Aproximadamente el 40% de la energía eléctrica en el mundo es generada a través de la combustión del carbón. En algunos países como China e India este porcentaje se estima alrededor del 59% y el 72%, respectivamente. Los tipos de plantas para generar energía a través de la combustión del carbón son clasificadas dependiendo su eficiencia en subcríticas, supercríticas, ultra-supercríticas y de cogeneración. Las plantas subcríticas son las de menor eficiencia.
Punta Catalina es una planta subcrítica que posee un sistema de desulfuración de gases de combustión que ayuda a reducir las emisiones de dióxido de sulfuro (SO2), trióxido de sulfuro (SO3) y metales pesados como el mercurio, hasta en un 98%, a través de depuradores de calderas de lecho fluidizado. También cuenta con un filtro de manga para reducir las emisiones de material particulado hasta un 99% y quemadores de baja formación para garantizar bajas emisiones de óxido de nitrógeno (NOx).
Para generar energía las plantas calientan el carbón en una caldera por la que pasan unas tuberías llenas de agua. Al calentarse el agua en dichas tuberías, se transforma en vapor que es enviado a unas turbinas para la generación de energía. Durante este proceso se producen residuos como el fly ash y el bottom ash de los cuales en Punta Catalina se estima se generarán alrededor de 400 mil toneladas por año.
Mientras que a través de la desulfuración de gases de la combustión se produce el residuo conocido como gypsum sintético del cual no se ha dado información de cuanto generará la planta.
Dichos residuos de no ser manejados adecuadamente tendrían un impacto adverso al medioambiente y a la salud de nuestra población. Un ejemplo de esto sucedió el 22 de diciembre del 2008 en el embalse de cenizas de la planta de combustibles fósiles Kingston en Tennessee, Estados Unidos cuando a raíz de la falla de un dique se produjo un desastre masivo donde se derramaron aproximadamente 1.5 millones de toneladas de lodo de fly ash que causaron daños a ríos cercanos y casas aledañas.
Al igual que afectaron la salud de quienes trabajaron en el proceso de limpieza de las cenizas. Un proceso que tomo 7 años para poder readecuar el área afectada y se estima le costó a la compañía generadora de energía aproximadamente 1 billón de dólares. Todavía hoy en día, casi 12 años después, no se ha llegado a un acuerdo para recompensar a los trabajadores afectados.
A causa de este incidente, para el año 2015, la Agencia de Protección del Medioambiente (EPA por sus siglas en inglés) opto por declarar los residuos de la combustión del carbón como residuos sólidos y no como residuos peligrosos. Al igual que se prohibió la utilización de embalses de cenizas como forma de disponer los residuos. Mediante estas regulaciones se recomienda el manejo del residuo a través de un relleno sanitario adecuadamente diseñado y construido y/o buscar usos beneficios de los residuos.
El relleno sanitario es una opción con un alto costo, ya que aparte de construirlo hay que operarlo y mantenerlo a largo plazo. Por otro lado, usos beneficiosos de los residuos existen muchos, algunos de los cuales ya he mencionado en artículos anteriores.
Relleno sanitario
De forma sencilla, el relleno se compone de una capa de arcilla compactada o una geomembrana en el fondo como barrera para que los líquidos que se filtran por los residuos debidamente compactados no contaminen el suelo y las aguas subterráneas. El segundo componente es el sistema de recolección de estos líquidos que se filtran a través de los residuos conocido como lixiviados.
Dicho sistema utiliza una capa permeable de drenaje por encima de la arcilla compactada o geomembrana y a través de tuberías y bombas remueve los lixiviados para ser tratados antes de su disposición final. Cuando el relleno sanitario cumple su vida útil se sella con una capa de arcilla compactada o una geomembrana para reducir la cantidad de agua que permea a través de los residuos y evitar que se convierta en más generación de lixiviados. El sistema de relleno sanitario para Punta Catalina fue diseñado por la compañía canadiense Golder Associates que es altamente reconocida en temas de diseño de relleno sanitarios.
Cabe destacar que, en este tipo de proyectos, por su impacto al medioambiente y a la salud, es de vital importancia una supervisión que genere reportes de la inspección de los diferentes componentes del sistema, ya que hay ciertos detalles de la construcción de un relleno sanitario que requieren mano de obra especializada para poder garantizar el funcionamiento adecuado del mismo.
Por ejemplo, algún desperfecto en la colocación de la geomembrana podría generar fallas que permitan que los lixiviados permeen y contaminen el suelo y las aguas subterráneas.
La compactación adecuada de los residuos de la combustión, cuando han sido colocados en el relleno sanitario, es de vital importancia para evitar que los residuos se transporten a través del aire. Si el material se deja suelto y se expone a vientos se podría trasladar a muchos kilómetros.
El polvo del Sahara es un ejemplo de que en condiciones climatológicas específicas material particulado puede transportarse a grandes distancias. El fly ash es un material sumamente ligero y fino lo que significa que al ser inhalado podría depositarse en los pulmones y causar inflamación y reacciones inmunológicas.
Aunque no existen estudios epidemiológicos concluyentes que vinculen la exposición al fly ash con el desarrollo de enfermedades si existen estudios que han encontrado una asociación entre la exposición al fly ash y enfermedades cardíacas, cáncer, enfermedades respiratorias y/o accidente cerebro vascular.
Usos beneficiosos
El fly ash, bottom ash y gypsum sintético producidos por las plantas de carbón puede ser utilizado de manera sostenible y eficiente en una serie de industrias como, por ejemplo, la construcción, plásticos, pinturas y agricultura. Para lograr esto es importante entender que es necesario determinar cuáles son las propiedades físicas y químicas de los residuos.
La composición química y mineralógica del fly ash depende hasta un punto de la composición del carbón que se utiliza para generar energía. En el mundo existen diferentes tipos de carbón entre los que se pueden nombrar la antracita, el lignito, el bituminoso y el sub-bituminoso.
La compañía estadounidense Xcoal Energy & Resources suple dos tipos de carbón para Punta Catalina. Un carbón tipo A, alto en sulfuro, y carbón tipo B, bajo en sulfuro. Dicha compañía extrae el carbón de los montes Apalaches localizados en el área de los estados de Pennsylvania y West Virginia donde se encuentra carbón de tipo bituminoso.
Desde el punto de vista del residuo el uso de diferentes tipos de carbón para generar energía representa un reto ya que existe una alta variabilidad de las propiedades físicas y químicas del fly ash dependiendo de los tipos de carbón que se utilicen. Por ejemplo, si se agrega fly ash con alto contenido de carbón al hormigón puede tener un efecto adverso en términos de durabilidad. Para poder determinar las propiedades físicas y químicas es necesario realizar unas series de pruebas a los residuos.
En el caso de la incorporación del fly ash al hormigón dichas pruebas y la frecuencia a las que se deben realizar están establecidas en estándares que han creado diferentes países para poder manejar y utilizar de manera beneficiosa los residuos que producen. Esta información es de vital importancia a la hora de incorporar los residuos en otros materiales.
