La valorización energética puede comenzar de hecho en la digestión anaerobia de los fangos en las depuradoras, reduciendo su materia orgánica y generando biogás. Su extensión se puede realizar a través de la combustión de los fangos finalmente producidos. La energía extraída de los mismos depende no solamente de la materia orgánica contenida en ellos sino de su sequedad. Para fangos con una sequedad inferior al 25 - 30% la combustión precisa habitualmente combustible auxiliar [Chen, 2002]. Si los fangos han sido sometidos a un proceso previo de secado, en su combustión puede recuperarse energía. Esta actuación precisa disponer de instalaciones en las que pueda llevarse a cabo su utilización como combustible o disponer de instalaciones específicas para su valorización energética directa o previa gasificación [Fytili, 2006]. Como en el caso anterior conlleva crear una aceptación pública. Para ello es necesario mantener
la vigilancia adecuada del cumplimiento por las mismas de la normativa ambiental y una cuidada información.
La normativa europea, relativa a la incineración de residuos, [Directiva 2000/76/CEE], contempla en su ámbito de aplicación la valorización energética de residuos, que se utilizan como combustibles no convencionales en sustitución de los combustibles fósiles convencionales. La valorización energética de los fangos de depuradora puede realizarse a través de su combustión como lo describe el estudio de Werther [Werther, 1999]. A través de este proceso se reduce su volumen a una fracción, (cenizas y escoria), que puede representar entre el 10 y el 20% del original. La combustión destruye la fracción orgánica de los fangos, los patógenos contenidos y degrada la mayor parte de los compuestos tóxicos que puedan contener, si bien pueden formarse otros, como dioxinas [Clarke, 2008]. Los metales quedan retenidos en las cenizas y en las partículas contenidas en los gases de combustión, por todo ello es preciso un control adecuado del proceso.
La recuperación energética depende de la composición de los fangos. Su poder calorífico queda esencialmente determinado por su contenido en materia orgánica y por su humedad [Stasta, 2006; Hoffmann, 2010]. Un alto contenido en materia orgánica, normalmente medido como porcentaje sobre materia seca, asegura un poder calorífico alto. Sin embargo una alta humedad, al exigir su evaporación, reduce las posibilidades de recuperación energética. El contenido en materia orgánica de los fangos se reduce en función del nivel de su eliminación en la depuradora. En esta línea la incorporación de digestión anaeróbica de los fangos reduce su contenido en materia orgánica y su poder calorífico, reduciendo la cantidad de energía que es posible obtener de su posterior valorización energética [Harttanainen, 2010].
El contenido de humedad depende esencialmente de los tratamientos previos a que hayan sido sometidos los fangos. En este sentido puede plantearse principalmente dos formas de valorización: valorización energética directa de fangos, normalmente tras un proceso de deshidratación, con porcentajes de materia seca del orden de 20% al 35%; y valorización energética de fangos sometidos previamente a un proceso de secado, con porcentajes de materia seca superiores al 80%. En base a un poder calorífico de 24 MJ por kg de materia orgánica contenida y calculando el calor de evaporación del agua contenida se puede determinar los valores que se presentan en la tabla 1.6, que evalúa de forma simplificada (24 MJ por kg de materia orgánica, menos los 2,5 MJ por kg agua) el poder calorífico de los fangos teniendo en cuenta su contenido en materia orgánica y su sequedad. Como se observa en la misma tabla, la combustión de fangos con menos de un 25 % de materia seca exigiría emplear normalmente un combustible auxiliar para mantener el proceso en marcha dado que una gran parte del poder calorífico debe emplearse para la evaporación del agua contenida en el fango deshidratado.
Tabla 1.6 Poder calorífico de los fangos. Elaboración propia. [Feliu, 2007]
Materia orgánica sobre seca PCI (kJ/kg) Materia seca 100% 85% 30% 25% 20% 40% 9.600 7.785 1.130 525 -80 50% 12.000 9.825 1.850 1.125 400 60% 14.400 11.865 2.570 1.725 880
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El producto seco tiene un poder calorífico importante en cualquiera de las composiciones habituales de materia orgánica que presenta (no es el mismo caso en los fangos húmedos). Su valorización energética puede efectuarse tanto en instalaciones existentes, mezcla como combustible adicional en cementeras o en instalaciones de valorización energética de residuos, como en instalaciones específicas [Wang, 2008]. En estas últimas puede procederse a su combustión directa o a su gasificación previa y combustión posterior [Werther, 1999; Kim, 2008]. Las emisiones derivadas de su combustión en instalaciones que puedan clasificarse como de incineración de residuos, si bien está sujeta a las disposiciones que las limitan: RD 1217/97 sobre instalaciones de incineración de residuos, RD 1088/1992 sobre instalaciones de incineración de residuos municipales y Directiva 2000/76 sobre incineración de residuos, que son muy restrictivas, debe quedar habitualmente cubierta por las previsiones de las mismas. Cabe resaltar que pese a la adopción de esta vía de eliminación en países de la Unión Europea, como Austria, Dinamarca, Holanda, Luxemburgo o Suiza, en la actualidad en el ámbito estatal y catalán aparecen serias reticencia por parte de las administraciones hacia las plantas de incineración. Los factores que hacen cuestionar esta vía son entre otros la generación de gases contaminantes, partículas, y olores, que son elementos que pueden afectar directamente a los núcleos habitados más próximos a los emplazamientos en que se realiza la valorización energética de los fangos.
En este momento, en el ámbito de Cataluña aparece una moratoria a la utilización de los fangos para su incineración en base a la solicitud realizada por varias industrias cementeras para la realización de dicha práctica. Se establece que durante el mencionado periodo se realizaran una serie de evaluaciones ambientales en este sentido con tal de estudiar la afectación sobre el medio y los habitantes. El secado previo de los fangos puede permitir su utilización como combustible auxiliar. Esta utilización, realizada en cementeras puede suponer una reducción en los consumos de coque utilizado, con los consiguientes beneficios ambientales. [Oficemen, 2011]. Esta utilización queda potenciada desde el punto de vista económico, en el caso de poder realizarse el secado de fangos utilizando cogeneración, aplicando los beneficios económicos que representa la adscripción de esta tecnología al régimen especial de producción de electricidad.
Sin embargo, a nivel real, debe tenerse en cuenta la energía perdida en la eliminación de la humedad presente en los fangos tal y como se reciben de las estaciones de depuración de aguas residuales urbanas. Ello puede representar que el balance energético real pueda resultar negativo. La incineración de fangos de EDAR puede dar lugar a la obtención de cenizas utilizables en la fertilización de cultivos [Mattenberger, 2008; Morando, 2011]. Recientemente se ha iniciado la investigación sistemática sobre la utilización de cenizas de incineración como fertilizante fosfatado [Franz, 2007].