pedazo de color [33]. Se estima que la proporción habitual del vidrio recuperado y ya triturado suele ser un 50% de verde, un 30% de blanco y un 20% de marrón o ámbar. Esta es la razón por la que en la fabricación de envases trasparentes, sólo se utiliza un 10% de material reciclado, mientras que en la fabricación de envases de color, esta cifra oscila entre 50 y 70 % [31]. Pese a esto no cabe ninguna duda que hay una disminución de materias primas, en mayor o menor medida, y que además, viene acompañado de una disminución del impacto ambiental generado en su extracción. Reciclando 3.000 botellas de vidrio se ahorra más de una tonelada de materia prima [32]. El vidrio producido se dirige hacia las empresas que envasan o embotellan parte o la totalidad de sus productos en vidrio y son las que financian el sistema de recogida selectiva de los residuos de envases de vidrio desarrollado por Ecovidrio. Finalmente, en los establecimientos de venta al público, el comerciante pone a disposición de los consumidores los productos envasados en vidrio. Allí, el consumidor puede Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 39 reconocer los envases de vidrio que han pagado para su posterior reciclado, identificando el punto verde en la etiqueta. 5.3.1.2. Ventajas del reciclaje de vidrio Las ventajas del reciclaje son las siguientes [35]: - Disminuir el uso de materias primas naturales fruto de las extracciones mineras, minimizando el impacto ambiental global del proceso. - Ahorro energético en la fabricación debido a la disminución del punto de fusión de la mezcla de vidrio reciclado (calcín) y materias primas vírgenes. - Disminución de las emisiones de CO2 a la atmósfera debido a la disminución de la demanda de energía en el proceso de extracción y en el proceso de fabricación. 5.3.2. Escoria de incineración de la Fracción Resto: Material granular Como se ha mencionado en el apartado de introducción, se estima que un de vidrio recuperado después de su revalorización en la planta incineradora es de un 43,1% [17]. Datos de ECOPARC demuestran que, aunque hay una recogida selectiva previa de aquellos materiales reciclables, la Fracción Resto puede contener aún entre un 30-40% de materia orgánica, entre un 20-30% de papel, un 18% de plásticos y metales, y un 4% de vidrio [4]. Este porcentaje de vidrio es el que nos lleva a obtener estos valores en la escoria de incineración. El tratamiento posterior de las escorias se realiza en unas instalaciones independientes de la planta incineradora y bajo la dirección de otra empresa. En Cataluña existen dos empresas que se dedican al acondicionamiento de las escorias (Vecsa y Pedreres Rusc, Tabla 5.2) de las cuales resulta un producto llamado ESCOGRAVA. Tabla 5.2 - Tratamiento pos incineración y destino de las escorias [19]. INSTALACIONES ELECTROIMÁN TRATAMIENTO POSTERIOR DESTINO Tarragona si si (desde marzo del 2001) VECSA Mataró si si Pedreras Rusc Sant Adrià si no vertedero Garraf Girona no no almacenaje Pág. 40 Memoria 5.3.2.1. ESCOGRAVA Las empresas VECSA (a partir de las escorias de Tarragona) y Pedreres de Rusc (a partir de las de Mataró) generan la llamada Escograva, como se ha comentado al principio de este apartado. Ésta, está controlada por la normativa del departamento de Medio Ambiente mediante la Orden del 15 de febrero de 1996 sobre la valorización de escorias. Según esta orden, las escorias de incineradora valorizadas son aptas para utilizar en la obra pública como material destinado a sub-bases de carreteras, nivelado de terrenos y terraplenes y restauración de áreas degradadas por actividades extractivas [20]. Lo que se pretende con este tratamiento de pos incineración es valorizar las escorias al nivel técnico más alto posible y ampliar así sus aplicaciones mediante la mejora de la calidad del producto. En esencia la Escograva es escoria la cual un procesamiento ha mejorado sus propiedades haciéndola más apta para las aplicaciones mencionadas. Las operaciones de tratamiento son las siguientes: - Eliminación de las partículas grandes de las escorias mediante una parrilla. Estas partículas grandes extraídas son posteriormente trituradas para volverlas a incorporar al procesamiento, siendo su tamaño de 30-40mm. - Extracción de la fracción férrica mediante la separación magnética. - Extracción de la fracción metálica no férrea mediante un sistema de corrientes de Foucault. - Extracción de los no quemados mediante una separación de corrientes de aire. Fracción que se devuelve al horno de incineración. - Maduración o envejecimiento a la intemperie durante unos cuantos meses (1-3 meses). La maduración supone un envejecimiento de la escoria en pilas de almacenaje sometidas a agentes atmosféricos. Las reacciones químicas que tienen lugar benefician las características del producto. El resultado obtenido es un árido depurado el cual cumple las especificaciones del Orden de valorización de las escorias y que puede ser utilizado en el campo la construcción y obra civil como material secundario. Las propiedades y características de la Escograva, generadas por las plantas de tratamiento anteriormente mencionadas, se recogen en la Tabla 5.3 y Tabla 5.4: Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 41 Tabla 5.3 - Características químicas y ambientales de una muestra de Escograva de Pedreres de Rusc, Enero 2001 [20]. Pérdida entre 105 ºC y 500 ºC Incrementados 4.50% 3.00% Fracción soluble 0.97% As < 0.01 mg/L Cu 0.71 mg/L Pb < 0.20 mg/L Cd < 0.02 mg/L Cr VI 0.06 mg/L Zn < 0.11 mg/L Parámetros sobre DIN 38414-S4 Tabla 5.4 – Características físicas y geotécnicas de muestras de Escograva de Pedreres de Rusc y Vecsa [20]. RUSC RUSC VECSA VECSA octubre 2001 valores medios marzo 2001 valores medios Medida máxima nominal mm 20 <40 20 20 Plasticidad no plástico no plástico no plástico no plástico Desgaste de los Angeles % 41.5 35 a 50 32 42 Equivalentes de tierra 65 41 58 53 Humedad óptima % 10.1 - 14.8 14.4 Densidad seca máxima Mg/m31.77 1.70 1.72 1.76 Índice CBR % 65 153 24 41 PROPIEDADES El hecho de que sus propiedades mecánicas y ambientales estén reguladas y, por tanto, garantizadas, facilita su incoorporación al mercado. De esta menera, el nombre de obras en el que se ha utilizado este producto es significativo, y algunas de considerable envergadura, como los terraplenes de la “Pota Sud” (en el Prat de Llobregat, Barcelona) construídos a principios de 1997 y que suponen unos 20.000 m3 de Escograva y un tramos de la N-II a la altura de Mataró (Barcelona). En general, la Escograva se ha colocado en parquings y deshecherías o caminos secundarios. 5.3.2.1.1 Aplicación Una de las aplicaciones potenciales que se considera, teniendo en cuenta que las escorias se presentan como un material granular y compactible, es la sustitución de áridos naturales en el ámbito de la obra civil. El gran volumen de escorias producidas requiere una gestión o disposición y podrían ser reciclables completamente en este sector por sus propiedades mecánicas. Pág. 48 Memoria 6. ESTIMACIONES A continuación se mostrarán las diferentes etapas dominantes de cada proceso, con las entradas y salidas que los rigen, y las estimaciones establecidas en cada una de las etapas, con la finalidad de justificar los resultados posteriores. 6.1. Análisis Eco-Auditoría del vidrio La fabricación de cualquier producto de vidrio es esencialmente un proceso energético y, por tanto, la elección de la fuente de energía y calor y de los sistemas de recuperación son los aspectos que rigen el rendimiento económico del proceso, la eficiencia energética de la fusión y las afecciones medioambientales que se pueden generar. La principal fuente de energía son los combustibles fósiles, que se consumen mayoritariamente en la etapa de fusión, aunque también en las etapas de conformado, recocido, temple y acondicionamiento de las cargas [43]. En cuanto a la energía eléctrica, se consume principalmente en las máquinas de conformado, en la generación de aire comprimido, en el transporte de materiales, en algunos procesos de calentamiento, etc. En general, la energía necesaria para la fusión del vidrio supone más del 75% del total de energía consumida en el proceso de fabricación (Figura 6.1), por lo que la elección de técnicas que puedan reducir el consumo energético es de vital importancia [43]. Figura 6.1 - Porcentaje de consumos energéticos, combustibles, en la fabricación de vidrio hueco [43]. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 49 Además, el transporte forma parte del grupo de procesos de soporte, y desde el punto de vista medioambiental, es el que mayor emisiones suele producir, por lo que es objeto de estudio específico, no teniéndose en cuenta otros procesos de soporte que puedan existir en el sistema de estudio. Bajo estas consideraciones, se han realizado dos esquemas de proceso comparativos, teniendo en cuenta sólo aquellas etapas del proceso en los que la emisión de CO2 y consumo de energía se ven agravados. La Figura 6.2 muestra las etapas seleccionadas, de los dos esquemas de proceso explicados anteriormente. La Figura 6.2.a. pertenece al proceso de fabricación del vidrio hueco, a partir de los residuos obtenidos mediante la recogida selectiva de los mismos, y donde se tendrá en cuenta la recogida, selección y molienda (en la planta de tratamiento) y fusión (en la planta de envases). La Figura 6.2.b. esquematiza el proceso de producción de el mismo vidrio hueco pero a partir de la extracción de fuentes primarias. Este segundo proceso lo formarán la extracción y preparación de fuentes primarias, y finalmente, su fusión. Ambas serán posteriormente analizadas en base a las referencias bibliográficas encontradas. Figura 6.2 - Etapas de los procesos seleccionadas para el estudio Eco-Auditoría de: a) Proceso de fabricación del vidrio a través de vidrio 100% reciclado; b) Proceso de fabricación del vidrio a partir de 100% materias primas. Pág. 50 Memoria 6.1.1. Envases reciclados Figura 6.3 - Esquema de proceso, con las entradas y salidas, para la producción del vidrio hueco a partir del vidrio 100% reciclado. 6.1.1.1. Transporte Se estipula un transporte mediante un camión pesado de 40 t de peso y 25 t de capacidad con un consumo de 0.63 MJ/t·km [37]. La variable del consumo por transporte será la distancia recorrida. Normalmente las plantas de fabricación de envases reciclados se sitúan próximas a las de tratamiento de los RSU. Para la evaluación de este proceso en concreto se establecerá que la distancia media recorrida por los camiones que transportan los residuos de vidrio de los contenedores a triturar, y de éstos a la planta de tratamiento, es de 20 km [17]. 6.1.1.2. Planta de tratamiento Se consideran dos subprocesos realizados en esta etapa: 6.1.1.2.1 Clasificadora de vidrio Datos extraídos de ECOINVENT estipulan que en el proceso de clasificación de vidrio supone un consumo de electricidad de 1.37kWh/t y 1.76 L/t de diésel [41]. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 51 6.1.1.2.2 Trituradora de vidrio La trituración supone un consumo energético de 24.69 MJ/t, procedente de la electricidad consumida para disminuir el tamaño del vidrio [38]. 6.1.1.3. Fábrica de envases Como se ha comentado en el apartado de metodología, en esta etapa sólo se tendrá en cuenta la fusión. Para el consumo energético de éste se ha considerado que la fusión era sólo con material reciclado. La fusión del reciclado requiere de una temperatura de 1.200ºC, la cual supone un consumo de energía de, aproximadamente, 4.953 MJ/t [19] [39]. 6.1.2. Envases 100% fuentes primarias Figura 6.4 - Esquema de proceso, con las entradas y salidas, para la producción del vidrio hueco a partir de la extracción de materias primas. 6.1.2.1. Extracción de fuentes primarias 6.1.2.1.1 Fuentes primarias consideradas A partir de datos de ANFEVI (Figura 6.5), se considera que el porcentaje de extracción de fuentes primarias combinado con calcín (vidrio reciclado) es el siguiente: Pág. 52 Memoria Figura 6.5 - Distribución en peso de las materias primas necesarias para un 50% de material reciclado [19]. Teniendo en cuenta los porcentajes de materia prima utilizada para un 50% de material reciclado, se extrapolan los porcentajes para adecuarlos a nuestro caso de estudio (100% materias primas). De este modo, se considera que en el proceso de fabricación se utilizarán el doble de los porcentajes para el reciclado de una botella con material reciclado. Finalmente, los porcentajes en peso de extracción de fuentes primarias, serán: 69% Arena de sílice; 14% Carbonato sódico; 13% Caliza y 2% Feldespato. 6.1.2.1.2 Maquinaria considerada De forma genérica, el ciclo básico de producción de una cantera desempeña las siguientes operaciones: - Perforación. - Voladura. - Carga. - Transporte (volquetes y cintas transportadoras). La cantidad total de energía consumida, está formulada por el sumatorio de las energías empleadas en el conjunto de operaciones desarrolladas [46]. La energía que fundamentalmente se emplea es química (combustibles) y eléctrica. Se ha considerado que la maquinaria empleada, para las operaciones arriba mencionadas, genera un consumo de energía de 592 MJ/t (por el consumo de combustibles) y un consumo eléctrico de 253 MJ/t [45]. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 53 6.1.2.2. Transporte En este caso también se tratará el transporte mediante un camión pesado de 40 t de peso y 25 t de capacidad con un consumo de 0.63 MJ/t·km [37]. A diferencia del reciclado, las canteras donde se produce la extracción del mineral, distan, de las fábricas de producción, a una distancia aproximada de 100 km [40], siendo este el valor que se tendrá en cuenta. 6.1.2.3. Fusión A diferencia del material reciclado, las materias primas extraídas requieren de mayor temperatura para la fusión. Concretamente, 1.500ºC son necesarios y suponen un consumo de 6.188 MJ/t [19] [39]. 6.2. Análisis Eco-Auditoría del árido Bajo los mismos criterios citados en el proceso productivo del vidrio, a continuación se detallarán las estimaciones realizadas para el proceso de la obtención de la Escograva y para la obtención del árido natural. 6.2.1. Escorias de incineración Figura 6.6 - Esquema de proceso, con las entradas y salidas, para la producción de Escograva a partir de la escoria de incineración. Todos los datos extraídos de este proceso, se han realizado a partir de los datos que se muestran en el artículo de Chimenos, 2014 [17]. Considerando de esta manera una energía Pág. 54 Memoria total, consumida en el transporte, de 322 MJ/t; 238 MJ/t consumida en la planta de incineración; y un total de 57 MJ/t en el proceso de valorización de las escorias, según datos facilitados por la planta incineradora de Tarragona (SIRUSA) y la planta de acondicionamiento de la Escograva, VECSA. 6.2.2. Árido natural Figura 6.7 - Esquema de proceso, con las entradas y salidas, para la producción de árido natural a partir de su extracción. 6.2.2.1. Extracción de materias primas Los pocos valores encontrados en la bibliografía, así como también la elevada deviación habida en las diferentes fuentes bibliográficas consultadas, hacen que en esta etapa se considere el mismo valor empleado en la extracción de fuentes primarias para la producción de envases de vidrio. El valor empleado por tanto, será de 845 MJ/t, de los cuales, 592 MJ/t serán por el consumo de combustibles y 253 MJ/t por el consumo eléctrico [45]. 6.2.2.2. Transporte En este apartado se establecerán los mismos parámetros que en caso de obtención de envases a partir de fuentes naturales: un camión pesado de 40 t de peso y 25 t de capacidad con un consumo de 0.63 MJ/t·km [37], cuya distancia de recorrido es de 100 km. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 55 6.2.2.3. Producción base chancada A partir de la bibliografía consultada, se considerará que el machaqueo de las rocas generan un consumo energético de 190 MJ/t [42] [45]. 6.2.2.4. Producción grava Bajo el mismo criterio que en el caso anterior, la disminución de la granulometría hasta la obtención de grava tendrá un consumo energético de 65 MJ/t [42] [45]. Pág. 56 Memoria 7. RESULTADOS A continuación se mostrarán los resultados comparativos entre ambos procesos de reciclaje versus sus equitativos procesos de fabricación, a partir de materias primas. Los resultados obtenidos sólo pretenden dar una idea de los consumos desarrollados en las etapas dominantes, seleccionadas para cada proceso productivo. Puesto que se han obtenido de varias referencias bibliográficas y, por tanto, no forman parte del resultado de un cálculo a partir de resultados experimentales, los resultados no pueden establecerse como parámetros fijos relevantes. 7.1. Vidrio para envases Bajo las estimaciones desglosadas en el capítulo anterior y, teniendo en cuenta que 1 kWh son 3,6 MJ y la energía consumida por un vehículo diésel es de 38 MJ/L [1], se obtiene la siguiente tabla de resultados para los consumos de energía de ambos procesos para la obtención de envase de vidrio. Tabla 7.1 - Consumo energético para los envases de vidrio no reciclados y los reciclados [17] [19] [37] [39] [40] [41]. Envases NO Reciclados Envases Reciclados MJ/t MJ/t Extracción de materias primas 845 - Consumo eléctrico 253 Consumo combustible 592 Transporte 63,0 12,6 Planta de tratamiento RSU - 73,6 - 48,9 Consumo eléctrico 29,0 Consumo combustible 20,0 - 24,7 Fusión 1.500ºC 6188 - Fusión 1.200ºC -4953 TOTAL Consumo Energético 7096 5039 Clasificadora de vidrio Trituradora Para el cálculo de emisiones de CO2 se han multiplicado el total de combustibles fósiles, consumidos durante el proceso, por el promedio mundial de 0.098 kg CO2/MJ [28]. La Tabla 7.2 y la Tabla 7.3 muestran el resultado de esta operación para la producción de envases a partir de vidrio reciclado y no reciclado, respectivamente. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 57 Tabla 7.2 - Resultados totales de consumo de combustibles y emisión de CO2 para la producción de envases reciclados. TOTAL Consumo combustibles TOTAL Emisiones CO2 MJ/t kg CO2/t 4986 489 Tabla 7.3 - Resultados totales de consumo de combustibles y emisión de CO2 para la producción de envases NO reciclados. TOTAL Consumo combustibles TOTAL Emisiones CO2 MJ/t kg CO2/t 6843 671 A continuación la Tabla 7.4 muestra el ahorro obtenido, tanto en consumo de combustibles como en emisión de CO2, en el proceso de reciclaje del envase de vidrio. Tabla 7.4 - Ahorro de combustibles y de emisiones de CO2 mediante el reciclaje del vidrio. Ahorro Emisiones CO2 MJ/t % kg CO2/t 1857 27,1 182 Ahorro Consumo de combustibles 7.2. Árido Los consumos y emisiones para la producción de Escograva son los siguientes: Tabla 7.5 - Consumos energéticos para la producción de la Escograva [17]. Energía Consumida MJ/t 303 238 18,8 57,5 TOTAL Consumo Energético 617 Transporte incineradora Valorización de escorias Planta de incineración Transporte Pág. 64 Memoria [10] Asociación de empresas de valorización energética de R.S.U. (AEVERSU), 2014. Cómo funciona una planta de incineración. [http://www.aeversu.org/valorizacion-energetica/como-funciona-una-planta-de- incineracion/] [11] Ministerio de Fomento. Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas. Escorias y cenizas de incineradora de Residuos Sólidos Urbanos (RSU). Diciembre, 2014. [12] Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente (MAGRAMA). D) Gestión de Resiudos. Actividades del Ministerio durante el 2012. Junio, 2013. [13] Asociacón Española de la Industria Eléctrica. (UNESA). Central incineradora de R.S.U. [http://www.unesa.es/sector-electrico/funcionamiento-de-las-centrales- electricas/1348-central-rsu] [14] Romero Sánchez, Alberto. Planta de incineración de residuos sólidos urbanos con recuperación de energía. Proyecto de ingeniería industrial, Universidad Pontificia Comillas. Madrid, 25 de Junio 2007. [15] Nadal, Ramon. 18 años de experiencia en incineración de RSU en Tarragona. Servei d’incineració de Residus Sólids Urbans SA. (SIRUSA). Barcelona, 27 de Mayo de 2009. [16] Macías García, MªA. Viabilidad del empleo de cenizas de incineración en los Materiales de Construcción, Construcción y Medio Ambiente: XIV Curso de Estudios Mayores de la Construcción CCEMCO 98, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja. [17] Chimenos, J.M., Del Valle-Zermeño, R., Giró Paloma, J., Prieto, M., Formosa, J. Glass content in MSWI Bottom Ash: Effectiveness assessment of recycling over time, Barcelona 2014. [18] Eusden, J.D., Eighmy, T.T., Hockert, K., Holland, E. Petrogenesis of municipal solid waste combustion bottom ash. Appl Geochemistry 14, 1073-1091. 1999. Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 65 [19] Sección de Vidrios de la SECV y VIDRIOESPAÑA, con el apoyo de la Sección de Medioambiente de la SECV. Medio Ambiente e Industria del vidrio. Análisis Bref 2012. Emisiones y mejoras tecnológicas disponibles en la fabricación de vidrio. Salón de Actos del Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC). 23 de mayo 2013. [20] Izquierdo Ramonet, Maria. Valorització d’escòries d’incineració de residus sòlids urbans en capes granulars de ferm. Tesis doctoral Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria de la Construcció. 28 de Frbrero de 2005. [21] Oficina de Comunicado de Prensa de la Generalitat de Catalunya. Catalunya redueix la generació de residus domèstics i queda situada per sota de la mitjana europea. Departament de Territori i Sostenibilitat. 11 de Julio 2014. [22] Kanari, N., Allain, E., Gaballah, I., Hernández, A., García, F.: Caracterización de elementos contaminantes en escorias procedentes de la incineración de residuos de la industria química y metalúrgica. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Rev. Metal Madrid, 35 (1), 1999. [23] Federal Highway Administration (FHWA): User Guidelines for Waste and Byproduct Materials in Pavement Construction. 1997. [24] CollinsI, R.J., Miller R.H.: Technology for use of Incinerator Residue as Highway Material, Federal Highway Administration, report no. FHWA-RD-76-12. Washington, D.C 1975. [25] Haynes, J., Ledbetter, W.B.: Incinerator Residue in bituminous Case Construction, Federal Highway Administration Report no. FHWA-RD-76-12. Washington, D.C. 1975. [26] Collins, R.J.; Ciesielsky, S.K.: Recycling and use of waste materials and subproducts in the highway construction, NCHRP Synthesis of highway Practice 199, Transportation Research Board. Washington, D.C. 1994. [27] Chandler ET AL.: An International Perspective on Characterisation and Management of Residues from Municipal solid Waste Incineration, Summary Report, International Energy Agency. 1994. Pág. 66 Memoria [28] Colaboradores de Wikipedia. Contenido energético. Wikipedia, La enciclopedia libre. Enero 2014. [http://es.wikipedia.org/wiki/Contenido_energ%C3%A9tico] [29] Generalitat de Catalunya i Oficina Catalana del Canvi Climàtic. Càlcul de les emissions de GEH derivades de la gestó dels residus municipals. Metodologia per a organitzacions. Departament de Territori i Sostenibilitat. Marzo 2014. [30] Rincón, Jose Mª. Materia sprimas para la industria del vidrio. Grupo/Lab. Materiales vítreos y cerámicos. Institiuto E. Torroja de ciencias de la construcción CSIC. Marzo 2008. [31] Cempre Uruguay. Manual de gestión integral de los residuos sólidos urbanos. El reciclaje del vidrio. 1998. [32] Ecovidrio, 2014. [www.ecovidrio.es] [33] Álvarez, Clemente: ¿Por qué un suizo recicla el vidrio por colores?. El País semanal, blogs. 22 Abril 2010. [http://blogs.elpais.com/eco-lab/2010/04/por-que-un-suizo-recicla-el-vidrio-por- colores.html] [34] Biogeociencias. El reciclaje del vidrio. OCU Compra Maestra, 245. Enero 2001. [http://www.biogeociencias.com/08_contaminacion_residuos_impactosambientales/01 0130_Recicladodelvidrio.htm] [35] European Federation of Glass Recyclers. [www.ferver.eu] [36] Escuela de Ingeniería de Minas, Energía y Materiales. Áridos. [http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/LECCION3.MaterialesPetreosNATURALES.5- ARIDOS.Introduccion.pdf] [37] Bovea, M.D., Gallardo, A., Colomer, F., Carlos, M., Díaz-Albo, E. Identificación de aspectos ambientales clave en diferentes modelos de recogida selectiva de residuos mediante la apliación de técnicas ACV. Simposio Iberoamericano de Ingeniería de Residuos. REDISA. Castellón 23-24 Julio 2008. [38] Cardim de Carballo, Arnaldo. Análisis del ciclo de vida de productos derivados del cemento – Aportaciones al análisis de vida de los inventarios del ciclo de vida del Estudio Eco-Audit comparativo del vidrio contenido en los Residuos Sólidos Urbanos Pág. 67 cemento. Tesis doctoral en Ingeniería Civil. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelons. Barcelona. Julio 2001. [39] Estrucplan. Impactos ambientales y Actividades productivas. Industria del vidrio. [http://www.estrucplan.com.ar/Producciones/imprimir.asp?IdEntrega=192] [40] Seller. Cantera de Caliza Alba. [http://www.marmolseller.es/index.php/cantera/caliza-alba] [41] Bernad-Beltrán, David; D. Bovea, María; Gallardo, Antonio; Colomer, Francisco J. Integración de análisis del ciclo de vida (ACV) y sistemas de información geográfica (SIG) para la evaluación ambiental de sistemas de gestión de residuos. Dpto. Ingeniería Mecánica y Construcción. Universitat Jaume I de Castellón. XVI Congreso Internacional de Ingeniería de Proyectos. Valencia, 11-13 de julio de 2012 [42] González Loaiza, Alberto J. Evaluación del proceso de extracción y procesamiento de áridos mediante el análisis del ciclo de vida. Proyecto Ingeniería de la construcción. Universidad de la Frontera. Facultad de Ingeniería, Ciencias y Adminsitración. Departamento de ingernieía de obras civiles. 2010. [43] Canales Canales, Carmen. Guía de mejores técnicas disponibles en España del sector de la fabricación del vidrio. Secretaría General Técnica, Ministerio de Medio Ambiente. Madrid, 2007. [44] Olsson, Susanna; Kärrman, Erik; Gustafsson, Jon Petter. Environmental system analysis of the use of bottom ash from incinerator of municipal waste for road construction. Department of Land and Water Resources Eingineering, Royal Institute of Technology (KTH). Sweden, 17 November 2005. [45] Salazar Jaramillo, Alejandro. Determinación de propiedades físicas y, estimación del consumo energético en la producción de acero, concreto, vidrio, ladrillo y otros materiales, entre ellos alternativos y otros de uso no tradicional, utilizados en la construcción de edificaciones colombianas. Contrato número 000001351 1. Santiago de Cali, 3 Septiembre 2012. [46] Fundación de la energía de la comunidad de Madrid. Guía de ahorro y eficiencia energética en canteras. Consergería de economía y hacienda. Madrird, 2011.