Estado del arte de las tecnologías de destrucción de sustancias agotadoras de la capa de ozono -SAO y análisis de su aplicación en Colombia

Abstract

Las sustancias agotadoras de la capa de ozono (SAO) son compuestos químicos antropogénicos, responsables del agotamiento de la capa de ozono. Los hidrofluorocarbonos (HFC), usados como sustitutos de las SAO, no afectan la capa de ozono, sin embargo, son considerados gases de efecto invernadero (GEI) con un alto potencial de calentamiento atmosférico (PCA).

Las SAO son controladas por el Protocolo de Montreal, mediante cronogramas para la eliminación gradual de su producción y consumo. Asimismo, de acuerdo con la enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal, ratificada por Colombia en 2019, la producción y consumo de los HFC será controlada a partir de 2019 para los países desarrollados y a partir de 2024 para los países en desarrollo.

A pesar de las medidas de control, existen bancos de SAO y HFC, instalados principalmente en equipos de refrigeración y acondicionamiento del aire, que pueden ser liberados a la atmósfera, si no se toman medidas para su recuperación y posterior reutilización (previo tratamiento) o destrucción.

Colombia cuenta con infraestructura para la gestión de los bancos de SAO y HFC, que incluye un horno rotatorio de alta temperatura, con capacidad para la destrucción de 25-50 t/año de SAO a partir del 2022. Sin embargo, se estima que para el año 2030 se requerirá contar con instalaciones adicionales con capacidad para destruir entre 100 y 215 t/año de estas sustancias, principalmente HFC.

El objetivo de este trabajo es establecer el estado del arte de las tecnologías de destrucción de las SAO, a nivel internacional, y analizar su aplicabilidad en Colombia. Considerando la reciente aprobación de la enmienda de Kigali, también se incluyó y analizó información concerniente a las tecnologías para la destrucción de los HFC.

El trabajo incluye la estimación de la cantidad de sustancias que estarán disponibles para destrucción en los próximos años en Colombia, mediante el análisis de los bancos de SAO y HFC, y una extensa revisión documental sobre la implementación de las tecnologías de destrucción de SAO y HFC a nivel internacional y nacional. La información recopilada se usó para identificar algunas barreras para la implementación de estas tecnologías en Colombia; así como para la evaluación de las tecnologías de destrucción de SAO y HFC en función de criterios técnicos, ambientales y económicos. Por último, se identificaron algunas posibilidades de investigación relacionadas con la destrucción de las SAO y HFC en el país.

De acuerdo con la revisión documental, las principales tecnologías usadas actualmente para la destrucción de SAO y HFC a nivel mundial son la incineración con otros residuos en hornos rotatorios de alta temperatura, la destrucción en hornos cementeros y la reacción con vapor sobrecalentado. Asimismo, la revisión sugiere que en países en desarrollo como Colombia el uso de tecnologías de plasma no es viable, debido a su alto costo, su alto consumo energético y la dificultad para conseguir los insumos requeridos para su funcionamiento.

Para evaluar las tecnologías para la destrucción de SAO y HFC se analizó el desempeño de cada tecnología en aspectos técnicos, ambientales y económicos, mediante el análisis multicriterio, aplicando una metodología hibrida AHP-PROMETHEE. Se consideraron tecnologías aprobadas por el Protocolo de Montreal para destrucción de fuentes concentradas de CFC y HCFC y recomendadas para aprobación o con un alto potencial para la destrucción de fuentes concentradas de HFC.

Los resultados de la evaluación indican que la tecnología con mejor desempeño técnico es el reactor de craqueo, mientras que la tecnología con mejor desempeño ambiental es el arco de plasma de argón y la tecnología con mejor desempeño económico es el horno cementero. El resultado de la evaluación integrada sugiere que la tecnología más recomendada para para la destrucción de SAO y HFC en el país es el reactor de vapor sobrecalentado. Cuando se les da los criterios ambientales tienen mayor peso que los criterios económicos, las tecnologías de arco de plasma de nitrógeno y arco de plasma de argón se ubican en segundo y tercer lugar, respectivamente. Sin embargo, cuando los criterios económicos predominan sobre los criterios ambientales, las tecnologías de horno cementero e incineración en horno rotatorio se clasifican en segundo y tercer lugar, respectivamente. (Texto tomado de la fuente)

Ozone-depleting substances (ODS) are anthropogenic chemical compounds responsible for the depletion of the ozone layer. Hydrofluorocarbons (HFCs), used as substitutes for ODS, do not affect the ozone layer, however, they are considered greenhouse gases (GHGs) with a high global warming potential (GWP). ODS are controlled by the Montreal Protocol through phase-out schedules for their production and consumption. Also, according to the Kigali amendment to the Montreal Protocol, ratified by Colombia in 2019, the production and consumption of HFCs will be controlled from 2019 for developed countries and 2024 for developing countries. Despite control measures, there are banks of ODS and HFCs, mainly installed in refrigeration and air conditioning equipment, which can be released into the atmosphere if measures are not taken for their recovery and subsequent reuse (after treatment) or destruction. Colombia has infrastructure for the environmental management of ODS and HFC banks, including a high-temperature rotary kiln with an ODS’s destruction capacity of 25-50 t/year, which will start operation in 2022. However, it is estimated that by 2030 additional facilities, with a capacity to destroy 100 - 215 t/year (17 - 36 kg/h) of these substances, mainly HFCs will be required. The objective of this work is to establish the state of the art of ODS destruction technologies at the international level, analyzing their applicability in Colombia. Considering the recent approval of the Kigali amendment, information concerning HFC destruction technologies was also included in this analysis. The work includes the estimation of the quantity of substances that will be available for destruction in the coming years in Colombia, through the analysis of ODS and HFC banks; and an extensive desk review on the implementation of ODS and HFC destruction technologies at the international and national level. The information gathered was used to identify some barriers for the implementation of these technologies in Colombia; as well as for the evaluation of ODS and HFC destruction technologies based on technical, environmental, and economic criteria. Finally, some research possibilities related to ODS and HFC destruction in the country were identified. According to the desk review, the main technologies currently used for ODS and HFC destruction worldwide are incineration with other wastes in high-temperature rotary kilns, destruction in cement kilns and superheated steam reactor. The review also suggests that in developing countries such as Colombia the use of plasma technologies is not feasible, due to their high cost, high energy consumption and the difficulty in obtaining the inputs required for their operation. To evaluate the technologies for the destruction of ODS and HFCs, the performance of each technology was analyzed in technical, environmental, and economic aspects through multi-criteria analysis, applying a hybrid AHP-PROMETHEE methodology. Selected technologies approved by the Montreal Protocol for destruction of concentrated sources of CFCs and HCFCs, and technologies recommended for approval or with a high potential for destruction of concentrated sources of HFCs were considered. The results of the assessment indicate that the technology with the best technical performance is the cracker reactor, while the technology with the best environmental performance is the argon plasma arc and the technology with the best economic performance is the cement kiln. The result of the integrated assessment suggests that the most recommended technology for the destruction of ODS and HFCs in the country is the superheated steam reactor. When environmental criteria are weighted more than economic criteria, the nitrogen and argon plasma arc technologies rank second and third, respectively. However, when economic criteria predominate over environmental criteria, the cement kiln and rotary kiln incineration technologies are ranked second and third, respectively.