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2DO CONGRESO INTERNACIONAL DE MEDIO AMBIENTE Y SOCIEDAD El uso de las energías alternativas para resolver problemas sociales En el marco del de la UNAM ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA (ACV) DE LA FRACCIÓN CON EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LOS RESIDUOS SÓLIDOS GENERADOS EN CIUDAD JUÁREZ COMO COMBUSTIBLES ALTERNOS PARA LA PRODUCCIÓN DEL CEMENTO ACV FROEE Ramón Gómez Vargas, Guillermo González Sánchez, Eduardo Florencio Herrera Peraza, María Antonia Luna Velasco, Luis Armando Lozoya Marquez, Damaris Acosta Slane
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2DO CONGRESO INTERNACIONAL DE
MEDIO AMBIENTE Y SOCIEDAD
El uso de las energías alternativas para
resolver problemas sociales
En el marco del
de la UNAM
ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA (ACV) DE LA FRACCIÓN CON
EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LOS RESIDUOS SÓLIDOS GENERADOS EN CIUDAD
JUÁREZ COMO COMBUSTIBLES ALTERNOS PARA LA
PRODUCCIÓN DEL CEMENTO
ACV FROEE
Ramón Gómez Vargas, Guillermo González Sánchez, Eduardo Florencio Herrera Peraza, María Antonia Luna Velasco, Luis Armando Lozoya Marquez, Damaris Acosta Slane
Proyecto FROEEFRACCIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS ORGANICOS
CON EFICIENCIA ENERGÉTICA
OBJETIVO: Lograr un 75% de sustitución de carbón por materiales alternos en tres etapas.
Residuos con alto valor calorífico ( > 14.0 MJ/kg ) (plásticos, papel y cartón, textiles, madera).
EL PROBLEMAUn punto de partida…
La existencia de los residuos…
Centro de Investigaciones en Materiales Avanzados, S.C.
Investigación Científica y Tecnológica
LUGAR PAÍS
GENERACIÓN
ANUAL(millones de toneladas)
1 Estados Unidos 236
2 Federación Rusa 207.4
3 Japón 52.36
4 Alemania 48.84
5 Reino Unido 34.85
6México 32.17
Francia 32.17
7 España 26.34
México, lindo y querido…LOS RESIDUOS EN NÚMEROS
Segun la revista FORBES, 2007
DISPOSICIÓN FINAL
TRANSFERENCIA
RECOLECCIÓN
BARRIDO
P R O C E S O S
90 - 200 $ / Ton.
40 - 90 $ /Ton.
130 - 250 $ /Ton.
25 - 50 $ / km
RANGO DE COSTOS
hasta el 80% de los gastos totales se lo lleva solo la RECOLECCIÓN
Compostaje: 300 – 500 $/ton
Mineralización: 160 $/ton
Tratamiento-Mec.-Biol. 170 – 200 $/ton (con disp. f.)
Incineración: 650 – 1,000 $/ton
RECURSOS INVOLUCRADOS ESTIMADOS: 21.88 M/$/día
México, lindo y querido…LOS RESIDUOS EN NÚMEROS
EMISIONES ATMOSFÉRICAS
(PST, SO2,CO,NOx, HC)
RESIDUOS DISPUESTOS
SIN CONTROL (aprox)
CONTAMINACIÓN DE AGUAS
SUPERFICIALES Y SUBTERRÁNEAS
43,100
Ton/Dia
DEPOSITO DE RESIDUOS
PELIGROSOS EN SITIOS DE
DISPOSICIÓN FINAL
SITIOS DE DISP. FINAL
ABANDONADOS
México, lindo y querido…LOS RESIDUOS EN NÚMEROS
EL PROBLEMAUn punto de partida…
La necesidad de energía en la industria cementera y la afectación ambiental
Centro de Investigaciones en Materiales Avanzados, S.C.
Investigación Científica y Tecnológica
HECHOS “CONCRETOS” CON RESPECTO AL CEMENTO
• Se dice que en el mundo el concreto es la segundo material más consumido después del agua
• Este consumo ha causado un crecimiento continuo de la industria relacionada
2.830,00 2.998,00
3.294,00
3.600,00
3.800,00
2500
2700
2900
3100
3300
3500
3700
3900
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Mill
on
es
de
to
ne
lad
as
de
ce
me
nto
Año analizado
5.6%
9.0%
8.5%
5.3%
En México existía una capacidad instalada de producir hasta 58 millones de toneladas al año en el 2012
• La industria consume entre el 10 y el 15% del total de la energía utilizada en el sector industrial
– 3.2 a 6.3 GJ de energía
– 1.7 toneladas de materias primas
– 60 a 130 Kg de combustible
– 120 kW h
HECHOS “CONCRETOS” CON RESPECTO AL CEMENTO
Por tonelada de clinquer
Por tonelada de cemento
E N E R G I A E N E LProceso de producción del CEMENTO
Extracción de materia prima
Transporte
Trituración
Almacenamiento (homogeneización)
Molienda
Intercambiador de ciclones
Horno rotatorio
Almacenamientoclinker Molienda de
cemento
Molienda de cemento
Térmica
Eléctrica
Responsable del 6 al 7%
de las emisiones
globales de naturaleza
antropogénica de CO2 y
cerca del 3% de las
emisiones de GEI
Diagrama de Sankey de la producción de clinker basado en balances de materia
EL ESTUDIO del co-procesamientoUn medio para buscar mitigar…
El análisis de ciclo de vida
Centro de Investigaciones en Materiales Avanzados, S.C.
Investigación Científica y Tecnológica
Ciclo de Vida.- se refiere a las
diferentes etapas que tiene un producto, proceso o servicio durante su existencia.
Uso,mantenimiento
Manufactura
producto
Procesamiento
material
Extracción
materia prima
Disposición
Materiales
Energía
Materiales
Energía
Materiales
Energía
Materiales
Energía
Materiales
Energía
Residuos
Subproductos
Residuos
Subproductos
Residuos
Subproductos
Residuos
Subproductos
Residuos
Subproductos
MODELO
Evaluación del
Impacto del
Ciclo de Vida
(EICV)
I
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O
INDICADOR
Dra. Patricia Güereca
¿Qué?¿Cómo?
¿Para qué?¿Para quién?¿Para dónde?
¿Para qué período?
Unidad funcional:Cantidad de productos
ó servicios, necesarios para cumplir la función que se compara.
Estructura de ACV
Interpretación
Definición del objetivo
y alcance
Análisis del inventario
Evaluación del impacto
-
Estructura de ACV
Interpretación
Definición del objetivo
y alcance
Análisis del inventario
Evaluación del impacto
La energía de 6.6x107 kcal requerida en el horno giratorio y precalentadordurante una hora de proceso para producción de Clinker
PLANTA SAMALAYUCAEL ÁREA DE ESTUDIO
Definición de Objetivos y Alcance
EL ESTUDIO ACV
• Norma NMX-SAA-14040-IMNC y la norma NMX-SAA-14044-IMNC
• El software SIMAPRO versión 7.3– modelo ReCiPe 2008 en punto medio (18) y análisis de punto final (3)
– aproximación de indicadores más reciente y armonizada en el análisis de impactos
• Datos directos de la empresa (entradas y salidas)
• Datos de la Secretaría de Energía – SENER (energía eléctrica)
• Procesos e impactos: base de datos de SIMAPRO
Los medios e instrumentos
EL ESTUDIO ACV
Modelo ReCiPe, SIMAPRO
Categoría Unidad de impacto de la
categoríaEcotoxicidad agua
dulcekg de 1,4-DCB al
aguaEcotoxicidad marina kg de 14-DCB al
marRadiación ionizante kg de U235 al aire
Ocupación de tierras agrícolas
m2 año de suelo agrícola
Ocupación del suelo urbano
m2 año de suelo urbano
Transformación de terreno natural
m2 año de suelo natural
Agotamiento del agua m3 de agua
agotamiento de los recursos minerales
kg de Fe
Agotamiento de combustibles fósiles
kg de aceite
Categoría Unidad de impacto de la categoría
Cambio climático kg de CO2 al aire
Agotamiento capa de ozono
kg de CFC-11 al aire
Acidificación terrestre kg de SO2 al aire
Eutrofización del agua dulce
kg de P al agua
Eutrofización marina kg de N al agua
Toxicidad humana kg de 14DCB a aire urbano
Formación de oxidantes
fotoquímicos
kg de NMVOC al aire
Formación de partículas
kg de PM10 al aire
Ecotoxicidad terrestre kg de 1,4-DCB de suelo industrial
Modelo ReCiPe, SIMAPRO
RESULTADOS y CONCLUSIONESDEL ACV
El análisis de ciclo de vida
Centro de Investigaciones en Materiales Avanzados, S.C.
Investigación Científica y Tecnológica
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1C
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Comparación
Escenario 2013 Escenario 2014
Cuantificación de diecisiete categorías de impacto ambiental intermedias para las cuatro etapas del escenario 2013. Se utilizó la metodología ReCiPe de punto final
Cuantificación de diecisiete categorías de impacto ambiental intermedias para las cuatro etapas del escenario 2014, más el proceso de carbón evitado. Se utilizó la metodología ReCiPe de punto final
Comparación entre los escenarios 2013 y 2014
EVALUACIÓN POR PUNTO FINAL
• 3 categorías finales: i) Salud humana; ii) Ecosistemas; iii) Recursos.
INDICADOR ESCENARIO 2013 ESCENARIO 2014
DALY 0.128 0.118
species.yr 6.92 x10–4 6.46 x10–4
$ Surplus cost 114,005 87,104
Salu
d H
um
ana
DA
LY
Cambio ClimáticoSalud humana
Toxicidad humana
radiación ionizante
Agotamiento capa de ozono
Formación de material particulado
Formación de oxidantes fotoquímicos
ECO
SIST
EMA
S
Cambio Climático/Ecosistemas
Acidificación terrestre
Eutrofización del agua dulce
Ecotoxicidad agua dulce
Ecotoxicidad marina
Ecotoxicidad terrestre
Ocupación de suelo agrícola
Ocupación del suelo urbano
Transformación de suelo natural
REC
UR
SOS
Agotamiento de metales
Agotamiento de combustibles fósiles
CONCLUSIONES• En ambos escenarios producen:
– El mayor impacto en la categoría de agotamiento de combustibles fósiles
– El impacto de la molienda de carbón predomina en las 18 categorías
– La combustión causa en 6 cambio climático, eutrofización marina, formación de oxidantes químicos y de partículas, ecotoxicidad y acidificación terrestres y toxicidad humana
– La contribución más importante de la combustión es en las dos categorías de cambio climático (afectaciones a la salud humana y a los ecosistemas) y en menor esla formación de material particulado.
– La etapa de extracción de carbón tiene el según mayor puntaje de impacto
– La molienda ocupa el tercer lugar
CONCLUSIONES
• En la comparación:
– Todas las categorías el escenario 2014 provoca menores impactos respecto del escenario 2013.
– Reemplazando 1 ton carbón/h se calculó una disminución de casi 5. 5 ton/h de CO2 equivalente para el escenario 2014. (son 44 mil toneladas de CO2 al año)
• De manera general:
– El co-procesamiento es una forma de recuperación de la energía al mismo tiempo que se da tratamiento finalista a los residuos con alto poder calorífico.
– El uso de materiales alternativos en la industria cementera reduce las emisiones globales.
– Se evita la disposición de dicha fracción en rellenos sanitarios y además disminuye el uso de coque como combustible en hornos de cemento.
REFERENCIAS• Aranda Usón, A., López Sabirón, A.M., Ferreira, G. & Llera Sastresa, E. (2013). Uses of alternative fuels and raw materials in the cement industry as
sustainable waste management options. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 23, 242 – 260.• Brown, D., Sadiq, R. & Hewage, K. (2014). An overview of air emission intensities and environmental performance of grey cement manufacturing in
Canada. Clean Techn Environ Policy. 16, 1119 – 1131.• Cedano de León, D.C. (2012). Valorización energética de residuos como combustibles alternativos en plantas cementeras. Universitat Politecnica de
Valencia, Valencia, España.• Choy, K.K.H., Ko, D.C.K., Cheung, W.H., Fung, J.S.C., Hui, D.C.W., Porter, J.F. & McKay G. (2004). Municipal Solid Waste Utilization for integrated
cement processing with waste minimization. A pilot scale proposal. Process Safety and Environmental Protection. 82(B3), 200 – 207.• Federación Interamericana del Cemento – FICEM. (2013). Informe estadístico año 2013. . Recuperado en octubre 12, 2016 de:
http://www.ficem.org/estadisticas/informe_estadistico_2013.pdf• Galvez Martos, J.L. & Schoenberger, H. (2014). Review. An analysis of the use of life cycle assessment for waste co–incineration in cement kilns.
Resources, Conservation and Recycling. 86, 118 – 131.• Graham Priego, L. (s.f.). Cemento el oro gris de México. Recuperado en octubre 12, 2016 de:
http://www.realestatemarket.com.mx/articulos/materiales-de-la-industria/12367-cemento-el-oro-gris-de-mexico• Grupo Cementos de Chihuahua, S.A.B. de C.V. – GCC. (2015). Informe anual para la Comisión Nacional Bancaria y de Valores 2015 – GCC. Recuperado
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residuos municipales. Universitat Politecnica de Valencia, Valencia, España.• Güereca Hernández, L.P. (2013). Evaluación comparativa de los impactos ambientales de la producción de clínker con combustible fósil frente a
combustible derivado de los residuos municipales. Gaceta del Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México. 86, 16-19.• Instituto Mexicano de Normalización y Certificación – IMNC. (2008). NMX-SAA-14040-IMNC Gestión Ambiental – Análisis de Ciclo de Vida – Principios
y marco de referencia. México, D.F.; IMNC.• Jensen Velasco, A. (2015). Co-procesamiento en hornos cementeros. Oportunidades y potencial en México. Foro Internacional 2015 de Valorización
Energetica de Residuos Solidos Urbanos. Experiencias y estrategias globales celebrado en octubre del 2015• Ladrón Guvera, M. (2006). Acciones de la industria cementera acciones de la industria cementera para la reducción de COPs (PCDD/F). Cámara
Nacional Del Cemento. 2do Foro de Investigación sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes en México celebrado en Mayo del 2006.• Melo Gómez, M. (2007). Generación de Capacidades Tecnológicas para el uso de tecnologías limpias en la industria cementera, caso Cemex
Guadalajara. Universidad Autónoma Metropolitana Xochimilco, Mexico, D.F.• Pré-Consultants. Data base manual. Methods library. (2010) descargado en marzo 16, 2014 de la URL
http://www.pre.nl/download/manuals/DatabaseManualMethods.pdf• Ramón Martínez, A. (2014). Estudio del sector cementero a nivel mundial y nacional, con particularización de una empresa cementera situada en la
Comunidad Valenciana. Universitat Politecnica de Valencia, Valencia, España.
2DO CONGRESO INTERNACIONAL DE
MEDIO AMBIENTE Y SOCIEDAD
El uso de las energías alternativas para
resolver problemas sociales
En el marco del
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