Aproveitamento energético de Resíduos Sólidos II SIRS - Simpósio sobre Resíduos Sólidos USP – São Carlos Sergio Guerreir

1. Aproveitamento energético de Resíduos Sólidos II SIRS - Simpósio sobre Resíduos Sólidos USP – São Carlos Sergio Guerreiro Ribeiro www.wtert.com.br UFRJ 01-12-2011

2. PARTE 1. POLÍTICA NACIONAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS – COMPARAÇÃO COM A EUROPA PARTE 2. GERAÇÃO DE ENERGIA COM RSU –WASTE-to- ENERGY (WTE)

3. 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, TALVEZ, A CONSTRUÇÃO DE ALGUNS ATERROS SANITÁRIOS NO LUGAR DE LIXÕES O QUE É MUITO POUCO.

4. PARA SE RECUPERAR O ATRASO  CIÊNCIA + PESQUISA  TECNOLOGIA  INFORMAÇÃO Prof. Nickolas J. Themelis EARTH ENGINEERING CENTER (EEC) COLUMBIA UNIVERSITY EM NY-2003 REINO UNIDO, FRANÇA, ITÁLIA e INDIA 2011 2010

5. 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 www.wtert.com.br 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.

6. PARTE 1. POLÍTICA NACIONAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS – COMPARAÇÃO COM A EUROPA

7. REDUÇÃO GERAÇÃO $ (EM GERAL) RECICLAGEM SOMENTE PARA ORGÂNICOS SEPARADOS NA ORIGEM COMPOSTAGEM ANAERÓBIA COMPOSTAGEM AERÓBIA INCINERAÇÃO COM GERAÇÃO DE ENERGIA (WTE) ATERRO MODERNO COM CAPTURA E USO DO CH4 ATERRO MODERNO COM CAPTURA E QUEIMA DO CH4 LIXO A CÉU ABERTO (LIXÃO) HIERARQUIA PARA GERENCIAMENTO DOS RSU (ECC, COLUMBIA UNIV. 2008)

9. 17.5 17.5

10. RECICLAGEM MECÂNICA E RECUPERAÇÃO ENERGÉTICA DOS PLÁSTICOS NA EUROPA (2008) RECICLAGEM INCINERAÇÃO RECICLAGEM DE PLÁSTICOS NA EUROPA -2008

12. PAPEL/PAPELÃO METAIS INDÚSTRIA VIDRO PETS $ (SEPARAÇÃO NA ORIGEM MELHORA) PROBLEMA ORGÂNICOS (POLUIÇÃO) PLÁSTICOS NÃO RECICLÁVEIS (DESPERDÍCIO) LIXO RESIDUAL (ATERROS)

13. LIXO DA CIDADE DO RIO DE JANEIRO (COMLURB)

17. 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”

18. VIENA ELEITA EM 2010 PELO WTERT A QUE MELHOR GERENCIA SEUS RSU EXEMPLO A SER COPIADO 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

23. PALESTRA DO Dr. MICHAEL WELTZIN, CONSULTOR CIENTÍFICO DO PARTIDO VERDE ALEMÃO NA 18ª CONFERENCIA NORTE AMERICANA SOBRE ENERGIA DO LIXO “CONSERVANDO RECURSOS E PROTEGENDO O CLIMA- CONCEITOS DA POLÍTICA DE RESÍDUOS DOS VERDES NA ALEMANHA” 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

24. PALESTRA DO Dr. MICHAEL WELTZIN, CONSULTOR CIENTÍFICO DO PARTIDO VERDE ALEMÃO NA 18ª CONFERENCIA NORTE AMERICANA SOBRE ENERGIA DO LIXO 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! 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

25. PALESTRA DO Dr. MICHAEL WELTZIN, CONSULTOR CIENTÍFICO DO PARTIDO VERDE ALEMÃO NA 18ª CONFERENCIA NORTE AMERICANA SOBRE ENERGIA DO LIXO Treatment of MSW in the EU 27 in 2006 Recycling (Incl. Composting) Waste-to-Energy Landfilling Source: EUROSTAT

26. PALESTRA DO Dr. MICHAEL WELTZIN, CONSULTOR CIENTÍFICO DO PARTIDO VERDE ALEMÃO NA 18ª CONFERENCIA NORTE AMERICANA SOBRE ENERGIA DO LIXO Conclusions There are still challenges to meet! A sustainable handling of waste is a central element of environmental and climate protection. Establishing of re-use and take back systems Closing the loop for raw materials by an integrated product-design and an increasing of recycling Ending of landfilling as soon as possible. Leftovers should be used to generate heat and electricity by using the best available and reliable technology.

27. CONCLUSÕES (PARTE 1) A PNRS NÃO ESTIMULA NENHUMA SOLUÇÃO QUE NÃO SEJA ATERRO SANITÁRIO, NÃO ATACA O PROBLEMA DOS “ORGÂNICOS” E OS DEFINE COMO AMBIENTALMENTE ADEQUADOS. NÃO ESTABELECE QUE A RECUPERAÇÃO ENERGÉTICA (WTE) É SUPERIOR AOS ATERROS. PLÁSTICOS NÃO RECICLÁVEIS? NÃO ESTABELECE INCENTIVOS PARA A VENDA DA ENERGIA PRODUZIDA PELAS USINAS WTE QUE PODERIA VIABILIZÁ-LAS. NÃO MENCIONA A SEPARAÇÃO NA ORIGEM COMO BASE PARA A RECICLAGEM E COMPOSTAGEM COM ADUBO DE QUALIDADE. PARTE DO PRINCÍPO QUE A RECICLAGEM NO BRASIL É INCIPIENTE NO ENTANTO, EMBORA SEJA ESTIMULADA PELA POBREZA, APRESENTA ÍNDICES MUITO BONS. NÃO É POSSÍVEL QUE A SOCIEDADE ACEITE PASSIVAMENTE ESTA “NOVA” PNRS. PORQUE A MÍDIA NÃO CRITICA?

28. PARTE 2. GERAÇÃO DE ENERGIA COM RSU –WASTE-to- ENERGY (WTE)

29. USINA LIXO-ENERGIA CONVENCIONAL (“MASS BURNING”) RECEPÇÃO DO LIXO GRELHA CALDEIRA LAVAGEM DE GASES

31. “USINAS WTE REPRESENTAM UMA DAS MANEIRAS MAIS LIMPAS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ÉLÉTRICA” – AGENCIA AMBIENTAL DOS EUA (USEPA)

32. USINA DE PARIS  4 Km DA TORRE EIFFEL

34. EVITAR ATERROS  RECICLAGEM E INCINERAÇÃO AUMENTAR EFIÊNCIA DAS USINAS DE INCINERAÇÃO

35. Usinas WTE de Alta Eficiência • Usinas WTE são exclusivas, isto é, não existem duas usinas exatamente iguais • Cada cidade apresenta particularidades que precisam ser atendidas no projeto • Sistema de recepção e armazenamento do lixo • Sistema de alimentação da Caldeira • Grelha móvel que permita a movimentação do lixo de • modo a promover a combustão completa. • Caldeira para produção de vapor • Sistema de lavagem de gases • Sistema de alimentação de ar de combustão e tiragem de gases • Chaminé • Sistema de manuseio e tratamento de cinzas • Sistema de geração de energia (TV, gerador, conexões c/rede elétrica) • Sistemas auxiliares (controle, ar comprimido, bombas,etc.) As partes mais críticas são a grelha, caldeira e lavagem de gases. As líderes do mercado são: Martin, Keppel Seghers, Von Roll, Fisia-Babcock. Em geral o vapor é produzido a 40 bar/400 °C devido a corrosão acentuada que ocorre nos superaquecedores, causada principalmente pelo cloro, acima desta temperatura. A corrosão é o maior problema nas usinas WTE e responsável pela baixa eficiência, em torno de 22%, alem de elevados custos de O&M e de paradas não programadas reduzindo o fator de capacidade.

36. VIABILIDADE ECONOMICA DE WTE PASSA PELO AUMENTO DA EFICIENCIA ELÉTRICA

37. ELEVAÇÃO DA EFICIÊNCIA ELÉTRICA A 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

38. 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). S EFICIÊNCIA ISENTRÓPIC A~ 85% - 90%

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

40. Usinas WTE de Alta Eficiência As usinas WTE mais modernas e eficientes do mundo são: • AVI Amsterdam: RSU, grelha Martin, 135 bar/440 °C, ciclo de vapor com • reaquecimento, economizador externo. • Zabalgarbi-Bilbao: RSU/GN, grelha Martin, 100 bar/540 °C, ciclo de vapor com • reaquecimento, superaquecimento externo ciclo combinado com turbina a gás • natural GE LM6000 (78% da energia proveniente do GN). • Brescia: RSU, borra de esgoto, biomassa, grelha Martin, 61 bar/450 °C, ciclo de • vapor simples. • Rüdersdorf: CDR, grelha Fisia-Babcock, 90 bar/420 °C, ciclo de vapor com • reaquecimento. • Heringen: RSU/GN, grelha Fisia-Babcock, 81 bar/520 °C, ciclo de vapor simples, • superaquecedor externo a gás natural sem turbina a gás. • Nápoles: CDR, grelha Fisia-Babcock, 90 bar/500 °C, ciclo de vapor simples • proteção especial no superaquecedor. • Arhus/Dinamarca: RSU, grelha Fisia-Babcock, 42 bar/400 °C, ciclo de vapor • simples, economizador externo (temperatura da chaminé 100 °C).

41. AVI AMSTERDAM: RSU, GRELHA MARTIN, 135 bar/440 °C, CICLO DE VAPOR COM REAQUECIMENTO, ECONOMIZADOR EXTERNO.

42. ZABALGARBI-BILBAO: RSU/GN, GRELHA MARTIN, 100 BAR/540 °C, CICLO DE VAPOR COM REAQUECIMENTO, SUPERAQUECIMENTO EXTERNO CICLO COMBINADO COM TURBINA A GÁS NATURAL GE LM6000 (78% DA ENERGIA PROVENIENTE DO GN).

43. BRESCIA: RSU, BORRA DE ESGOTO, BIOMASSA, GRELHA MARTIN, 61 BAR/450 °C, CICLO DE VAPOR SIMPLES.

44. RÜDERSDORF: CDR, GRELHA FISIA-BABCOCK, 90 BAR/420 °C, CICLO DE VAPOR COM REAQUECIMENTO.

45. HERINGEN: RSU/GN, GRELHA FISIA-BABCOCK, 81 BAR/520 °C, CICLO DE VAPOR SIMPLES, SUPERAQUECEDOR EXTERNO A GÁS NATURAL SEM TURBINA A GÁS.

46. ARHUS/DINAMARCA: RSU, GRELHA FISIA-BABCOCK, 42 BAR/400 °C, CICLO DE VAPOR SIMPLES, ECONOMIZADOR EXTERNO (TEMPERATURA DA CHAMINÉ 100 °C).

47. Usinas WTE de Alta Eficiência Todas apresentam eficiências elevadas, entre 28% e 34%, mas possuem alguns pontos negativos: corrosão elevada ou consumo excessivo de gás natural. O curioso é que todas são bastante diferentes entre si mostrando que há diversas maneiras de se aumentar a eficiência. As principais desvantagens destas soluções são: • Superaquecimento do vapor na caldeira de lixo aumenta a corrosão, diminui a • disponibilidade da usina alem de maior custo de O&M. • Ciclos combinados como Zabalgarbi, usando turbina a gás de grande porte, • consomem grandes quantidades de GN sendo que 80% da energia é gerada pelo • gás o que tira o conceito de renovável de WTE. • Superaquecedores externos como Heringen, não consomem tanto GN como • Zabalgarbi mas a eficiência do gás é limitada pelo ciclo de vapor de 30% e ao • custo atual do gás no Brasil não melhoram muito a viabilidade. A COMBINAÇÃO DE TODAS AS SOLUÇÕES ACIMA LEVA À MÁXIMA EFICIÊNCIA SIGNIFICATIVAMENTE ACIMA DE 30%. ESTA É A PROPOSTA DO CICLO COMBINADO OTIMIZADO (CCO)  UMA MANEIRA SIMPLES DE COMBINAR AS ROTAS INDIVIDUAIS ELIMINANDO OS INCOVENIENTES DE CADA UMA E MANTENDO AS VANTAGENS.

48. TRABALHO APRESENTADO NA 18ª. CONFERÊNCIA NORTE AMERICANA SOBRE WTE (NAWTEC18) CICLO COMBINADO OTIMIZADO (CCO) PARA ELEVAR A EFICIÊNCIA DAS USINAS WTE

49. PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DO CICLO COMBINADO OTIMIZADO –CCO BAIXO CONSUMO DE GAS NATURAL COM SUPER-AQUECEDOR EXTERNO 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. USE CHX APÓS A CALDEIRA DE RSU PARA RECUPERAR ENERGIA DE BAIXA TEMP E PRE-AQUECER O AR DE COMBUSTÃO A 120 C EXTERNAL UPERHEATER & REHATER - SAKAI INTERNAL REHEATER – RÜDERSDOF TG DE PEQUENO PORTE  CONSUMO PRÓPRIO DA PLANTA 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

50. SAKAI  SOMENTE SUPERAQUECEDOR EXTERNO – PRÉ-AQUECIMENTO DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO APÓS SA EXTERNO.