Gestão e Aproveitamento Energético dos Resíduos Sólidos Urbanos

Gestão e Aproveitamento Energético dos Resíduos Sólidos

Urbanos

FCAM, Fundação Cambirela do Meio Ambiente e Águas de Palhoça

1º GERSUP-SC

Sergio Guerreiro Ribeirowww.wtert.com.br

WTERT-BRASIL10-11-2011

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PARTE 1.

POLÍTICA NACIONAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS – COMPARAÇÃO COM A

EUROPA

PARTE 2.

GERAÇÃO DE ENERGIA COM RSU –WASTE-to- ENERGY (WTE)

MITOS X VERDADESONDE BUSCAR INFORMAÇÕES CONFIÁVEIS SOBRE O

ESTADO DA ARTE DAS TÉCNICAS PARA GERENCIAMENTO SUSTENTÁVEL DOS RESÍDUOS

SÓLIDOS URBANOS?EARTH ENGINEERING CENTER

(EEC)COLUMBIA UNIVERSITY EM NEW

YORK

REINO UNIDO, FRANÇA, ITÁLIA e INDIA

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Conselho de Pesquisa em Tecnologia de Geração de Energia a Partir de Resíduos Progresso no Gerenciamento Sustentável de Resíduos Waste-to-Energy Research and Technology Council Advancing Sustainable Waste Management

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Os objetivos do WTERT-Brasil são:

1. Aproximar todos os grupos de pesquisa e desenvolvimento trabalhando nas diversas áreas pertinentes ao gerenciamento de resíduos, no Brasil, e compartilhar informações sobre o Gerenciamento Sustentável de Resíduos através do WTERT dos EUA ( www.wtert.org ) e coligadas ao redor do mundo.

2. Identificar as tecnologias mais adequadas ao tratamento dos diversos materiais presentes nos resíduos do Brasil, estimular a pesquisa acadêmica de acordo com as necessidades e disseminar estas informações pelo País; paralelamente o WTERT – Brasil irá disponibilizar informações, em inglês, de modo que o resto do mundo possa acompanhar os problemas, soluções e oportunidades visando o progresso do gerenciamento dos resíduos no Brasil.

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PARTE 1.

POLÍTICA NACIONAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS – COMPARAÇÃO COM A

EUROPA

NO BRASIL AS POLÍTICAS DE GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS TÊM SIDO ELABORADAS POR PESSOAS SEM A DEVIDA EXPERIÊNCIA NAS PRÁTICAS MODERNAS. OS DEBATES TEM SE LIMITADO AO MARKETING DE PREFERÊNCIAS PARTICULARES E INTERESSES POLÍTICOS ONDE OS ENFOQUES CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO NÃO SÃO PRIORIDADES.

A PNRS FOI LANÇADA COMO A SALVAÇÃO DO PAÍS MAS NA VERDADE NÃO QUER MUDAR NADA EXCETO A CONSTRUÇÃO DE ATERROS SANITÁRIOS NO LUGAR DE LIXÕES O QUE É MUITO POUCO.

LIXO A CÉU ABERTO (LIXÃO)

ATERRO MODERNO COM CAPTURA E QUEIMA DO CH4

ATERRO MODERNO COM CAPTURA E USO DO CH4

INCINERAÇÃO COM GERAÇÃO DE ENERGIA (WTE)

COMPOSTAGEM AERÓBIA

COMPOSTAGEM ANAERÓBIA

SOMENTE PARA ORGÂNICOS SEPARADOS NA ORIGEM

RECICLAGEM

REDUÇÃO GERAÇÃO

HIERARQUIA PARA GERENCIAMENTO DOS RSU (ECC, COLUMBIA UNIV. 2008)

$ (EM GERAL)

Autor(es): Aspásia Camargo O Globo - 16/10/2011

É preciso mudar as nossas cidades

As operadoras estão prontas para fazer parcerias público-privadas e oferecer água, coleta e tratamento de esgoto, além do reaproveitamento dos resíduos sólidos, transformando-os em energia. Este é um bom exemplo de como a economia verde pode produzir desenvolvimento, criando empregos e erradicando a pobreza ao mesmo tempo, como propõe a Rio+20.

A Fundação Bill Clinton fez um cálculo: se os países em desenvolvimento investirem em massa neste processo, a crise ambiental planetária pode ser adiada de 2020 para 2040, pois estaremos abatendo enorme quantidade de gases de efeito estufa da atmosfera. A indústria da reciclagem é outro braço poderoso da economia verde, tanto maior quanto mais desenvolvido é o país. Juntos, apenas os Estados Unidos, o Brasil e a China geraram 13 milhões de empregos na área e, segundo o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (Pnuma), esses postos de trabalho poderiam se multiplicar no Brasil, porque as cidades não fazem ainda coleta seletiva, da qual depende a reciclagem. O Rio, por exemplo, não recicla nem 1% do seu lixo!

(será verdade?)

17.5

17.5

RECICLAGEM DE PLÁSTICOS NA EUROPA -2008

RECICLAGEM INCINERAÇÃO

RECICLAGEM MECÂNICA E RECUPERAÇÃO ENERGÉTICA DOS PLÁSTICOS NA EUROPA (2008)

PAPEL/PAPELÃO

METAIS INDÚSTRIA

VIDRO

PETS $ (SEPARAÇÃO NA ORIGEM MELHORA)

PROBLEMA ORGÂNICOS (POLUIÇÃO)

PLÁSTICOS NÃO RECICLÁVEIS (DESPERDÍCIO)

LIXO RESIDUAL (ATERROS)

LIXO DA CIDADE DO RIO DE JANEIRO (COMLURB)

REDUÇÃO LIXO ORGÂNICO EM ATERROS - EUROPA

NA DEFINIÇÃO ACIMA O TERMO “ESGOTADAS TODAS AS POSSIBILIDADES DE TRATAMENTO......ECONOMICAMENTE VIÁVEIS” NÃO SIGNIFICA NADA POIS NÃO TOCA NO PROBLEMA FUNDAMENTAL QUE É A DISPOSICÃO DOS BIO-RESÍDUOS NOS ATERROS. PELO CONTRÁRIO, SE AS PREFEITURAS NÃO TIVEREM RECURSOS DEPOSITAM OS BIO-RESÍDUOS EM ATERROS E, COM O APOIO DA PNRS, CHAMAM ISTO DE “AMBIENTALMENTE ADEQUADO”. SEM MENCIONAR O PROBLEMA DA IMPOSSIBILIDADE DA RECICLAGEM DA MAIOR PARTE DOS PLÁSTICOS (COMBUSTÍVEIS) QUE AO SEREM DISPOSTOS EM ATERROS REPRESENTAM UM ENORME DESPERDÍCIO DE ENERGIA.

RESUMO SE CUSTAR CARO, O ERRADO VIRA “AMBIENTALMENTE ADEQUADO”

Plastic as one of the problems In Germany “only” 20 % of plastic waste is recovered by

recycling, mostly it is going the way of Waste to Energy .

• reasons:– “the smell of waste lasts for ever” – strong technical limits of using plastic as recycling

material– during capture and processing up to 50 % sorting rests!– sooner or later even recycling materials become a not

recyclable waste!

PALESTRA DO Dr. MICHAEL WELTZIN, CONSULTOR CIENTÍFICO DO PARTIDO VERDE ALEMÃO NA 18ª CONFERENCIA NORTE AMERICANA

SOBRE ENERGIA DO LIXO

SÓ NO RIO DE JANEIRO 2.000 TPD DE PLÁSTICOS VÃO PARA ATERROS. ISTO CORRESPONDE A APROX 13.000 BEP/DIA OU (US$ 90/BARRIL) US$ 427 MILHOES/ANO

WTERT 2010 International Awards The WTERT 2010 Award goes to the City of Vienna (Austria) for being one of the cleanest (as well as “most livable”!) cities in the world. Presented by Prof. N.J. Themelis; received on behalf of the City of Vienna by Mr. Rainer Kronberger, vice-head of the Waste Management Department (MA 48) of Vienna

VIENA ELEITA EM 2010 PELO WTERT A QUE MELHOR GERENCIA SEUS RSUEXEMPLO A SER COPIADO

Saving resources and protecting climate –

waste policy concept of Alliance 90 / The Greens in Germany

18th Annual North American Waste-to-Energy ConferenceOrlando, May 11-13, 2010



“CONSERVANDO RECURSOS E PROTEGENDO O CLIMA- CONCEITOS DA POLÍTICA DE RESÍDUOS DOS VERDES NA ALEMANHA”

How to deal with the leftovers? Alternatives

• Landfilling / landfilling with methane recovery?

• Pyrolysis, gasification and others? • Mechanical Biological Treatment? • Incineration?

Waste to energy or landfilling?



QUAIS AS ALTERNATIVAS PARA SE LIDAR COM O LIXO APÓS A RECICLAGEM?

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Belgium

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Sweden

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10%

20%

30%

40%

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90%

100%

68 64 6255

4861

4332

4336 33 31

15 11 11 13 9

32 34 3340

4729

38

33 712

9 9

22

10 8 00.37

0.7000000000000022 5 5 5 1019

35

50 5258 60 63

79 8187 91

Source: EUROSTAT

Recycling (Incl. Composting) Waste-to-Energy Landfilling

Treatment of MSW in the EU 27 in 2006



Landfilling as a shift of problems

treatment

waste

CH4

water toxic compounds

Groundwater contamination

ATERRAR LIXO ORGÂNICO SIGNIFICA APENAS ADIAR OS PROBLEMAS

POLUIÇÃO DO AR

CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS



Benefit for the climate by treating waste before landfilling

0

10

20

30

40

1990 1995 2000 2005

depo

site

d w

aste

[mio

t]

0

10

20

30

40

50

met

hane

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on [m

io t]

methane emission deposited untraeted waste

Reduction of greenhouse gas emission from 1990 to

200477%

Data from German Environmental Agency, Dessau 2006

In 1990 methane-emissions from dumps caused 38 million tons of CO2 aq./a in Germany


SOBRE ENERGIA DO LIXOBENEFÍCIOS PARA O CLIMA TRATANDO-SE O LIXO ANTES DE

ATERRÁ-LO

Landfilling with Methane recovery

• Methane capture /recovery is only a practical way of dealing with existing old landfills. Reasons:– Capture of methane only up to a maximum of 50%

possible – ever lasting costs for landfill security– problem of leaches and danger of groundwater

contamination is not solved – no sustainable solution black box– probably later need for remediationThis technology is not for the future!



Pyrolysis, gasification and others

Bad experiences in the past in Germany. • High costs with poor results:

• “Babcock- pyrolysis“ capacity only 26.000 t/a in the 80’s

– “Schwel-Brenn-Verfahren” pilot plant never worked regular

– “Thermoselect” only one facility end in 2004, loss of 400 Mill. €

– “PKA –process” since 2007 off duty – “black pump” 2004 sold for one €uro, since 2007 using

coal – …These technologies have not shown reliability so far!



Mechanical Biological Treatment

Mechanical Biological Treatment:• separation of waste stream in a recycling chain (metal,

wood), a solid fuel strain (paper, plastics) and the biological treatment of the almost organic rest with a following landfilling.

– Campaigned by the Greens in the early days, but there are still technical problems, no market for solid fuel, landfilling is still necessary

This technology is an intermediate!Explosion in MBA in Göttingen 2006



Incineration Advantage: proven technology for many years When using a facility witch best available

technology very low environmental impact: high efficiency in recovering of heat and

electricity, very low emissions, use of different by-products by producing acid

and gypsum use of ashes e.g. in the construction industry no landfilling, only small amount of the input has

to be left over to be deposited in the subsoil



USINA LIXO-ENERGIA CONVENCIONAL (“MASS BURNING”)

RECEPÇÃO DO LIXO

GRELHA

CALDEIRA

LAVAGEM DE GASES

Emissions from waste incineration in Germany (per 100 000 t of MSW)

before 1990 today

210,000 t NOX410,000 t SO2 180 kg Cd 130 kg Hg 6 g Dioxin

36,000 t NOX 0.9 t SO2 1.2 kg Cd 1.2 kg Hg 0.003 g Dioxin



Very important: reliability! Missing it is definitely the worst case for our

environment! – examples: Napoli, Italy and not working MBT

Technology

source: WDR, German Television, DUH 2007


SOBRE ENERGIA DO LIXONÃO INCINERAR É O PIOR CASO PARA O MEIO AMBIENTE PV ALEMÃO!

• Waste avoidance and recycling quotas are not the solution, they are just a part of it,

• Recycling has limits, e.g. diapers, plastics!

• Even recycling products become waste after use,

• Using best available technology for the incineration of residual waste means less impact to environment and to climate than landfilling. although many members of the green party started

their “career” in action groups against incineration plants, incineration with low emission levels, energy and material recovery is accepted today.

Lessons learnedConclusions



There are still challenges to meet!A sustainable handling of waste is a central

element of environmental and climate protection.

1. Establishing of re-use and take back systems2. Closing the loop for raw materials by an

integrated product-design and an increasing of recycling

3. Ending of landfilling as soon as possible.4. Leftovers should be used to generate heat and

electricity by using the best available and reliable technology.

Conclusions



PARTE 2.

GERAÇÃO DE ENERGIA COM RSU –WASTE-to- ENERGY (WTE)

USINA DE PARIS 4 Km DA TORRE EIFFEL

EVITAR ATERROS RECICLAGEM E INCINERAÇÃO

AUMENTAR EFIÊNCIA DAS USINAS DE INCINERAÇÃO

CONCLUSÕES (PARTE 2)

1. A PNRS NÃO ESTIMULA NENHUMA SOLUÇÃO QUE NÃO SEJA ATERRO SANITÁRIO, NÃO ATACA O PROBLEMA DOS “ORGÂNICOS” E OS DEFINE COMO AMBIENTALMENTE ADEQUADOS.

2. NÃO ESTABELECE QUE A RECUPERAÇÃO ENERGÉTICA (WTE) É SUPERIOR AOS ATERROS. PLÁSTICOS NÃO RECICLÁVEIS?

3. NÃO ESTABELECE INCENTIVOS PARA A VENDA DA ENERGIA PRODUZIDA PELAS USINAS WTE QUE PODERIA VIABILIZÁ-LAS.

4. NÃO MENCIONA A SEPARAÇÃO NA ORIGEM COMO BASE PARA A RECICLAGEM E COMPOSTAGEM COM ADUBO DE QUALIDADE.

5. PARTE DO PRINCÍPO QUE A RECICLAGEM NO BRASIL É INCIPIENTE NO ENTANTO, EMBORA SEJA ESTIMULADA PELA POBREZA, APRESENTA ÍNDICES MUITO BONS.

6. O PIOR É QUE MUITOS ACHAM EXCELENTE.

USINAS DE INCINERAÇÃO SÃO CARAS MAS PODEM SE VIABILIZAR NO BRASIL

1. EQUÍVOCO ORIGINAL TUDO SE BASEIA NA TONELADA DE LIXO (CUSTO/TON; MWhe / TON; MWht/ TON; etc….)

2. O QUE É O LIXO QUE VAI PARA A CALDEIRA?

FRAÇÃO SECA (C6H10O4) ÁGUA (H2O) CINZAS (INERTES) PCI (KJ/Kg)

EUA 67% 18% 15% 11.000

EUROPA 62% 23% 15% 10.000

BRASIL 52% 33% 15% 8.000

ENERGIA 1 Kg 1,424 Kg 1,808 Kg 0,616 Kg

1 Kg de ar = 0,23 Kg de O2 + 0,77 Kg de N2 1,424 Kg de O2 = 6,191 Kg de ar

SEM EXCESSO DE AR (ESTEQUIOMÉTRICA ou LAMBDA = 1)

1 Kg Lixo EUA 4,15 Kg de ar 1 Kg Lixo Brasil 3,22 Kg de ar (22% a menos que EUA)

LIXO COM ELEVADA UMIDADE CUSTA MENOS PARA QUEIMAR POR TONELADA (CUSTO PROPORCIONAL A

VAZÃO DE GASES)

UMA TON DE LIXO BRASILEIRO

22% MENOS COMBUSTÍVEL SÊCO (C6H10O4) QUE EUA (MENOS AR PARA QUEIMAR)

83% MAIS ÁGUA QUE EUA (MENOS AR PARA RESFRIAR)

WTE NO BRASIL / CHINA DEVE CUSTAR MENOS 20-30% POR TON DO QUE NOS EUA E NA EUROPA

CAPITAL EUA ~ US$ 200.000 / (TON/dia) BRASIL ~ US$ 140.000 / (TON/dia)

USINA DE 792 TPD R$ 200.000.000 ~ R$ 220.000.000

TAXA DE LIXO = R$ 30/ton ~ R$ 70/ton

MWhe = R$ 150

O&M = R$ 40/ton

VIABILIDADE VAI DEPENDER DA TIR, IMPOSTOS (PIS/COFINS; IR; ICMS (!!!); CSLL; ETC…) E DA:

EFICIÊNCIA ( MWhe/MWht)

VIABILIDADE ECONOMICA DE WTE PASSA PELO AUMENTO DA EFICIENCIA ELÉTRICA

ELEVAÇÃO DA EFICIÊNCIA ELÉTRICA

1. CICLOS DE VAPOR AVANÇADOS

2. MENOR EXCESSO DE AR NA COMBUSTÃO

3. REDUÇÃO DA TEMPERATURA DA CHAMINÉ

4. DIMINUIÇÃO DAS PERDAS TÉRMICAS NA CALDEIRA

5. USO DE MOTORES ELÉTRICOS MAIS EFICIENTES PARA REDUÇÃO DO CONSUMO PRÓPRIO DA PLANTA

A

A SIEMENS DESENVOLVEU TV DE MÉDIO PORTE PARA USINAS DE BIOMASSA NA EUROPA DE ELEVADA EFICIÊNCIA USANDO CICLOS DE

VAPOR COM REAQUECIMENTO. NO ENTANTO A VIABILIDADE ECONÔMICA REQUER VAPOR DE ALTA TEMPERATURA (480-540 C).

EFICIÊNCIA ISENTRÓPIC A~ 85% - 90%

S

USINA WFPP AMSTERDÃ CASO MAIS BEM SUCEDIDO DE REAQUECIMENTO EM WTE.

WFPP AMSTERDÃ – ELEVADA EFICIENCIA (SEM SUPERAQUECEDOR EXTERNO)

BILBAO– CICLO COMBINADO ( SA EXTERNO ) - 78% DA ENERGIA TOTAL DO GN.

AS DUAS USINAS TEM 30% DE EFICIENCIA NA QUEIMA DO LIXO.

100-30 bar/540-540 C

130-14 bar/440-320 C

SUPER-AQUECIMENTO A TEMPERATURA > 400 C SEM SUPERAQUECEDOR EXTERNO CORROSÃO (ELEVADO CUSTO DE O&M)

SUPER-AQUECIMENTO COM SUPERAQUECEDOR EXTERNO (USANDO COMBUSTÍVEL LIMPO -GN ) COMSUMO

EXCESSIVO DE GÁS NATURAL FOSSIL)

RÜDERSDORF SOMENTE REAQUECIMENTO SEM SUPERAQUECEDOR EXTERNO EFICIÊNCIA ~ 29%.

SAKAI SOMENTE SUPERAQUECEDOR EXTERNO – PRÉ-AQUECIMENTO DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO

APÓS SA EXTERNO.

SOLUÇÕES ANTERIOES

VANTAGENS1. ALTA EFICIÊNCIA ATRAVÉS DO REAQUECIMENTO (WFPP, BILBAO,

RÜDERSDOF)2. SUPERAQUECEDOR EXTERNO – EVITA CORROSÃO DA CALDEIRA

(BILBAO, SAKAI)3. REDUÇÃO DA TEMPERATURA NA SAÍDA DA CALDEIRA – CHX (WFPP,

SAKAI)

DESVANTAGENS4. TEMPERATURA ELEVADA NOS SUPERAQUECEDORES – CORROSÃO

(WFPP, RÜDERSDOF)5. ELEVADO CONSUMO DE GAS NATURAL – FOSSIL (BILBAO)6. OPERADOR DO SISTEMA NÃO VAI DESPACHAR GRANDE TÉRMICA A

GAS SE HIDROELÉTRICAS ESTÃO DISPONÍVEIS (BILBAO)

TRABALHO APRESENTADO NA 18ª. CONFERÊNCIA NORTE AMERICANA SOBRE WTE (NAWTEC18)

CICLO COMBINADO OTIMIZADO (CCO) PARA ELEVAR A EFICIÊNCIA DAS USINAS WTE

PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DO CICLO COMBINADO OTIMIZADO –CCOBAIXO CONSUMO DE GAS NATURAL COM SUPER-AQUECEDOR

EXTERNO

INTERNAL REHEATER – RÜDERSDOF

EXTERNAL UPERHEATER & REHATER - SAKAI

USE CHX APÓS A CALDEIRA DE RSU PARA RECUPERAR ENERGIA DE BAIXA TEMP E PRE-AQUECER O AR DE COMBUSTÃO A 120 C

USE GASES QUENTES APÓS O SUPER-AQUECEDOR PARA PRE-AQUECER O AR DO CHX QUE SERÁ MISTURADO COM A EXAUSTÃO DA TG MISTURA É SIMILAR A EXAUSTÃO DE TG DE GRANDE PORTE MAS COM TEOR DE O2 MAIOR.

A ESCOLHA DA TG E DA TEMP DO VAPOR IRÃO DEPENDER DO CUSTO DO GAS NATURAL SOFTWARE DEDICADO DEVE INCLUIR PARÂMETROS FINANCEIROS PARA A OTIMIZAÇÃO DA TIR

TG DE PEQUENO PORTE CONSUMO PRÓPRIO DA PLANTA

SOFTWARE DEDICADO PARA USINAS COM CICLO COMBINADO OTIMIZADO -CCO

MODELO GATECYCLE PARA VALIDAÇÃO DO SOFTWARE DO CCO (850 TPD)

OCC SOFTWARE

STACK CONDITIONS TEMP (C) O2 (%) H20 (%) GATECYCLE 69.55 6.70 17.61

OCC SOFTWARE 68.69 6.64 17.83

A

3. CAPITAL MENOR + MAIS ENERGIA (CCO) = VIABILIDADE.

CONCLUSÕES (PARTE 2) 1. RSU COM ELEVADA UMIDADE

CALDEIRA E SISTEMA DE LAVAGEM DE GASES SÃO MENORES.

2. WTE NO BRASIL / CHINA CUSTA MENOS 20-30% POR TON DO QUE NA EUROPA / USA.

4. REDUÇÃO DE IMPOSTOS (ICMS INCIDENTE NA VENDA DE ENERGIA) PODE ATÉ REDUZIR AS TAXAS DE LIXO PAGAS PELAS PREFEITURAS.

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