Background
La Unión Europea ha marcado la estrategia, dentro del H2020, para logar un crecimiento más sostenible, destinado a conseguir una economía eficiente, en la que se rebaje las emisiones de carbono y se priorice el uso adecuado de los recursos. Esta iniciativa marca el camino de la Economía Circular, en la que el “residuo” pasa a ser considerado un material valioso, que puede ser utilizado como materia prima.
El viejo modelo de Economía Lineal, basado en el modelo del «coge, fabrica y tira», está siendo sustituido por la Economía Circular, basada en mantener los recursos naturales y aprovechar y reducir la generación de residuos, priorizando el principio del “ciclo de vida”, donde se pone de relieve el impacto ambiental de un producto o servicio durante todas las etapas de su aplicación.
Dentro de los criterios de la Economía Circular, quizás el más importante desde el punto de vista medioambiental, es la “Generación de residuos 0”, tanto en emisiones como en la generación de residuos sólidos. En cualquier caso, cuando la “Generación 0” no es posible el principal recurso es la reutilización, especialmente en el propio ciclo de producción.
El concepto principal de la economía circular es mantener tan alto como sea posible, a lo largo del tiempo, el valor de los productos y materiales. Esto ayuda a reducir el consumo de energía, así como el uso de materias primas, reduciendo la presión medioambiental del ciclo de vida de los productos. En la siguiente figura se presenta un esquema simplificado del significado de economía circular.
En general se puede decir que todos los procesos industriales se ven influidos de una u otra manera por este cambio de mentalidad, pero quizás el sector de los plásticos es uno de los más afectados por la creciente cantidad de residuos que genera. Este sector es uno de los más importantes en la economía moderna, dado el aumento significativo de su consumo en los últimos 20 años. Los plásticos de un solo uso se acaban perdiendo en vertederos, o impactando en el medio ambiente, y tan solo una pequeña parte se revaloriza energéticamente, o se utiliza para producir nuevos materiales. La última opción sería la más interesante desde el punto de vista de economía circular.
Desde el punto de vista estricto de la reutilización, históricamente, el sector de la Construcción ha facilitado una de las principales vías de reutilización de residuos de diversas industrias. Esto es debido a su gran capacidad para la absorción de grandes cantidades de residuos y una gama muy amplia de calidades, ya sea tal y como se presentan (ejemplo: cenizas volantes) o bien una vez sometidos a ciertos procesos de adecuación previa (tratamientos térmicos). La industria cementera ha sido pionera en la reutilización de subproductos industriales en la fabricación de cementos hidráulicos, con el consiguiente ahorro energético. Sin embargo, aunque la reutilización de residuos en otras industrias es una opción muy válida, desde el lado de la economía circular lo ideal es reutilizar cualquier subproducto generado en el propio proceso de producción.
En el caso de residuos urbanos una vía muy importante de revalorización es la producción de energía eléctrica por combustión, aunque tiene el inconveniente de que en muchos casos se pueden emitir grandes cantidades de CO2, lo que condiciona el posible beneficio medioambiental.
Descripción del reto
Dentro del Horizonte H2020, la mayoría de los esfuerzos están encaminados a la clasificación y minimización de residuos tanto urbanos como industriales. Sin embargo, en menor medida, también se está apoyando el diseño de nuevos procesos industriales estableciendo medidas para «cerrar el círculo» y abordar todas las fases del ciclo de vida de un producto: desde la producción y el consumo hasta la gestión de los residuos y el mercado de las materias primas secundarias. Es factible mejorar los procesos de producción de modo que se utilicen más eficazmente los recursos y se generen menos residuos. En este sentido existen diversos procesos industriales que de alguna manera han ido incorporando corrientes residuales al propio proceso, mejorando así los rendimientos y reduciendo considerablemente la generación de residuos.
Un ejemplo es el proceso de destilación del petróleo en refinerías. El objetivo principal de este proceso es la obtención de combustibles para el uso doméstico o industrial por destilación del crudo petrolífero. Sin embargo, durante la destilación del crudo se generan corrientes residuales que no son válidas como combustibles. Estos productos residuales se pueden tratar de diversas maneras en procesos denominados de conversión para producir corrientes que pueden entrar a formar parte en la formulación de los combustibles. De esta forma se mejora el rendimiento y se disminuye de forma importante la generación de residuos. Además, en los procesos de conversión, suelen producirse cantidades importantes de calor susceptible de proporcionar electricidad por cogeneración o Hidrógeno, materia prima necesaria para algunos procesos de la propia refinería.
En ocasiones estas corrientes residuales o secundarias, aunque tienen un menor volumen que el producto objetivo, pueden alcanzar un valor añadido mayor en el mercado que incorporándolas al proceso de producción. Siguiendo con el ejemplo de la destilación del petróleo, dependiendo del crudo utilizado, el objetivo puede ser la fabricación de aceites lubricantes en lugar de combustibles. En este caso, durante la producción de lubricantes se generan principalmente dos corrientes residuales, una de ellas altamente aromática y otra altamente parafínica, que es necesario separar de la corriente principal para obtener aceites lubricantes de buena calidad. Estas corrientes podrían incorporarse a la fabricación de combustibles mediante los procesos de conversión, pero tienen mayor valor en el mercado como disolvente para caucho en la fabricación de neumáticos o como ceras parafínicas con diversos usos.
Por otro lado, la nueva directiva de Energías Renovables de la UE (RED II), promueve la producción de biocombustibles líquidos y gaseosos a partir de los siguientes residuos: aceites de fritura usados, grasas animales categoría 1 y 2, fracción de biomasa de residuos municipales mezclados con residuos orgánicos o plásticos, fracción de biomasa de residuos industriales no apta para su uso en la cadena alimentaria humana o animal, paja, estiércol y lodos de depuradoras, efluentes de molinos de aceite de palma y racimos vacíos, alquitrán de aceite de resina, glicerol, bagazo, orujo de uva y lías de vino, cáscaras de frutos secos, envolturas y residuos de mazorcas de maíz, fracción de biomasa de residuos y desechos de la silvicultura y de las industrias basadas en los bosques (cortezas, ramas, aclareos precomerciales, hojas, agujas, copas de árboles, serrín, virutas, lejía negra…), otras materias celulósicas no alimentarias y otros materiales lignocelulósicos, a excepción de las trozas de aserrío y las trozas para chapa.
Cuando los residuos no se pueden incorporar en ninguna etapa del proceso de producción dentro de refinería, como es el caso de los catalizadores usados en unidades de conversión, su destino más inmediato podría ser un vertedero de residuos. Sin embargo, para dar una nueva vida a estos “residuos” es necesario cambiar de sector industrial. Aunque no es el único, el sector de la construcción es idóneo para este cometido, existen estudios que demuestran la utilidad de estos materiales como materiales puzolánicos en la fabricación de cementos. Otros ejemplos de utilización con éxito de materiales residuales en el sector de la construcción y en concreto como agentes puzolánicos en la fabricación de cementos serían las cenizas obtenidas en la utilización de biomasa para la producción de electricidad, o de residuos en la industria cerámica. También existen otras aplicaciones como el uso de materiales de demolición como áridos en la fabricación de hormigones, etc.
Probablemente la industria actualmente con mayores desafíos en la economía circular es la industria del plástico. El enorme desarrollo alcanzado en los últimos años por este sector ha disparado la producción en cantidad, calidad y variedad de tipos de plásticos, ha contribuido a generar una cantidad muy elevada de residuos. La acumulación de estos residuos se ha convertido en una auténtica amenaza medioambiental, sobre todo en los océanos, donde van a parar gran parte de los plásticos residuales. Esta situación ha hecho que el sector del plástico se haya convertido en uno de los más activos en cuanto a economía circular se refiere. La economía circular ha pasado de ser una necesidad medioambiental que obliga a invertir para reducir los residuos, a ser una oportunidad que al optimizar los procesos y aprovechar los productos residuales en el propio proceso mejora la rentabilidad. En este sentido, ya existen diversos proyectos encaminados a buscar una segunda vida de los productos residuales, o a su conversión en nuevos productos.
¿Qué se busca?
Nuevas tecnologías eficientes y económicamente viables, capaces de convertir residuos, ya sean urbanos o industriales, en nuevos productos/aplicaciones necesarias para la sociedad, reduciendo la huella medioambiental en el ciclo de vida completo y mejorando la sostenibilidad del sector.
Los criterios clave para la valoración de las potenciales soluciones al reto propuesto son:
- Máximo aprovechamiento de residuos con el menor coste (CAPEX y OPEX) de acondicionamiento y procesado
- Mínimas emisiones de CO2 u otros productos contaminantes
- Máximo reciclado del residuo en el mismo o en otros procesos de fabricación
- Máxima aplicabilidad, calidad y precio del nuevo producto/ material obtenido a partir de los residuos
- Máxima versatilidad para el empleo de diferentes tipos de material en distintos sectores industriales
Algunos ejemplos de residuos o materiales de desecho que podrán reutilizarse son los siguientes:
- Productos silíceos (como por ejemplo catalizadores gastados) procedentes de distintas industrias
- Cenizas
- Biomasa
- Residuos de azufre
- Coque
- Escorias de distintas factorías
- Residuos de construcción y demolición
- Desechos industriales agrarios
- Desechos de materiales de construcción que no son adecuados para el mercado
- Residuos urbanos
- Residuos plásticos
Algunas alternativas para su valorización:
- Materias primas en la fabricación de Clinker
- Correctores de materias primas
- Adiciones en cementos
- Áridos reciclados en hormigones
- Materiales para prefabricados (adoquines, baldosas, pavimentos, ..)
- Morteros y hormigones con características especiales (propiedades acústicas…)
- Pirólisis de residuos plásticos de vertederos
- Biocombustibles a partir de residuos urbanos
- Plásticos para nuevas aplicaciones como WPC (Wood Plastic Composites)
La mayoría de los residuos industriales pueden tener una segunda vida que contribuya a la reducción del impacto medioambiental y haga más rentable el proceso de producción. En general, cualquier residuo es susceptible de ser integrado en otros sectores industriales.
En el sector de los polímeros se busca principalmente el reciclado de estos residuos, para una segunda vida o para la recuperación de sus materias primas constituyentes, más que la revalorización energética. Una de las alternativas de revalorización es la pirolisis de residuos plásticos procedentes de vertederos, a partir de la cual se obtiene una mezcla de hidrocarburos, que con un tratamiento adecuado puede alimentarse a plantas petroquímicas como: steam cracker, sustituyendo al crudo y al gas natural, para la producción de olefinas y aromáticos. Esta alternativa presenta la ventaja de no requerir una separación previa por tipo de polímero, sino únicamente la separación de otros residuos municipales.
Ciclo de vida de los polímeros (Plastic Europe 2015)
