Evaluación comparativa del ciclo de vida de pirólisis y carbonización hidrotérmica para valorización de biosólidos

Abstract

Este estudio evalúa los posibles impactos ambientales mediante un análisis de ciclo de vida (ACV) de tecnologías emergentes para el tratamiento de biosólidos, como la pirólisis en horno rotatorio (E1) y la carbonización hidrotérmica (E2), comparándolas con la incineración (E0), una tecnología madura. Se recolectó información experimental de biosólidos provenientes de la PTAR Salitre en Bogotá D.C., Colombia, cuya caracterización fisicoquímica reporta un alto contenido de humedad (77,4%), cenizas (41,8%), carbono, nutrientes (N, P y K) y metales pesados. El inventario del ciclo de vida (ICV) se construyó utilizando datos experimentales, simulaciones en Aspen Plus® V10 y con información de literatura disponible. La evaluación de impactos (EICV) consideró 13 categorías de impactos de punto medio, según las recomendaciones del Sistema Internacional de Datos de Ciclo de Vida (ILCD) en el software EASETECH: cambio climático (CC); agotamiento de la capa de ozono (AO); toxicidad humana, efectos cancerígenos (TH,c); toxicidad humana, efectos no cancerígenos (TH,nc); material particulado (MP); radiación ionizante (RI); formación de ozono fotoquímico (FOF); acidificación terrestre (AC); eutrofización terrestre (EUT,t); eutrofización de agua de agua dulce (EUT,ad); eutrofización marina (EUT,m); ecotoxicidad de agua dulce (ET,ad); y finalmente, agotamiento de recursos abióticos (AR). En la interpretación de los resultados se empleó un análisis de sensibilidad global (GSA, por sus siglas en inglés). En E0, se generaron impactos por la limpieza de gases. E1 genera mayores impactos en TH,nc, EUT,ad y EUT,m debido al requerimiento de energía y aplicación en suelos. E2 impacta en TH,c, TH,nc y ET,ad principalmente por la transferencia de Zn y Cr al suelo. Los beneficios ambientales de E1 y E2 se deben a la sustitución de fertilizantes y de la generación de electricidad en el caso de E1. El posible uso de gas natural para requerimientos de energía térmica o calor aumentaría las emisiones de GEI en un 82% para E1 y 5% para E2. El GSA identificó como aportes más relevantes: la cantidad de ceniza de biosólidos, variables de proceso y en especial eficiencia del sistema (tasa de sustitución con electricidad, eficiencia energética y captura de metales). E2 presentó un mejor desempeño en 6 de las 13 categorías de impacto evaluadas: CC, AO, MP, RI, AC, ET,ad. Por su parte, E1 tuvo un mejor desempeño en 5 de 13 categorías: TH,c, TH,nc, EUT,ad, EUT,m y AR. E0 tuvo un mejor desempeño en 2 de 13 categorías: FOF y EUT,t. EUT,m y AR. Por otro lado, la categoría E1 tuvo un mejor desempeño en 3 de 13 categorías: TH,c, TH,nc y ET,ad. El escenario E0 tuvo mejor desempeño en 1 de 13 categorías: EUT,ad. (Texto tomado de la fuente)

This study assesses the potential environmental impacts through a life cycle analysis (LCA) of emerging technologies for sewage sludge (SS) treatment, such as rotary kiln pyrolysis (E1) and hydrothermal carbonization (E2), compared to incineration (E0), a mature technology. Experimental data were collected from SS from the Salitre WWTP in Bogotá D.C., Colombia, whose physicochemical characterization reports a high content of moisture (77.4%), ash (41.8%), carbon, nutrients (N, P and K) and heavy metals. The life cycle inventory (LCI) was constructed using experimental data, simulations in Aspen Plus® V10 and available literature information. The impact assessment (LCIA) considered 13 midpoint impact categories, as recommended by the International Life Cycle Data System (ILCD) in EASETECH software: climate change (CC); ozone depletion (AO); human toxicity, carcinogenic effects (TH,c); human toxicity, non-carcinogenic effects (TH,nc); particulate matter (PM); ionizing radiation (IR); photochemical ozone formation (FOF); terrestrial acidification (AC); terrestrial eutrophication (EUT,t); freshwater eutrophication (EUT,ad); marine eutrophication (EUT,m); freshwater ecotoxicity (ET,ad); and finally, abiotic resource depletion (AR). A global sensitivity analysis (GSA) is used to interpret the results. In E0, impacts are generated by gas cleaning. E1 generates greater impacts on TH,nc, EUT,ad and EUT,m due to the need for heat and application to soil. E2 generates impacts on TH,c, TH,nc and ET, mainly due to the transfer of Zn and Cr to soil. The environmental benefits of E1 and E2 are due to fertilizer substitution and soil carbon storage. The potential use of natural gas for heat needs would increase GHG emissions by 82% for E1 and 25% for E2. The GSA identified SS composition, process variables, and system expansion (fertilizer replacement rate) as key parameters. Discernibility analysis statistically determined that E2 performed better in 9 of the 13 categories: CC, AO, MP, RI, FOF, AC, EUT,t, EUT,m and AR. E1 performed better in 3 of the 13 categories: TH,c, TH,nc and ET,ad. The E0 scenario obtained better results in 1 of the 13 categories: EUT,ad.