Generación eléctrica mediante gasificación por plasma de residuos sólidos municipales

Abstract

La gasificación por plasma es un proceso termoquímico a través del cual el contenido carbonoso de un compuesto es transformado en un gas combustible que puede ser utilizado para producir electricidad o ser transformado en combustibles líquidos. Los compuestos inorgánicos forman un vitrificado que se caracteriza por ser altamente inerte, lo que hace segura su disposición en relleno sanitario o bien permite su utilización como relleno en construcción o como aislante, si ha sido previamente procesado. La gasificación por plasma ocurre en un reactor atmosférico bajo condiciones controladas de temperatura y contenido de oxidante, donde la energía térmica necesaria para el proceso es proporcionada por antorchas que producen plasma, es decir, un gas ionizado, producido mediante descarga eléctrica en gas. Actualmente el consumo energético nacional va en aumento, al igual que la producción de residuos, por lo que este trabajo tiene como motivación evaluar la viabilidad de la valorización energética de residuos sólidos municipales mediante gasificación por plasma, al presentarse esta tecnología como una alternativa para contribuir a la solución de ambos problemas. El objetivo de este trabajo es realizar el estudio de perfil de una central termoeléctrica de ciclo combinado, que utiliza gas combustible obtenido a partir del tratamiento de 1000 toneladas diarias de residuos sólidos municipales de la Región Metropolitana, mediante el proceso de gasificación por plasma. El estudio contempla la central en tres configuraciones; utilizando residuos sin tratar, utilizando residuos previamente secados y utilizando residuos seleccionados. Para cada una de dichas configuraciones se evalúa también la fabricación de aislante lana mineral a partir del vitrificado. Para la realización de este trabajo se emplea la siguiente metodología; contextualización de los sectores de energía, residuos y de emisiones de carbono. Descripción y modelación mediante equilibrio estequiométrico de la tecnología de gasificación por plasma. Diseño conceptual de la central y análisis económico de ésta, incluyendo los cálculos de indicadores relevantes tales como el VAN y TIR, y análisis de sensibilidad económica para aquellas variables que sean relevantes en la evaluación. Los resultados muestran que dadas las condiciones actuales de mercado, la central en sus tres configuraciones sin y con fabricación de lana mineral no son rentables, sin embargo, para la configuración utilizando residuos secados con fabricación de lana mineral, se puede obtener rentabilidad para un precio de lana mineral de al menos 2.230 USD por tonelada o para una producción de lana mineral de al menos 21.634 toneladas anuales. Para la configuración con residuos seleccionados con fabricación de lana mineral, se puede obtener rentabilidad para un precio de lana mineral de al menos 1.305 USD por tonelada o para una producción de lana mineral de al menos 11.942 toneladas anuales. Las principales conclusiones son que el contenido de humedad de los residuos a tratar tiene un impacto negativo importante en la generación eléctrica y rendimiento neto de la central, por lo que utilizar residuos sin tratar es inconveniente dada su alta humedad característica. Para las configuraciones sin fabricación de lana mineral se concluye que se requiere un precio por tratamiento de residuos, -análogo al costo por disposición-, similar al que presentan países desarrollados para obtener rentabilidad. Para las configuraciones con fabricación de lana mineral es posible obtener rentabilidad pero con ingresos debidos principalmente a la venta de ésta. Finalmente es importante destacar que una central de este tipo tiene ventajas medioambientales importantes que no se ven reflejadas en una evaluación económica, como son una menor cantidad de emisiones contaminantes, valorización completa de los residuos y un menor uso de rellenos sanitarios.