PIROLISIS

Una de las tecnologías alternativas para el manejo de los residuos sólidos urbanos y que ofrece prometedoras ventajas aunque aún se encuentra en proceso de desarrollo tecnológico es la pirolisis. Este es un proceso fisicoquímico complejo que desde hace algunos años se ha investigado en los países desarrollados, particularmente en los Estados Unidos de América como una alternativa para reciclar indirectamente los residuos sólidos urbanos.

Se define a la pirolisis como la degradación térmica de la biomasa, es decir es la descomposición de la materia orgánica por la acción del calor y por la ausencia de oxigeno, esta no se lleva a cabo en metales ni en vidrios.

ANTECEDENTES

Un paso importante hacia la aplicación de la pirolisis para la disposición final de los residuos sólidos urbanos fue el estudio realizado por E. R. Kaiser y S. B. Friedman en la Universidad de Nueva York en 1967, denominado “"Pruebas exploratorias de laboratorio de la destilación destructiva de residuos orgánicos, y los prospectos para la gasificación completa de la materia orgánica”. Para este estudio se utilizaron muestras homogéneas de materiales orgánicos encontrados en los residuos. El propósito del mismo fue determinar si los gases producidos podían ser utilizados como una fuente de combustible para generar vapor, lo cual permitiría que el sistema se mantuviera a sí mismo sin la adición de otro combustible. Los resultados fueron positivos, sugiriendo Kaiser y Friedman que el carbón producido por la pirolisis podía ser gasificado a través de la adición de oxígeno convirtiéndose en combustible y esto haría el sistema autosuficiente en energéticos.

Estudios posteriores confirmaron esta hipótesis sustancialmente. Se observó que los productos de la pirolisis de los residuos sólidos orgánicos, gases, líquidos y sólidos, todos éstos subproductos del proceso representaban formas potenciales de energía, por lo que una vez iniciado éste podía ser autosuficiente.

La investigación realizada en 1970 por W. S. Sanner, C. Ortuglio y J. G. Walters del Departamento de Minas de los Estados Unidos de América, usando muestras más grandes de residuos sólidos urbanos y residuos industriales, y una planta diseñada para separar los subproductos, llegó a los siguientes resultados:

Se demostró que una tonelada de residuos municipales se puede convertir a 70-192 kg. de residuos sólidos, 2-23 litros de alquitrán, 4-16 litros de aceite ligero, 367-503 litros de licor, 7-15 kg. de sulfato de amonio y 208, 978-5l1, 344 litros de gas. Se comprobó que los residuos de los desechos municipales tenían un alto valor como combustible y que la energía obtenida del gas generado durante la pirolisis de estos era más que suficiente para proveer el calor del proceso.

Posteriormente, J. Mc. Farland y colaboradores. del National Environment Research Center (NERC) y V. L. Hammond de Batelle, Northwest de los E.U.A., investigaron la pirolisis de desechos sólidos municipales a escala piloto. Hammond desarrolló una planta pirolítica de residuos a escala piloto, con cuyos resultados diseñaría una planta para la ciudad de Kennewick con una capacidad de 100-200 toneladas por día utilizando el proceso de gasificación. Como producto de la Experimentación se llegó a la siguiente conclusión:

a) La conversión de energía del proceso excedió el 80%.

b) La reducción del volumen y peso de los residuos están en el orden de los de incineración (entre el 70 y 90 %).

c) Las plantas de gasificación con capacidades mayores a 100 toneladas serían económicamente competitivas con otros métodos de disposición de residuos sólidos.

d) El gas combustible obtenido en el proceso pudo ser generado en forma limpia para producir vapor o generar electricidad.

e) La producción de vapor parece ser la aplicación más económica de la energía producida por el proceso de gasificación.

Los resultados de los estudios antes mencionados vislumbraron la utilidad del proceso de la pirolisis para el control de los desechos sólidos municipales y las ventajas con relación a otros procesos.

PRINCIPIOS DE LA PIROLISIS

La pirolisis es la descomposición térmica de la materia orgánica, como la presente en los residuos en la ausencia de oxigeno.

En la transformación termoquímica de la biomasa, el proceso de pirolisis es de carácter fundamental. Por una parte, se pueden obtener combustibles sólidos, líquidos y gaseosos; por la otra, la pirolisis constituye las reacciones de inicio y acompañamiento de los procesos de combustión y gasificación del carbonizado.

Durante este proceso, la materia orgánica de poco valor se transforma en productos de alto contenido energético como el carbón, alquitrán, los gases de hidrógeno, nitrógeno, metano, etano, propano, butano, pentano, amoníaco, oxígeno, monóxido y bióxido de carbono que pueden ser utilizados como combustibles, además de aceites ligeros (mezclas de benceno, tolueno, xileno y otros), sales y metales reducidas que se pueden usar como materia prima en otros procesos.

Se puede considerar que la pirolisis comienza a partir de los 250 °C, llegando a ser prácticamente completa en torno a los 500°C, aunque esto está en función del tiempo de residencia del residuo en el reactor.

Los productos primarios formados son los siguientes (en diferentes proporciones según el proceso empleado):

• Gases: Compuestos principalmente de CO, CO2, CH4, C2H6 y pequeñas cantidades de hidrocarburos ligeros.

• Líquidos: Compuesto por una gran mezcla de distintos productos como pueden ser: cetonas, ácido acético, compuestos aromáticos, y otras fracciones más pesadas.

• Sólidos: El producto sólido de la pirolisis es un residuo carbonoso (char) que puede ser utilizado como combustible o para la producción de carbón activo.

CLASIFICACION DE LA PIROLISIS

Desde el punto de vista operativo, los procesos de pirolisis pueden encuadrarse en cuatro grandes bloques: carbonización, pirolisis convencional, pirolisis rápida y pirolisis instantánea.

Proceso Tiempo de residencia (sólido) Temperatura

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