Energy Efficiency of Material Recycling and Energy Recovery of Selected Waste Fractions
RESUMO
A fim de se reduzir os impactos ambientais causados pela exploração de recursos naturais, a União Europeia (UE) busca medidas sustentáveis para aumentar a eficiência e a produtividade da utilização de recursos naturais. Este objetivo só poderá ser atingido através do emprego da valorização dos resíduos. Entretanto, os sistemas de gestão de resíduos devem ser detalhadamente investigados e todos os aspectos envolvendo a reciclagem de materiais e a recuperação de energia devem ser cuidadosamente balanceados. O presente artigo compara os métodos de recuperação de frações selecionadas dos resíduos, no que diz respeito à sua eficiência energética. A resposta para a questão sobre qual solução é mais eficiente em termos energéticos, se a reciclagem de materiais ou a recuperação de energia, está principalmente relacionada com as seguintes frações de resíduos: papel e papelão, plásticos, resíduos orgânicos e, indiretamente, os metais. A reciclagem dos materiais destas categorias é vantajosa em relação à recuperação de energia. De acordo com a melhoria da eficiência energética, a reciclagem de materiais gera uma menor emissão dos gases responsáveis pelo efeito estufa, em relação ao processo de recuperação de energia. Para as frações na forma de papel e papelão, plásticos, resíduos orgânicos e metais, torna-se evidente que com a intensificação dos sistemas de coleta seletiva em combinação com o uso mais intensivo de tecnologias de triagem, o grau de reciclagem desses materiais tenda a aumentar. Os sistemas de coleta seletiva e triagem dos resíduos devem ser coordenados. O objetivo geral da gestão é o de conseguir atingir um balanço ideal entre maiores taxas de recuperação de energia e uma boa qualidade dos produtos reciclados. A eficiência energética da reciclagem de materiais provenientes de resíduos orgânicos pode ser maior através da intensificação do uso de tecnologias de digestão anaeróbia. De modo a incrementar a eficiência energética da gestão como um todo, a eficiência energética nas plantas de recuperação de energia devem ser aumentadas, de forma que os resíduos impróprios para reciclagem de materiais sejam processados com o intuito de gerar uma maior produção de energia possível.
Palavras-chave: Eficiência energética. Reciclagem. Recuperação energética. Gestão de resíduos. Resíduos orgânicos.
ABSTRACT
In order to reduce the ecological impact of resource exploitation, the EU calls for sustainable options to increase the efficiency and productivity of the utilization of natural resources. This target can only be achieved by considering resource recovery from waste comprehensively. However, waste management measures have to be investigated critically and all aspects of material recycling and energy recovery have to be carefully balanced. This article compares recovery methods for selected waste fractions with regard to their energy efficiency. Whether material recycling or energy recovery is the most energy efficient solution, is a question of particular relevance with regard to the following waste fractions: paper and cardboard, plastics and biowaste and also indirectly metals. For the described material, categories material recycling has advantages compared to energy recovery. In accordance with the improved energy efficiency of substance opposed to energy recovery, material recycling causes lower emissions of green house gases. For the fractions paper and cardboard, plastics, biowaste and metals it becomes apparent, that intensification of the separate collection systems in combination with a more intensive use of sorting technologies can increase the extent of material recycling. Collection and sorting systems must be coordinated. The objective of the overall management must be to achieve an optimum of the highest possible recovery rates in combination with a high quality of recyclables. The energy efficiency of material recycling of biowaste can be increased by intensifying the use of anaerobic technologies. In order to increase the energy efficiency of the overall management, the energy efficiencies of energy recovery plants must be increased so that the waste unsuitable for material recycling is treated with the highest possible energy yield.
Keywords: Energy Efficiency. Recycling. Energy recovery. Waste management. Organic waste.
1 INTRODUÇÃO
A estratégia de utilização sustentável dos recursos naturais, de acordo com a Comissão Europeia, levará a uma melhor eficiência e produtividade dos recursos e, ao mesmo tempo, reduzirá os impactos ambientais (ANON, 2005). Dessa forma, as práticas de gestão de resíduos devem ser analisadas de forma crítica. Neste sentido, a avaliação dos processos de reciclagem de materiais e de recuperação energética são cruciais. Este artigo fornece uma avaliação comparativa entre os dois métodos de utilização de frações selecionadas de resíduos. A ênfase será dada na comparação em termos de economia de energia líquida quando da reciclagem de materiais e da recuperação energética, e ainda, emissão de carbono, utilização da água e presença de nutrientes em diferentes frações de resíduos. As frações de resíduos aqui avaliadas incluem papel e papelão, plásticos, resíduos orgânicos e metais.
De acordo com a Portaria da União Europeia (UE) 2008/98/EG, a prioridade deverá ser dada para a reciclagem de materiais, quando esta garantir a melhor prática ambiental. Essa prioridade também está incorporada na emenda alemã “Lei de Reciclagem” de 2012, a qual já está incluída na nova hierarquia de gestão de resíduos em que a reciclagem de material tem preferência frente a recuperação de energia.
Figura 1 – A hierarquia dos resíduos (Emenda UE 2008/98/EG) e Lei de Reciclagem Alemã
2 MÉTODOS DE RECICLAGEM
Os processos de transformação e/ou substituição das matérias-primas primárias por secundárias recuperadas a partir dos resíduos podem ser definidos segundo quatro linhas principais de classificação, quais sejam, a reciclagem de materiais, reciclagem de matérias-primas, reciclagem biológica e recuperação energética, como seguem:
- Reciclagem de materiais – utilização de material não envolvendo mudanças químicas. Isto se aplica, por exemplo, para a utilização de resíduos oriundos de papel e papelão para a produção de papel e papelão reciclado, a utilização de resíduos de vidro para a produção de novos produtos de vidro ou a refusão de plásticos, por exemplo, extrusão, moldagem por injeção em grânulos onde neste tipo de intervenção é empregado o mínimo de energia, assim as cadeias poliméricas podem se mover em relação umas as outras, as ligações químicas são entretanto mantidas na sua maioria.
- Reciclagem de matérias-primas – métodos de exploração em que os materiais recicláveis estão sujeitos a alterações químicas adequadas para a utilização de materiais e/ou de energia, como por exemplo, unidades monoméricas para repolimerização ou óleo/gás de síntese.
- Reciclagem biológica – define-se através do processo de reestruturação e de degradação da matéria orgânica (particularmente das frações orgânicas coletadas seletivamente e resíduos verdes) realizado por micro-organismos que convertem essas frações em adubo e, quando se utiliza processos anaeróbios em biogás.
- Recuperação energética – o principal objetivo da reciclagem/recuperação energética de resíduos deve ser a utilização dos resíduos, e não a eliminação do seu potencial de contaminação, conforme aplicável ao tratamento térmico. Aqui, como regra geral, e em contraste com o tratamento térmico, os resíduos são utilizados energeticamente a partir da melhoria de sua qualidade de combustão por tratamento mecânico prévio elevando seu poder calorífico e reduzindo o teor de contaminantes. Método e grau de tratamento podem variar consideravelmente. Nem o tratamento nem o produto “combustível derivado de resíduos” são definidos por lei.
No presente artigo, a matéria-prima e a reciclagem biológica são divididas entre categorias de material reciclável, tratamento térmico e de recuperação energética.
3 MÉTODO DE AVALIAÇÃO
A sustentabilidade das estratégias de gestão de resíduos deve ser avaliada pela Comissão Europeia, e deve conduzir à utilização sustentável dos recursos naturais que resulte em uma melhor eficiência dos recursos e diminua os efeitos ambientais causados pela utilização desses recursos, o que deve ser considerado independentemente do crescimento econômico (ANON, 2005). Para avaliar a eficiência dos recursos, não apenas o consumo de recursos imediatos e os rendimentos dos diferentes métodos de reciclagem devem ser considerados, mas também a formação de banco de dados. Assim como a economia de recursos através da reciclagem de materiais e de energia.
Neste contexto, um importante parâmetro inicial é a demanda acumulada de energia (DAE) para os produtos relevantes derivados dos resíduos, diferenciados de acordo com a sua produção a partir de matérias-primas primárias ou secundárias. O baixo poder calorífico de resíduos em um fluxo de massa e a eficiência energética das usinas térmicas também são relevantes para as avaliações abordadas a seguir.
As eficiências energéticas atualmente alcançadas em instalações de incineração de resíduos na Alemanha variam entre um mínimo de 21% e um máximo de 76%, com média de 45% (DEHOUST; GEBHARDT; GÄRTNER, 2002; WALLMANN; FRITZ; FRICKE, 2009; WOLLNY; WEINEN; DEHOUST; FRITSCHE, 2000). A eficiência energética da combustão da palha, relevante em relação aos resíduos orgânicos, atinge aproximadamente de 21 a 29% da capacidade de geração de energia elétrica. Valores de até 92% são obtidos com a finalidade de geração de calor.
A fim de se explorar de uma forma mais eficiente a energia contida nos resíduos, diferentes métodos de recuperação de energia devem ser detalhadamente analisados quanto ao seu respectivo rendimento energético e consumo de energia. O termo “eficiência energética”, como usado no presente artigo, define o balanço entre as duas formas de recuperação de energia a serem aqui avaliadas:
- A recuperação térmica da energia contida nos resíduos leva em consideração o grau de eficiência das respectivas plantas de recuperação.
- A reciclagem de material como matéria-prima secundária substitui o processo de produção de matérias-primas primárias.
4 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS FRAÇÕES SELECIONADAS DE RESÍDUOS
A resposta para a questão sobre qual solução é mais eficiente em termos energéticos, se a reciclagem de materiais ou a recuperação de energia, está principalmente relacionada com as seguintes frações de resíduos: papel e papelão, plásticos, resíduos orgânicos e, indiretamente, aos metais.
A demanda acumulada de energia para a produção de, por exemplo, papéis para fotocópias produzidos a partir de fibras adquiridas de matéria-prima (polpa de celulose) da região norte equivale a aproximadamente 39 MJ/kg (IFEU, 2006). De acordo com os últimos dados fornecidos pela indústria de papel, a demanda de energia poderia ser reduzida para 35 MJ/kg (IFEU, 2009). A demanda acumulada de energia para a produção de papel equivalente, composto por fibras geradas a partir dos resíduos, foi aproximadamente de 15 MJ/kg. O valor calorífico líquido é aproximadamente de 13.2 MJ/Kg. O valor calorífico líquido para produtos reciclados de papel e papelão é um pouco menor devido à absorção de umidade durante o uso, em comparação com os “novos produtos” (FRICKE; BAHR; BIDLINGMAIER; SPRINGER, 2011).
A DAE necessária para a produção de grânulos de plástico mostra uma grande variação conforme os diferentes polímeros, o que também vale para o poder calorífico inferior (BUWAL, 1991; 1995; KINDLER; NIKLES, 1979; PATEL, 1999).
Quadro 1 – Comparação de valores caloríficos e demanda acumulada de energia (DAE)
Fonte: Fricke et al. (2011).
DAE
|
Valor calorífico
| |
Polietileno
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65–85 MJ/kg
|
aproximadamente 43 MJ/kg
|
Policloreto de Vinila
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DAE 51–55 MJ/kg
|
18–20 MJ/kg
|
Poliestireno
|
DAE 72–89 MJ/kg
|
aproximadamente
40 MJ/kg |
Fonte: Fricke et al. (2011).
Para a produção de, por exemplo, grânulos de polietileno a partir de matérias-primas secundárias, a DAE alcança cerca de 15 MJ/kg (FRICKE et al., 2011; HTP & IFEU, 2001; IFEU, 2004).
Esta comparação demonstra que a reciclagem de materiais, em relação à recuperação de energia, oferece maior eficiência energética para as duas frações de resíduos em pauta, mesmo com as altas eficiências energéticas dos combustíveis (ver Tabela 1). Desta forma, mesmo que se aumente as diferenças entre a DAE, caso a produção seja baseada nas matérias-primas primárias ou secundárias, e o poder calorífico inferior identificado durante a reciclagem de material seja menor, a DAE ainda é positiva. Ao mesmo tempo são indicados os limites para a recuperação energética. Diversos estudos (HTP & IFEU, 2001; IFEU, 2006; 2010) apontam para a mesma conclusão de que, no que se diz respeito à eficiência energética, a reciclagem de materiais é o método mais apropriado.
Entretanto, para resíduos de papel e de plásticos não recicláveis, por exemplo, componentes muito pequenos ou muito sujos ou elementos compostos, a recuperação de energia apresenta-se como o meio mais razoável de destinação desses resíduos.
Tabela 1 – Demanda acumulada de energia (DAE) para a produção de papel composto de fibras virgens e polímeros com base nas matérias-primas primárias e secundárias, assim como a economia e o abastecimento de energia utilizada na reciclagem de materiais e na recuperação energética para diferentes eficiências de combustíveis
[1] Exceto demanda de energia para a transformação em produto final.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fonte: Fricke et al. (2011).
Os resultados de diversas avaliações do ciclo de vida (HTP & IFEU, 2001; IFEU, 2004; 2006; 2010) indicam que, assim como há uma melhoria da eficiência energética na reciclagem de materiais em relação à recuperação de energia, as emissões de gases responsáveis pelo efeito estufa também seriam menores, menos nocivas.
A fim de analisar o potencial de impacto nas mudanças climáticas, a avaliação das emissões de CO2 relacionadas com a energia, por exemplo, para a categoria de produtos como papel e papelão são de extrema relevância. Se as fontes de energia regenerativas são utilizadas principalmente para a produção de fibras virgens, por exemplo, cascas e resíduos de soda cáustica (resíduos da produção) ou de outros combustíveis provenientes da biomassa, o efeito de redução de CO2 é relativamente baixo, o que se deve, segundo o IFEU (2006), à economia de energia durante a reciclagem de materiais. Entretanto, supondo-se que as fontes de energia regenerativas utilizadas na produção de fibra virgem possam substituir as fontes de energia fósseis em outros setores de produção, os efeitos de redução de emissões de CO2 seriam ainda mais significantes. Devido à reciclagem relacionada com menores demandas de fibras virgens, este efeito poderia ser ainda maior se fosse utilizada madeira no processo de substituição de fontes de energia fósseis como fonte de energia regenerativa. Uma das vantagens relacionadas ao impacto ambiental, da reciclagem de materiais como papel e papelão, é a significativa baixa demanda de água utilizada no processo (cerca de 20 m3/t de papel), quando comparada com a produção de papel de fibras virgens, a qual exige uma demanda de aproximadamente de 50 m3/t de papel. Consequentemente, ocorrerá uma redução das emissões líquidas e ocorrerá o favorecimento da acidificação devido a uma significante redução do teor de enxofre nos lixiviados dos resíduos.
4.1 Resíduos Orgânicos
Devido ao alto teor de umidade, frequentemente acima de 60%, resíduos orgânicos possuem um baixo valor calorífico líquido, aproximadamente de 2 a 3.6 MJ/kg. A coleta seletiva de resíduos orgânicos apenas se justifica, se os produtos da reciclagem, como composto, forem utilizados na agricultura ou na horticultura, assim como acontece na Alemanha, e se a alta demanda para a obtenção de um produto final de qualidade é atingida. A recuperação de energia, neste caso, é realizada em conjunto com o rejeito. Para avaliar a eficiência energética, a eficiência nas plantas de incineração dos resíduos supramencionada deve ser considerada.
Na Alemanha, a palha é um dos principais componentes utilizados para equilibrar o húmus nos solos utilizados para a agricultura. Se o composto é utilizado para substituir a palha com o propósito da regeneração do húmus, a palha pode ser utilizada como uma fonte de energia regenerativa em plantas que utilizam biomassa. Com base nos teores de nutrientes fornecidos na Tabela 2 e considerando-se a perda de massa durante o processo de compostagem, um fator de substituição equivalente a 0,44 assegura que os resíduos orgânicos em comparação com a palha, ou seja, baseado no húmus-C, 1 t de resíduos orgânicos correspondem a 0,44 t de palha (matéria fresca).
Tabela 2 – Comparação de teor de nutrientes da palha e de composto
Nutriente / húmus-C
|
Composto fresco (kg/t matéria seca)
|
Composto maduro (kg/t matéria seca)
|
Palha (kg/t matéria seca)
|
Calculável (N)
|
5.7
|
4.8
|
5.0
|
Fósforo (P2O5)
|
8.0
|
6.4
|
1.3
|
Potássio (K2O)
|
13.0
|
11.0
|
11.6
|
Cálcio (CaO)
|
50.0
|
50.0
|
3.0
|
Húmus-C
|
132
|
116
|
110[1]
|
Húmus-C[2]
|
40.5
|
não especificado
|
92
|
[1] Baseado em um potencial de geração médio de húmus de 95 kg Húmus-C/t com um teor de matéria seca de 86%.
[2] Baseado no resíduo orgânico fresco com uma perda de massa durante a compostagem de 50% e teor de umidade de 38,6%. Baseado em material de palha fresca com um teor de umidade de 84%.
Fonte: BGK (2008).
A reciclagem de resíduos orgânicos para a obtenção de composto e a recuperação de energética a partir da substituição da palha, produz uma maior eficiência energética quando se compara a recuperação de energia diretamente dos resíduos orgânicos (Tabela 3). E ainda, a incorporação da digestão anaeróbia, aumenta ainda mais a eficiência energética.
Tabela 3 – Fornecimento de energia para a recuperação de energia de resíduos orgânicos e palha como equivalente palha-resíduos orgânicos com diferentes eficiências de combustível
Valores caloríficos
|
Fornecimento de energia
| |
Resíduos orgânicos
|
Eficiência do combustível 76%
|
Eficiência do combustível 45%
|
3,2 MJ/kg
|
2,43 MJ/kg
|
1,44 MJ/kg
|
Palha
|
Eficiência do combustível 92%[1]
|
Eficiência do combustível 45%
|
14,4 MJ/kg
|
13,25 MJ/kg
|
Não especificado
|
Equivalentes palha-resíduos orgânicos: 6,34 MJ/kg
|
5,83 MJ/kg
|
Não especificado
|
Provisão líquida[2]
|
5,13 MJ/kg
|
Não especificado
|
Provisão líquida com utilização de biogás[3]
|
5,63 MJ/kg
|
Não especificado
|
[1] Eficiência de combustível em planta de força que emprega palha como biomassa.
[2] Considerando-se a demanda de energia para o transporte de resíduos orgânicos e palha, e também para a compostagem com um total de 0.7 MJ/kg.
[3] 100 m3-biogás/t de material fresco, teor de 60% de CH4, 35%-80% de eficiência, 0.75-1.72 MJ/kg, menor demanda de energia adicional durante a fase anaeróbia.
Fonte: Elaboração própria dos autores com dados de diversos prestadores técnicos e operadores.
4.2 Metais
A fim de se avaliar qual o método mais apropriado para a reciclagem de metais, deve-se determinar a quantidade e a qualidade de resíduos provenientes de fluxos residuais específicos, ou seja, quais os metais coletados seletivamente, embalagens leves e resíduos brutos podem ser reciclados. Aqui são considerados os principais metais encontrados nos resíduos urbanos: aço, alumínio e cobre. Em relação aos resíduos domésticos e comerciais, a fração de resíduos de metais é a que demonstra um maior potencial específico para a economia de energia e proteção ambiental (ver Tabela 4).
Tabela 4 – Comparação de DAEs para a produção de metais selecionados
a partir de matérias-primas primárias e secundárias
a partir de matérias-primas primárias e secundárias
Metal
|
Demanda de energia para a produção de aço
| ||
Matérias-primas primárias
|
Matérias-primas secundárias
|
Economia de energia através da reciclagem
| |
Aço bruto
|
16.2 MJ/kg
|
6.1 MJ/kg (reciclagem de sucata de carro)
|
62%
|
Aciaria de oxigênio
|
20.4 MJ/kg
|
6.5 MJ/kg (embalagem)
|
68%
|
Alumínio
|
211.8 MJ/kg
|
15.3 MJ/kg (reciclagem de sucata de carro)
|
93%
|
16.4 MJ/kg (embalagem)
|
94%
| ||
Cobre
|
Tubos 32.1 MJ/kg
Arames 50.4 MJ/kg
Folhas 31.8 MJ/kg
|
3.4–9.2 MJ/kg
|
80 – 92%
|
Fonte: Fricke et al. (2011).
Segundo HTP & IFEU (2001), a taxa de desempenho da triagem de metais ferrosos, nas plantas de separação de resíduos na Alemanha é de até 98%, enquanto que a separação de metais não ferrosos (Al) é de até 84,7%, onde de acordo com os autores, as taxas relatadas são exageradas. Avaliações próprias de etapas do processo mecânico em plantas de tratamento mecânico e biológico (TMB) e plantas de produção de combustíveis secundários indicaram taxas de desempenho de triagem de metais ferrosos de até 86% (FRICKE et al., 2011). Enquanto que para metais não ferrosos as taxas de performance de triagem alcançadas são de até 75%.
Dados significativos sobre a eficiência da separação de metais ferrosos e não ferrosos da escória, ainda são escassos, mais especificamente no que se diz respeito aos metais não ferrosos. Dentre outros motivos, a falta de dados sobre metais não ferrosos se deve particularmente ao fato de que o processamento de escória na Alemanha não acontece no mesmo local onde é realizada a incineração de resíduos, mas sim em plantas de reciclagem de escória onde não se têm a política de se fornecer muitas informações. De acordo com o conhecimento geral, placas de estanho e folhas de alumínio são trituradas durante o processo de incineração e, em seguida, sinterizados com a escória em forma de grãos finos. Além disso, é assumido que as proporções dos metais não ferrosos, dependendo da espessura da folha, são oxidadas durante o processo de incineração. Consequentemente, a separação pelo atual método de redemoinho tem uma limitação quanto ao seu uso. De acordo com IFEU (2007), as taxas de eficiência de separação de metais não ferrosos a partir de escórias em plantas de incineração de resíduos, é de aproximadamente de 66%.
Atualmente, a coleta seletiva de resíduos brutos geram taxas de recuperação maiores do que as do processamento de escórias. O desenvolvimento do mercado resultou na implementação da separação de metais e do tratamento de escórias. Pesquisas na Suíça indicaram que a separação de metais das cinzas da escória resulta em elevadas taxas de recuperação (MORF; TAVERNA; BUSER, 2007). As tecnologias baseadas em moagem e subsequente separação convencional de metais também são eficientes. Na verdade, os processos pirolíticos estão sendo investigados com foco na recuperação de metais a partir dos resíduos sólidos.
No geral, os autores concluíram que a eficiência de separação para metais ferrosos e em particular, de metais não ferrosos, possui um grande potencial de otimização.
5 CONSEQUÊNCIAS DA GESTÃO DE RESÍDUOS
No que diz respeito à eficiência energética da reciclagem de materiais de frações específicas de resíduos, como papel, papelão, plástico e de resíduos orgânicos, há uma clara vantagem em relação à recuperação de energia. Consequentemente, a reciclagem dos materiais pertencentes às categorias supracitadas, deverão ser intensificadas. A seguir retrataremos a hierarquização de procedimentos:
5.1 Etapa 1: Reciclagem de materiais
- Coleta seletiva com o emprego de contêineres e pontos de entrega voluntária;
- Triagem a partir de materiais misturados e dos resíduos totais;
- Intensificação das tecnologias anaeróbias para a reciclagem de resíduos orgânicos.
5.1.1 Justificativa: Intensificação da coleta seletiva em países emergentes e em desenvolvimento
Apesar das justificativas econômicas para a implementação da coleta seletiva e da disponibilidade de equipamentos, esse processo de coleta é ainda, apenas praticado em baixa escala seja de ordem formal seja através do setor informal, este último sem regularidade e mal organizado. Dessa forma, a taxa de coleta seletiva alcança taxas de desvio de apenas 5 a 10%.
Um sistema organizado de coleta seletiva público ou privado acontece em uma escala muito pequena. Entre outras justificativas, deve-se considerar a falta de informações específicas das partes interessadas e entre os especialistas técnicos em relação à:
- O mercado de recursos secundários, por exemplo, rendimentos, exigências de qualidade e de demanda;
- Quantidade e qualidade dos resíduos;
- Tecnologias apropriadas para coleta e transporte, e a eficiência de sistemas de coleta já existentes;
- Parâmetros para modelagem econômica dos vários instrumentos de gestão de resíduos disponíveis;
- Dados relacionados à aceitação da população em participar do sistema de coleta seletiva.
As seguintes medidas preparatórias são necessárias para otimizar a coleta seletiva de resíduos:
- Ações de capacitação;
- Disponibilizar os dados relevantes para o planejamento, entre outros itens, a quantidade e qualidade dos resíduos, exigência/rendimento da reciclagem;
- Sistemas de coleta exigidos e os já existentes;
- Extensão das medidas preparatórias, por exemplo, a avaliação da quantidade e dos tipos de locais de entrega voluntária e a publicidade disponível;
- Estudos econômicos, como, a comparação entre os diferentes sistemas de manejo de resíduos existentes, sensibilidade das análises com foco no rendimento de reciclagem de materiais específicos;
- Desenvolvimento de mercado para produtos reciclados, em especial adubo, fertilizante líquido e de combustíveis derivados de resíduos.
Segundo estudos e experiências vivenciadas por países em desenvolvimento, cujos dados disponíveis são principalmente relacionados às áreas urbanas, em condições economicamente favoráveis, altas taxas de coleta e de recuperação podem ser alcançadas a partir das seguintes medidas:
- Apoio ao setor informal, incluindo garantias de rendimentos em longo prazo, viabilizando equipamentos de coleta seletiva e treinamento;
- Integração do setor informal no sistema geral de manejo dos resíduos;
- Estabelecimento de pontos de entrega voluntária para papéis e papelão, vidros, metais e plásticos;
- Estabelecimento de sistemas de coleta em contêineres e/ou sacolas.
O estabelecimento de um sistema de coleta nas ruas a partir de contêineres diversificados segundo o tipo de resíduo encontra dificuldade de aplicação devido aos custos gerados. Em alguns municípios, a coleta de resíduos e de materiais recicláveis é realizada através do uso de um sistema de coleta de rua com contêineres específicos. Como regra geral, há dois tipos de acondicionadores, um para os resíduos úmidos (orgânicos e rejeitos) e outro para os secos (recicláveis). Uma planta de triagem é obrigatória quando se implementa o sistema de coleta diversificada, sendo que a separação prévia dos resíduos melhora a qualidade e a capacidade de triagem, e consequentemente, aumenta as taxas de utilização dos resíduos.
5.1.2 Justificativa: Estabelecimento de plantas de triagem em países desenvolvidos e emergentes
A triagem de materiais recicláveis presentes nos resíduos urbanos ocorre em instalações de triagem, as quais são introduzidas antes da disposição final dos resíduos, como as plantas de tratamento mecânico-biológico (TMB) e de tratamento térmico. As frações alvo a serem selecionadas são papel e papelão, plásticos, vidros, metais e madeiras.
As plantas de triagem e de processamento de resíduos são adaptadas de acordo com as condições locais, visando baixos custos de pessoal e a geração de empregos. Processos de separação manual são preferencialmente realizados aos processos automatizados, ambos devem estar adequados às exigências de segurança no trabalho. Como também se trata de triagem de recicláveis, o setor informal também deve ser integrado, por exemplo, com trabalhadores para a linha de triagem. Pátios planos são preferíveis para as áreas de descarga. Esta concepção de descarregamento oferece também a possibilidade de armazenamento temporário de alguns materiais específicos, a fim de que se possa adicionar esse material ao fluxo de resíduos de forma orientada, ou para permitir o seu fornecimento em setores especiais da planta de triagem.
A separação de impurezas, contaminantes e substâncias nocivas, assim como materiais volumosos é possível tanto manualmente como também através do emprego de maquinários. A alimentação da planta pode ser feita por meio de carregadeiras de rodas ou escavadeiras móveis com pólipo. Em instalações mais simples, com capacidades de processamento de pequeno porte, uma abordagem de processo manual (pá/garfo) também é praticável. Antes de o material ser encaminhado para a esteira de triagem, a abertura dos sacos deve ser realizada e o material processado por um equipamento de segregação bruta, na forma de peneiras, com malhas de 80 a 100 mm. Os grãos maiores são compostos de embalagens e podem ser separados manualmente. Os grãos menores remanescentes do peneiramento são encaminhados para o tratamento de rejeitos.
5.2 Etapa 2: Recuperação Energética
- Incineração (queima de massa bruta) ou recuperação energética dos rejeitos não recicláveis, com ou sem pré-tratamento em plantas mecânicas ou mecânico-biológicas;
- Otimização da eficiência energética nas plantas de tratamento, a fim de se maximizar o ganho eficaz de energia.
Como consequência da intensificação da reciclagem de materiais que detêm poder calorífico elevado, temos que o poder calorífico líquido dos resíduos sobressalentes diminuirá significativamente em médio prazo. Na Alemanha, este processo já se iniciou quando da intensificação da coleta de papel e papelão. Com valores atuais de cerca de 7,500 kJ/kg, o valor calorífico nos rejeitos é significativamente menor do que era há cinco anos. Naquela época, o valor calorífico dos rejeitos estava entre 8,500-8,900 kJ/kg.
5.2.1 Justificativa: Estabelecimento de recuperação energética nas economias emergentes e nos países desenvolvidos
Altos teores de resíduos de cozinha e de jardim com baixos valores caloríficos, em combinação com as menores quantidades de resíduos com maior poder calorífico como o plástico, papel, papelão e têxteis, podem resultar em um valor calorífico total muito baixo.
Em relação à tecnologia aplicada, uma combustão autossustentável sem combustível adicional (carvão, petróleo etc.) não é possível com valores caloríficos abaixo de 4,500 kJ/kg e não podem ser garantidos abaixo de 6,000 kJ/kg. Além disso, como consequência da esperada intensificação da reciclagem de materiais presentes nos resíduos com alto valor calorífico, o poder calorífico dos resíduos restantes diminuirá significativamente em médio prazo.
5.3 Etapa 3: Tratamento dos Resíduos antes de sua Disposição em Aterros Sanitários
A disposição convencional de resíduos em aterros apresenta, em todo o mundo, limitações em decorrência do aumento da geração, da maior presença de embalagens e de componentes tóxicos nos resíduos sólidos urbanos (RSU). Aterramento de resíduos gera um aumento nas emissões de poluentes durante longos períodos, o que requer métodos sofisticados de controle e de tratamento de emissões. As consequências ainda perduram por um longo período (trinta anos na Alemanha), mesmo após a desativação do aterro sanitário. Além disso, em muitas regiões, está cada vez mais difícil se encontrar locais apropriados e o aceite da população para a construção de aterros sanitários. Consequentemente, novas estratégias de manejo de resíduos se fazem necessárias. Programas de conscientização para a minimização dos resíduos e de reciclagem são importantes componentes das estratégias modernas de gestão de resíduos. No entanto, mesmo quando o potencial de reciclagem dos resíduos é explorado ao máximo, ainda assim, sempre há uma fração dos resíduos que precisa ser eliminada, identificada como rejeito. Os rejeitos dispostos nos aterros sanitários podem ser menores através de um pré-tratamento, limitando assim a emissão provocada quando do aterramento. Diferentes estratégias estão disponíveis para o tratamento dos resíduos:
- Pré-tratamento mecânico-biológico (TMB);
- Tratamento térmico (incineração ou queima da massa bruta).
As condições financeiras e a infraestrutura, assim como a quantidade e principalmente a composição dos resíduos, determinam a escolha de qual tratamento deve ser utilizado em cada caso. Devido aos custos relativamente baixos, a elevada flexibilidade do processo e a possibilidade de aplicação centralizada e descentralizada, os processos de TMB estão ganhando espaço nos países em desenvolvimento. Com o prévio tratamento dos RSU antes da sua disposição em aterros sanitários, os seguintes objetivos poderão ser alcançados:
- Minimização da massa e do volume de resíduos a serem depositados (proporcionando o prolongamento da vida útil do aterro);
- Inativação de processos biológicos e bioquímicos a fim de se evitar as emissões de biogás (Gases de Efeito Estufa – GEE), assim como as emissões de odores;
- Redução dos recalques nos aterros;
- Imobilização de poluentes, visando reduzir a contaminação do chorume;
- Investimentos em reciclagem, como na separação seletiva de frações recicláveis, de frações com alto poder calorífico ou utilizáveis na produção de materiais de construção do aterro devem ser integrados ao processo de tratamento, caso haja demanda para esses materiais.
6 DESENVOLVIMENTO DO MERCADO DE RECURSOS SECUNDÁRIOS E SUAS RECEITAS
Nos últimos anos foi registrado um claro aumento dos preços de recursos secundários, em especial para materiais metálicos. Tal situação é atribuída ao aumento da demanda por estes materiais no mercado asiático, juntamente com o aumento do custo de desenvolvimento de recursos e produção, causados pelo aumento do custo da energia.
As receitas decorrentes dos recursos secundários mostram grandes variações de valores entre diferentes países, o que resultou na variação de preços demonstrada na Tabela 5.
Tabela 5 – Receitas a partir de recursos secundários selecionados decorrentes da valorização dos resíduos, nos anos de 2009 – 2013
Recursos secundários
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Receitas
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Papéis mistos
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70 – 110 €/t
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Papelão
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80 – 130 €/t
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LDPE, embalagens
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160 – 350 €/t
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PE folhas transparentes tingidas < 70 μm, embalagem
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40 – 240 €/t
|
PE folhas transparentes < 70 μm, embalagem
|
380 – 440 €/t
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HTPE vazio colorido, fardo
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140 – 300 €/t
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PVC, colorido, base de moinho
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400 – 590 €/t
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PET, azul claro, fardo
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460 – 530 €/t.
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PET, colorido, fardo
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210 – 340 €/t
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PP folhas, colorido, fardo
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130 – 310 €/t
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PS, colorido, base moída
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500 – 690 €/t
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Têxteis
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100 – 160 €/t
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Sucata de aço
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200 – 400 €/t
|
Cobre
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4,700 – 5,900 €/t
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Alumínio
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1,000 – 3,000 €/t
|
A melhoria nas receitas obtidas pelos plásticos reciclados e de polímeros em particular, criou condições mais favoráveis para a reciclagem de materiais de maior valor. O aumento da demanda por petróleo bruto, ao mesmo tempo em que tende levar a escassez em sua disponibilidade, também continuará a elevar o seu preço em médio e longo prazo.
A alta demanda energética para a produção de polímeros e de petróleo como principais fontes de energia, contribuirá ainda mais, em médio e longo prazo, nos esforços para se melhorar os rendimentos do uso de fontes secundárias de polímeros. Altas demandas de energia para a geração de fibras de papel e uma competição massiva para o uso de matéria-prima de madeira devido à sua propriedade de fonte de energia regenerativa, permitem obter resultados semelhantes para papel e papelão àqueles observados para os polímeros.
A média de rendimento de sucata de aço em 2013 foi de 340 €/t. Depois do aço, o alumínio é o metal mais frequentemente utilizado no mundo. Devido à sua qualidade, o consumo no setor de materiais para embalagem (filmes e fitas finas, pequenos recipientes e tampas de rosca; latas de bebidas e de alimentos, tubos e latas de aerossol) é relevante em relação aos resíduos domésticos e comerciais. O consumo de alumínio no setor de embalagens vem diminuindo significativamente, como é o caso do consumo de folha de flandres. Depois do ferro e do alumínio, o cobre é o metal utilizado com maior frequência.
O cobre é um dos materiais que pode ser reciclado sem nenhuma perda da sua qualidade original. A utilização de cobre reciclado nas indústrias está crescendo cada vez mais. Atualmente, em todo o mundo, cerca de 12 a 13% do cobre é produzido a partir da sucata de cobre, e em países industrializados essa porcentagem chega até mais de 50% (Alemanha 58% – dado de 2012). O cobre presente em construções, máquinas, equipamentos e diversos tipos de resíduos, e que podem ser utilizados para reciclagem e na recuperação, é a maior e mais econômica mina de cobre do mundo. Na Suíça, recentemente, através de métodos modernos de mineração, o cobre vem sendo captado nos antigos aterros. Esses locais de disposição de resíduos chegam a conter até duas vezes mais cobre em relação ao que é, em média, encontrado em depósitos naturais de cobre. Em particular, a escória proveniente de instalações de incineração de resíduos contém altos níveis de cobre. Devido à alta demanda de energia para a produção de cobre combinado as dificuldades devido a sua escassez na natureza, espera-se que, em médio e longo prazo, as receitas oriundas do cobre reciclado sejam muito maiores.
Em geral, o aumento da aplicação de aditivos para o refinamento dos metais tem impedido esta reciclagem.
7 CONCLUSÕES
Para as categorias dos materiais descritos, a reciclagem de materiais possui uma clara vantagem em relação à recuperação energética. De acordo com a melhoria da eficiência energética de reciclagem de materiais em relação a recuperação energética, a reciclagem de materiais também é considerada de menor impacto ambiental.
Para as frações recicláveis, de papel e papelão, plásticos, resíduos orgânicos e metais, torna-se evidente que a intensificação dos sistemas de coleta seletiva em combinação com o maior emprego das tecnologias de triagem aumentará o índice de reciclagem de materiais. O uso de tecnologias de triagem adequadas deve ser expandido para que também sejam incluídos os resíduos mistos. Coleta e sistemas de triagem devem ser implementados. O objetivo geral do sistema é o de conseguir atingir um balanço ideal entre maiores taxas de recuperação de energia e uma boa qualidade dos produtos reciclados.
Um aumento na eficiência da separação de metal nas plantas de triagem, nas plantas de tratamento mecânico-biológico e nas plantas de incineração, é ponto de crucial importância para que se atinjam maiores taxas de recuperação de metal.
A eficiência energética da reciclagem de resíduos orgânicos pode ser aumentada através da intensificação do uso de tecnologias de digestão anaeróbia. De modo a intensificar a eficiência energética do sistema como um todo, a eficiência energética do tratamento térmico e a recuperação de energia devem ser incrementadas, de forma que os resíduos impróprios para reciclagem sejam tratados com a maior produção de energia possível.
Em médio prazo, é esperado que os custos de matérias-primas primárias se elevem significativamente, o que irá estimular o emprego de matérias-primas secundárias. A atual escala de desenvolvimento do preço do petróleo e de vários metais está baseada nesta suposição. Papel e papelão, assim como os metais, serão, sem dúvida, as primeiras frações a alcançarem o status de gerenciamento de recursos autossustentável. Considerando o desenvolvimento de mercado esperado para polímeros secundários, a mesma suposição, em médio prazo, é aplicada para essa categoria de material.
Se a estrutura de preços entre o tratamento dos resíduos (TMB, plantas de incineração) e a reciclagem de resíduos orgânicos continuarem estáveis, a coleta seletiva de resíduos orgânicos também será intensificada, o que é incentivado pela notável melhora no mercado de compostos, que vêm sendo observada desde 2006 em todo o mundo. Uma elevação dos preços dos fertilizantes também poderá ser antecipada; para o nitrogênio, devido à enorme demanda de energia para sua produção; e do fósforo, devido ao crescente aumento na sua demanda e da sua limitada disponibilidade.
A conscientização em relação à importância de proteção dos recursos é necessária a fim de se obter um manejo de resíduos mais sustentável. Um dos maiores obstáculos ainda é a estigmatização da matéria-prima secundária – esta de baixa qualidade resultante de processos inadequados introduzidos no passado. Entretanto, esta questão será mitigada não apenas com a introdução de processos adequados de valorização mas também pela popularização de temas como a proteção climática, que em pouco tempo terá importância vital ancorada no problema da escassez de recursos naturais, se tornando reconhecida por todas as classes sociais como um dos maiores e mais importantes desafios dos próximos anos.
A situação de gestão de resíduos em países emergentes ou de baixa renda ainda se encontra em um nível muito precário. As principais razões para o pouco desenvolvimento nas últimas décadas devem-se principalmente às significativas exigências de conhecimento técnico e das políticas públicas de baixo comprometimento, o que gera limitações financeiras para investimentos nas atividades de manejo dos resíduos.
No presente momento, nos mercados de países em desenvolvimentos e emergentes estão aumentando os esforços para lidar com as questões de gestão e da disposição de resíduos. Uma série de medidas está disponível, abrangendo desde a coleta seletiva na fonte até os métodos de disposição e de tratamentos de resíduos menos impactantes ao meio ambiente. As diversas opções de métodos possuem relevância e viabilidade distintas segundo as condições climáticas e geográficas de cada país. Atualmente, a recuperação de materiais recicláveis pode ser considerada a atividade mais razoável, devido à expansão dos mercados de recursos secundários. A recuperação de materiais pode ser realizada tanto pelo estabelecimento de plantas para reciclagem de materiais quanto pelos programas de coleta seletiva na fonte. Entretanto, deve-se notar que os mercados de materiais recicláveis são voláteis e podem estar sujeitos às rápidas alterações. As técnicas de reutilização dos materiais recicláveis são suscetíveis às futuras alterações, a fim de se aumentar a reutilização dos materiais, visando assim, uma significativa economia da energia primária. Este progresso tende a aumentar a atração de tecnologias de reciclagem mais avançadas.
Independentemente das melhoras a serem implementadas nas atividades de reciclagem, de qualquer forma, as frações não aproveitáveis dos resíduos, devem ser dispostas. Aterramento de resíduos in natura ainda continua sendo a prática mais comum em países emergentes e em desenvolvimento. Entretanto, os impactos resultantes da disposição em aterros de frações in natura podem ser minimizados através do pré-tratamento dos resíduos, limitando assim, o potencial de emissão e reduzindo seu volume. Diversas opções estão disponíveis para o tratamento de resíduos, como o tratamento mecânico-biológico (TMB) e o tratamento térmico (incineração, queima de massa bruta) de resíduos. A escolha do tratamento mais adequado para cada caso em específico, depende das condições financeiras e da infraestrutura, da quantidade de resíduos e acima de tudo de sua composição gravimétrica e granulométrica. Devido ao relativo baixo custo, a alta flexibilidade do processo e da possibilidade de aplicação centralizada ou descentralizada, os processos de TMB estão ganhando espaço em países emergentes ou em desenvolvimento.
A partir da priorização pela eficiência dos recursos, teremos uma mudança de paradigma onde o aterramento deixa de ser tomado como referência de procedimento e passar a prevalecer a valorização dos resíduos.
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