España se ha comprometido a reducir sus emisiones a partir de 2020 y alcanzar unos valores mínimos en 2030. Para que esto ocurra, en abril de 2019 el gobierno debe aprobar el programa nacional de control de la contaminación atmosférica con medidas a aplicar hasta el año 2022. La generación de energía y la calefacción doméstica se encuentran, lógicamente, entre los sectores afectados.

Repasamos la normativa y las tecnologías existentes para controlar las emisiones de equipos de biomasa de distintas potencias con Carmelo Tricio, director general de FIVEMASA; Ion Bautista, International Enviromental Systems Manager en AAF International y Justo Fernández, gerente de SUAKONTROL

Emisiones bajo control

Cualquier combustión produce unas emisiones atmosféricas que varían en función del tipo de combustible, la tecnología empleada y las condiciones del proceso.

Las emisiones a controlar en la combustión de biomasa son sobre todo las partículas (PM), el monóxido de carbono (CO) y los compuestos orgánicos volátiles (VOC).

Con la tecnología actual los valores de emisión pueden reducirse por debajo de los límites que marcan las exigentes normas europeas en cualquier rango de potencia.

Compromiso de reducción de emisiones para España

(RD 818/2018 sobre medidas para la reducción de las emisiones nacionales de determinados contaminantes atmosféricos)
Compuesto Hasta 2030 Desde 2030
SO2 67% 88%
NOx 41% 62%
VOC 22% 39%
NH3 3% 16%
PM2,5 15% 50%
     
*Valores en comparación con 2005

Equipos de calefacción doméstica con biomasa

Dentro de un año empezarán a controlarse los límites de emisiones a la atmósfera en calderas de combustibles sólidos de pequeñas potencias, según lo establecido en el reglamento europeo de Ecodiseño (2015/1189).

En concreto, a partir del 1 de enero de 2020 afectará a calderas de combustibles sólidos de potencias inferiores a 500 kW y desde 2022 ocurrirá lo mismo para estufas y similares de menos de 50 kW.

Límites de emisiones para calderas de biomasa < 500 kW desde 2020

(Reglamento UE-2015/1189 – Ecodiseño)
Compuesto Equipos automáticos Equipos manuales
PM 40 mg/m3 60
VOC 20 30
CO 500 700
NOx 200 200
*Para equipos de potencia < 50 kW los límites entran en vigor desde 2022

 Instalaciones de mediana potencia

Las instalaciones medianas, con potencias térmicas entre 1 y 50 MW, tendrán margen hasta 2025 –plantas de 5 a 50 MW- y 2030 –plantas de 1 a 5 MW- para adaptarse a los límites de emisiones que establece el RD 1042/2017, transposición de la directiva europea 2015/2193.

Las instalaciones existentes se verán obligadas a realizar cambios para reducir sus emisiones y las nuevas deberán escoger las mejores tecnologías disponibles para evitarlas.

Límites de emisiones para calderas EXISTENTES de biomasa medianas desde 2025

(RD 1042/2017 sobre la limitación de las emisiones a la atmósfera de determinados agentes contaminantes procedentes de las instalaciones de combustión medianas)
Compuesto Instalaciones 1-5 MW Instalaciones 5-50 MW
SO2 200 mg/Nm3 (no aplica si queman solo biomasa leñosa)

 

300 mg/Nm3 (si queman paja)

200 mg/Nm3 (no aplica si queman solo biomasa leñosa)

 

300 mg/Nm3 (si queman paja)

NOx 650 mg/Nm3 650 mg/Nm3
PM 50 mg/Nm3 30 mg/Nm3 (a partir de 20 MW)

 

Límites de emisiones para calderas NUEVAS de biomasa medianas desde 2025

Compuesto Instalaciones NUEVAS 1-5 MW Instalaciones NUEVAS 5-50 MW
SO2 200 mg/Nm3 (no aplica si queman solo biomasa leñosa) 200 mg/Nm3 (no aplica si queman solo biomasa leñosa)
NOx 500 mg/Nm3 300 mg/Nm3
PM 50 mg/Nm3 30 mg/Nm3 (20 mg/Nm3 a partir de 20 MW)

 Garantizar los límites

Varios factores influyen en las emisiones de la combustión de biomasa, cualquiera que sea el tamaño de la instalación. Carmelo Tricio los ordena según su importancia: rendimiento del equipo de combustión, tipo de biomasa y mantenimiento de la instalación.

Pero son los sistemas de filtración y tratamiento de gases los que garantizan el cumplimiento de los límites legales de emisiones.

“Un sistema de captación correctamente dimensionado, diseñado y ejecutado asegurará en todos los casos que las emisiones estén por debajo del límite. El mantenimiento, no sólo correctivo sino también preventivo y predictivo, sobre el conjunto de la instalación contribuirá a prolongar la vida útil de los sistemas y, con ello, su plena operatividad y rendimiento”, explica Ion Bautista

Biocombustible de calidad

La trascendencia de utilizar biomasas adecuadas para reducir los niveles de emisiones se recoge de forma específica en el RD 818/2018 del Ministerio para la Transición Ecológica, que obliga a los fabricantes y suministradores de biocombustibles sólidos para usos domésticos a realizar una “declaración de calidad” y etiquetado de sus productos.

Sobre este asunto, las entidades que desarrollan sellos certificadores del pellet, como ENplus@ o DINplus, defienden que la única garantía de calidad de los biocombustibles es una certificación que incluya un proceso de control independiente, algo que no conlleva la declaración por parte del productor.

Tecnología de filtración en pequeñas instalaciones

En el ámbito doméstico el uso de tecnologías de filtración es escaso por su dificultad de implementación y elevado coste relativo.

En el ámbito doméstico-urbano, un multiciclón puede ser suficiente para cumplir con la legislación actual.

Pero, “garantizar unas emisiones de partículas inferiores a las que marcan las normas existentes requeriría la instalación de filtros de mangas”, asegura Carmelo Tricio, y añade que “otra alternativa sería el filtro cerámico de alta temperatura”.

La UE ha financiado iniciativas como el proyecto BioCAT para investigar posibles soluciones. Los catalizadores de oxidación, por ejemplo, han demostrado su eficiencia sobre todo durante la fase de encendido y en condiciones de mal funcionamiento, reduciendo el CO en hasta el 80%.

Para los pequeños equipos domésticos, Justo Fernández defiende el empleo de estabilizadores de tiro, “una tecnología barata y sencilla que, además de optimizar la combustión, mantiene constante el arrastre de gases y partículas sin permitir excesos contribuyendo a limitar las emisiones”. Su coste de instalación ronda los 100 euros.

En el mercado existe ya algún separador electrostático de partículas para instalaciones de hasta 50 kW, asegura Justo Fernández.

Su empresa distribuye en España el sistema alemán Airjekt 1. Su coste supera los 1.000 euros y en Alemania se subvenciona su colocación.

Consiste en una varilla metálica que gira en el interior del tubo metálico de la chimenea, portando una tensión de 24.000 voltios, de manera que ioniza las partículas sólidas, que se ven atraidas por las paredes del tubo de chimenea, donde se acumulan hasta que caen por gravedad al interior del equipo.

 

 


Tecnología de filtración en instalaciones medianas

Para controlar la emisión de partículas en instalaciones de más de 1 MW, tanto Fivemasa como AAF proponen tecnologías de filtración por vía seca, apostando por los filtros de mangas como elemento principal de eliminación de partículas.

Ion Bautista desaconseja el empleo de electrofiltros, fundamentalmente por “la menor garantía en la eficacia para controlar las emisiones y su mayor coste de mantenimiento”.

Un sistema para una instalación completa de tratamiento de gases procedentes de una caldera de biomasa estaría integrado por estos procesos y equipos, propone Carmelo Tricio:

    • Preseparación de partículas sólidas gruesas en un separador inercial o ciclón.
    • Absorción de SO2 y HCl mediante la inyección de Ca(OH)2 en un reactor.
    • Eliminación de partículas en filtro de mangas de alta eficacia con material filtrante en fibra de vidrio con membrana de PTFE (politetrafluoroetileno).
    • Reducción de NOx por SNCR (reducción selectiva no catalítica) mediante inyección de urea o amoniaco en la caldera, con una eficiencia de hasta el 55%.
    • Reducción de NOx por SCR en un reactor catalítico ubicado después del filtro de mangas mediante inyección de amoniaco, con una eficiencia de hasta el 95%.
    • Eliminación de los contaminantes particulados y químicos en la misma unidad, compuesta por un filtro cerámico de alta temperatura con candelas cerámicas catalíticas e inyección de Ca(OH)2 y urea.
    • Extracción de gases mediante un grupo moto-ventilador.

Filtros de mangas de FIVEMASA para control de emisiones en una instalación de biomasa de mediana potencia

Es fundamental, añade Ion Bautista, evaluar las condiciones específicas de operación (temperatura y humedad ambiental, etc.), pues determinan la configuración de la instalación de filtrado: tipo y tamaño de las mangas, material filtrante, tipo de limpieza (online, semi-offline, offline), elementos auxiliares (traceado de tolvas, golpeadores o vibradores, calorifugado, etc…)

Para garantizar la operatividad de las mangas es esencial su limpieza continua, destaca Ion Bautista.

Las instalaciones de filtración de AAF incorporan un sistema de limpieza por aire comprimido de bajo consumo que libera el polvo retenido en las mangas mediante sacudidas constantes y regulares, decantándolo a una tolva que recoge toda la carga filtrada.

Un sistema de descarga (válvula alveolar, tornillo sinfín o transporte neumático) se encarga de evacuar el polvo del filtro.

El dimensionamiento correcto del sistema de filtrado garantiza que opere a pleno rendimiento sin caídas de funcionamiento ni paradas innecesarias.

La ingeniería se convierte por tanto en una fase clave del proyecto, especialmente en el entorno industrial, donde los caudales a filtrar son elevados y donde cualquier desviación puede ocasionar una emisión potencialmente contaminante y unos gastos de operación indeseados, concluye Ion Bautista.

Sistemas de filtración de partículas por vía seca

CICLÓN: El más sencillo y económico de los sistemas de separación de partículas es el ciclón; eficaz para separar granulometrías grandes, de diámetro superior a 10 micras. Se trata de un colector cilíndrico con fondo cónico que aprovecha la velocidad de entrada del gas y las fuerzas centrífugas para separar las partículas. Las condiciones de operación –caudal, temperatura del gas, concentración y granulometría de partículas, etc- influyen mucho en su eficacia. Se suele utilizar como equipo previo a otros sistemas.

MULTICICLÓN: Compuesto por múltiples ciclones de muy pequeño diámetro unidos en un cuerpo compacto. Sirve para tratar grandes vólumenes de gas y es más eficiente cuanto mayor es la granulometría a separar.

FILTRO ELECTROSTÁTICO: Su funcionamiento se basa en cargar eléctricamente las partículas para dirigirlas fuera del gas hacia unas placas con carga contraria, a las que se adhieren. Las partículas caen a una tolva al sacudir las placas con golpes secos.

Es muy eficiente para partículas de 5 a 10 micras (prácticamente el 100%), pero la eficiencia decrece para diámetros inferiores a 2 micras.

FILTRO DE MANGAS: Los elementos filtrantes que lo componen son tubos o mangas de tela dispuestas en hileras. El gas, aspirado o en depresión, atraviesa las mangas quedando las partículas adheridas en la zona exterior mientras que el gas limpio sale por arriba.

Su eficiencia es aún mayor que los precipitadores electrostáticos y menos dependiente del tamaño de partícula.

FILTRO CERÁMICO DE ALTA TEMPERATURA: Los elementos filtrantes en este caso son tubos cerámicos. Soportan altas temperaturas, de hasta 900ºC, y son capaces de eliminar de forma combinada partículas y contaminantes químicos (NOx, VOC, etc) mediante la inyección de Ca(OH)2 y urea. Pueden reducir los niveles de emisión de partículas por debajo de 3 mg/Nm3.

Publicado en BIE 42 – enero 2019


Participantes en el artículo

Carmelo Tricio es ingeniero químico y director general de FIVEMASA

FIVEMASA proyecta, fabrica y monta instalaciones de control de la contaminación en cualquier tipo de industria desde 1980.

www.fivemasa.com

 

 

Ion Bautista es ingeniero en automática y electrónica industrial e International Enviromental Systems Manager en AAF International.

Presente en 22 países y con más de 90 años de historia, AAF International diseña, fabrica e integra equipos y soluciones de filtración industrial a medida de las necesidades cualquier sector, aplicación y cliente

www.aafintl.com

 

Justo Fernández es ingeniero industrial y gerente de SUAKONTROL

SUAKONTROL es distribuidor exclusivo en España de productos Grena (vermiculita exfoliada y placas ignífugas) y de equipos para el sector de la combustión de biomasa y la eficiencia energética.

grena.es

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