lunes, 05 de febrero de 2007
Sergio Balbontín C., ex gerente general de la Empresa Eléctrica del Norte Grande S.A.
Economía y Negocios, El Mercurio
Según EPA, la descarga accidental o intencional de estos CCR en los sistemas acuáticos, tienen efectos perniciosos en el medio ambiente.
1. EFECTOS EN EL MEDIO AMBIENTE DE LOS EFLUENTES LÍQUIDOS Y RESIDUOS CARBONOSOS DE LAS CENTRALES TÉRMICAS
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).
Estudios recientes realizados por instituciones de prestigio mundial como la U.S. Enviromental Protection Agency (EPA), el Chesapeake Biological Laboratory de la Universidad de Maryland y el Savannah River Laboratory de la Universidad de Georgia, por citar algunos, han demostrado que los CCR contienen altas concentraciones de elementos y metales pesados como Al, As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sr, V y Zn.
Según EPA, la descarga accidental o intencional de estos CCR en los sistemas acuáticos, tienen efectos perniciosos en el medio ambiente. Estos residuos son rápidamente acumulados y en altas concentraciones por los seres animales o vegetales que habitan estos sistemas. La muerte de peces e incluso la extinción completa de algunas especies ha sido asociada a los CCR.
En los peces, reptiles, ranas, camarones y otros organismos, su exposición a los CCR se ha traducido en numerosos efectos de tipo histopatológico, fisiológicos (reproductivos, energéticos, endocrinológicos), etc., debido a que ellos van acumulando los tóxicos a nivel celular, conocido también como bioacumulación, que alteran su comportamiento y desarrollo en sus ecosistemas naturales. La recuperación de los lugares afectados por los CCR puede ser extremadamente lenta, incluso en sitios que sólo han recibido los CCR por un corto período de tiempo.
Mayores detalles sobre el impacto ambiental de los efluentes líquidos y residuos carbonosos de las centrales térmicas se pueden encontrar en las páginas web (www.uga.edu/srel/coal1.htm), (www.uga.edu/srel/biolog.htm) y (www.uga.edu/srel/d-area.htm).
2. PRODUCCIÓN DE CENIZAS ESPERADA PARA CHILE EN LOS PRÓXIMOS DIEZ AÑOS.
Existen actualmente en Chile 8 centrales eléctricas a carbón con un total de 14 unidades generadoras en operación, que suman 1.972 MWe. No se consideran Laguna Verde con 54,7 MWe que funciona sólo en casos de emergencia y otras centrales menores en el SIC.
Las nuevas centrales a carbón que se pondrán en servicio entre los años 2010 y 2015 aportarán aproximadamente 5.000 MWe. En lo inmediato se destacan los llamados a propuestas y/o adjudicaciones de contratos de Guacolda (2x150 MWe); Ventanas (250 MWe); Colbún (2x350 MWe); Endesa (2x350 MWe); Suez Energy (2x200 MWe) y recientemente AES Gener en Mejillones (4x150 MWe), que llegan a 2.950 MWe.
A lo anterior se agregarían otros proyectos actualmente en estudio por las principales empresas eléctricas ya establecidas, como de nuevos actores que evalúan instalarse en Chile, atraídos por las condiciones del mercado, que significan unos 2.200 MWe adicionales.
Los proyectos descritos más arriba totalizan aproximadamente 7.000 MWe que producirán enormes cantidades de cenizas. Por consiguiente su extracción, tratamiento y destino final deberán efectuarse con extremas precauciones para de evitar la degradación ambiental como resultado de la liberación al medio ambiente de los elementos y metales mencionados en el Capítulo 1. Suponiendo que operen con un factor de planta de sólo un 75%, se obtendrían los siguientes resultados aproximados:
Consumo de carbón: 18.000.000 ton/año
Producción total de cenizas: 1.800.000 ton/año
Cenizas volantes: 1.620.000 ton/año
Cenizas de fondo: 180.000 ton/año
En lo que respecta al empleo de agua de mar para la extracción de las cenizas de fondo, cabe señalar que:
a) Tres de las unidades actualmente en servicio extraen las cenizas vía húmeda, la cual hasta Septiembre del 2006 se descargaba al mar, una vez decantadas las cenizas en grandes piscinas. A partir de esa fecha les quedó prohibida dicha descarga, por lo que seguramente están recirculando el agua.
b) En las dos unidades actualmente en explotación de Edelnor en Mejillones, esta extracción se efectúa vía seca, es decir, no se ocupa agua.
c) En las 9 unidades restantes se emplea el sistema de cadena sumergida en agua de mar (SSC) que se describe en el Capítulo 4.
d) Un porcentaje importante de las nuevas centrales que se pondrán en servicio adoptarían la alternativa SSC. Se exceptúan empresas eléctricas que tradicionalmente se han preocupado de la preservación del medio ambiente, como Colbún y Endesa, que en sus Llamados a Propuestas especificaron la extracción seca, al igual que Suez Energy (Edelnor) en la alternativa de caldera a carbón pulverizado.
3. 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.
Mayores antecedentes sobre el aprovechamiento de los productos derivados de la combustión del carbón (Coal combustion products, CCPs) se encuentran en la página web (www.epa.gov/C2P2/ccps/ccps.htm ).
En USA existe la Coal Combustion Products Partnership (C2P2), asociación formada por la Enviromental Protection Agency (EPA), la American Coal Ash Association, el Utility Solid Waste Activities Group, el U.S Department of Energy y la U.S. Federal Highway Administration, para ayudar a promover el uso de los productos de la combustión del carbón y los beneficios ambientales que resultan de ello (www.epa.gov/C2P2/index.htm). En Australia existe la Cooperative Research Centre for Coal in Sustainable Development (CCSD), con estos mismos objetivos.
En resumen, 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.
En el caso de Chile, las Empresas Eléctricas Guacolda y Ventanas entregan parcial o totalmente sus cenizas a empresas de cemento. Estas últimas tienen una capacidad máxima de producción de unos 5 millones de toneladas al año. Si se considera que la ceniza puede reemplazar hasta un 30% de la producción de cemento, en teoría se podrían procesar un 93% de la totalidad de la ceniza volante que descargarán las centrales del SING y del SIC. Sin embargo, ya sea por la distancia entre las fábricas de cemento y las centrales eléctricas o por razones técnicas, actualmente el aprovechamiento es mínimo. Es conveniente buscar entonces otros mercados para la ceniza.
4. 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 y concretos.
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.
Los países que disponen de extracción seca son: USA, Canadá, México, Colombia, Italia, Grecia, España, República Checa, Polonia, República Popular de China, Japón, Australia, Portugal, Corea del Sur, Filipinas, la India y Chile. Al 31.12.06. existían 84 unidades generadoras ya sea a carbón pulverizado o con lecho fluidizado que tienen este sistema, todas las cuales están funcionando exitosamente.
5. 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.
6. 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)
