Efectos medioambientales de los residuos de las centrales térmicas de carbón

Las regulaciones impuestas por las autoridades ambientales en países desarrollados como USA, Europa, Australia, Japón y últimamente la República Popular China, están obligando a las empresas eléctricas a hacer grandes esfuerzos para reducir los efectos contaminantes de sus centrales generadoras a carbón. Hasta hace poco tiempo atrás, estos esfuerzos estaban concentrados en reducir sus emisiones gaseosas. No obstante, sus efluentes líquidos y residuos carbonosos (Coal Combustion Residues, en adelante CCR) están ahora bajo estricto control, especialmente donde los recursos de agua son limitados o vulnerables ambientalmente (por ejemplo humedales).

CENIZAS VOLANTES (FLY ASH), EXTRACCIÓN Y DESTINO.
La ceniza volante es un material con una consistencia de un polvo fino, que es transportada por los gases de escape, desde el hogar de la caldera hasta un precipitador electroestático o filtro de mangas, donde es recolectada y enviada a silos de almacenamiento y finalmente retirada por camiones.

En Noviembre del 2003 la American Coal Association informó que la producción de cenizas en USA durante el año 2002 alcanzó a 128,7 millones de toneladas, de las cuales se utilizaron 45,5 millones (35%) en diferentes aplicaciones como en la agricultura para mejorar la permeabilidad y retención de agua de la tierra; en la elaboración de cemento, concretos, pavimentos, ladrillos, etc. El saldo no utilizado de las cenizas fue enviado a canchas de almacenamiento.

El uso industrial de la ceniza volante permite a las empresas eléctricas un ingreso adicional por su venta, reducir sus costos de extracción y disposición, economizar en terrenos destinados al almacenamiento de las cenizas y lo que es más importante, contaminar menos.

CENIZAS DE FONDO (BOTTOM ASH), EXTRACCIÓN Y DESTINO.
Las cenizas de fondo consisten en partículas de cenizas aglomeradas, que se producen en las calderas de carbón pulverizado, que son demasiado pesadas para ser arrastradas por los gases de la combustión en la caldera y caen a una tolva ubicada al fondo de ella. (www.epa.gov/C2P2/ccps/bottomash.htm)

Tradicionalmente, hace más de 50 años en USA, en las calderas de carbón pulverizado superiores a 100 MWe, la ceniza de fondo se extraía mediante agua a presión, era llevada hasta un molino y posteriormente a piscinas de decantación. El agua se filtraba y devolvía al mar o a un río, según el caso.

A partir de 1970 se prohibió en los países desarrollados la descarga del agua al mar, lo que obligó a las centrales a recircular esta agua, con elevados costos de operación dado los volúmenes de agua a bombear, además de los problemas de corrosión, con los consiguientes costos de mantención y otros.

Las regulaciones ambientales y la escasez de terrenos para piscinas de decantación, indujeron a los operadores europeos a aplicar un sistema de extracción con cadena sumergida en una tolva con agua (submerged scrapper conveyor, SSC), que recoge la ceniza de fondo, la mezcla en proporción de 1 parte de agua y 2 de cenizas y la descarga a piscinas, desde donde se recupera el agua y se recircula hacia la caldera.

Este sistema fue introducido en USA a principios de los 80 y se aplica ampliamente debido a su menor consumo de energía y menor demanda de agua. No obstante presenta una serie de inconvenientes en su operación, mantención y seguridad del servicio. Desde el punto de vista ambiental, además del problema del agua, la ceniza de fondo contiene un alto porcentaje de inquemados, lo que no la hace apta para su utilización en cementos.

A partir de mediados de los 80 los operadores europeos, liderados por ENEL en Italia, aplicaron un nuevo sistema de extracción de las cenizas de fondo para las calderas a carbón pulverizado, que no ocupa agua, sino que las extrae en forma seca mediante una transportadora de acero, es enfriada y enviada a un molino (crusher), después de lo cual es mezclada con la ceniza volante y comercializada con las empresas de cemento. Esto es posible porque su contenido de inquemados se reduce en un 75% respecto al obtenido con el SSC.

En lo que se refiere a las calderas con lecho fluidizado, el sistema más común para remover las cenizas de fondo es mediante un tornillo sinfin (screw cooler) refrigerado por agua, la que debe ser recirculada y enfriada. En este caso también existe un sistema de extracción seca que evita el consumo de agua.

PRINCIPALES VENTAJAS DE LA EXTRACCIÓN SECA DE LAS CENIZAS
Entre las principales ventajas, desde el punto de vista de la preservación del medio ambiente, se pueden mencionar:

a) No emplea agua con lo cual: no requiere piscinas de decantación, no hay tratamiento del agua; no existe corrosión por agua de mar; no existe el riesgo de descarga accidental del agua a mares o ríos (como en el caso del sistema de recirculación del agua).

b) Mejora la eficiencia de la central debido a que: se reduce el contenido del carbón no quemado en la ceniza; se recupera el calor latente de las cenizas; se elimina el calor perdido por la evaporación del agua del sistema húmedo, recupera parte del calor radiante en la garganta de la caldera; hay un menor consumo de energía por servicios auxiliares, etc.
Al mejorar la eficiencia, se disminuyen el consumo de carbón y las emisiones de CO2.
La combustión de una tonelada de carbón produce aproximadamente 2,2 toneladas de CO2.

c) Permite la utilización de la ceniza de fondo: al bajar el porcentaje de carbón no quemado, la ceniza de fondo es fácilmente pulverizada en molinos y mezclada con la ceniza volante, potenciando su aplicación en diferentes usos.
Cabe destacar que el empleo de la ceniza volante y la de fondo en la elaboración de cemento disminuyen las emisiones de CO2. Por cada tonelada de ceniza usada en la producción de cemento, aproximadamente se economizan 1, 5 toneladas de CO2.

Como ejemplo puede citarse el caso de la Central Los Barrios de Endesa España de 552 MWe, la que en el año 2003 reemplazó su sistema SSC por el de extracción seca, reduciendo el inquemado de un 12% a menos de 4%. La disminución de las emisiones de CO2 se estima en 12.000 ton/año por la mayor eficiencia de la central y en 60.000 ton/año por la utilización de la ceniza en la fabricación de cemento.

La reducción en los costos de operación y mantención, el mejoramiento en el rendimiento de la caldera, la recuperación de espacios que estaban destinados a piscinas de decantación, la disminución del impacto ambiental, etc., obtenidos en Los Barrios, impulsó a Endesa España a repetir esta operación el año 2005 en la Central Aboño Nº1 de 556 MWe, la que también tenía el sistema SSC. El año 2006 decidió adoptar el sistema de extracción seca de la ceniza para su nueva central de 577 MWe en Almería Nº1.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Está comprobado por instituciones de prestigio mundial, que los efluentes líquidos y residuos carbonosos de las centrales a carbón tienen efectos perniciosos en el medio ambiente.

Es factible mitigar dichos efectos mediante el empleo de técnicas modernas para la extracción de los residuos sin la utilización de agua y aprovechando las cenizas en diferentes aplicaciones. Para ello es necesario que las cenizas cumplan determinados requisitos de calidad, que se logran, entre otros, con su extracción en forma seca.

Será imperativo darle un destino útil a las 1.800.000 toneladas de cenizas que producirán anualmente las centrales a carbón a partir del año 2015. De lo contrario deberán llevarse a canchas de almacenamiento, las que en el mediano plazo se asemejarán a las “tortas” que dejaron en el pasado las oficinas salitreras, con la diferencia que las de ceniza serán altamente contaminantes.

Autores:
Carola Armijo B., Master en Ciencias Ambientales, Florida Atlantic University, USA.
Sergio Balbontín C., Ing. Civil Mecánico Univ. Técnica F. Santa María,
ex Gerente General de la Empresa Eléctrica del Norte Grande S.A. (1985-1994)