Ana Rita Santos Silva

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Universidade de Aveiro 2020

Ana Rita Santos

Silva

Oportunidades de valorização energética de resíduos

sólidos duma instalação de Tratamento Mecânico

Biológico

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Universidade de Aveiro 2020

Ana Rita Santos

Silva

Oportunidades de

valorização

energética de

resíduos sólidos duma instalação de Tratamento

Mecânico Biológico

Relatório de Estágio apresentado à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, realizado sob a orientação científica do Prof. Doutor Luís António da Cruz Tarelho, Professor Associado do Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro

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Dedico este trabalho aos meus grandes pilares: a minha família e os meus amigos.

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o júri

presidente Professora Doutora Ana Paula Duarte Gomes

Professora Auxiliar do Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro

orientador Professor Doutor Luís António da Cruz Tarelho

Professor Associado do Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro

arguente Professor Auxiliar Fernando José Neto da Silva

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agradecimentos

A conclusão da realização deste trabalho foi possível graças a diversos apoios que fui recebendo ao longo deste percurso. Assim, gostaria de deixar aqui o meu especial agradecimento,

Ao meu orientador Prof. Doutor Luís Tarelho, pelos ensinamentos que me transmitiu ao longo da elaboração deste relatório e da confiança depositada no meu trabalho.

Ao meu coorientador Eng. João Braga, pela ajuda prestada durante a realização do meu trabalho e por toda a disponibilidade demonstrada.

Á Engenheira Filipa Marinho, à Engenheira Sandra Gouveia, ao Engenheiro Ricardo Almeida, ao Engenheiro João Oliveira e à Andreia pelo ambiente criado e pela amizade.

A todos os meus professores que me acompanharam, acolheram e contribuíram para o meu crescimento ao longo destes cinco anos.

À minha família e em especial aos meus pais, por me proporcionarem todas as condições para eu poder ser a pessoa que sou hoje, e por todo o apoio e incentivo.

Aos meus amigos, Bárbara, Jéssica, Renato, Henrique e Fabiana, assim como à minha prima Fábia, pela paciência, pela compreensão e por terem sempre uma palavra de motivação mesmo nos momentos mais difíceis e de maior tensão. À Carolina, que sempre acredita em mim, pela energia positiva e pela amizade mesmo a milhas de distância.

A todos os meus colegas e amigos de curso, às Giras que me acompanharam ao longo do meu percurso académico e, em especial, à Mafalda Azevedo, por todas as opiniões e troca de ideias.

A todas as pessoas que, dentro e fora do contexto académico, estiveram presentes. Sem todos nada disto seria possível.

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palavras-chave Resíduos Sólidos Urbanos, Tratamento Mecânico Biológico, Combustível Derivado de Resíduos, valorização energética, gasificação, pirólise.

resumo O presente relatório corresponde ao estágio curricular, integrado no âmbito da unidade curricular de Estágio do curso de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente da Universidade de Aveiro. Foi realizado na unidade de Tratamento Mecânico e Biológico (TMB) do Centro Integrado de Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos (CITRSU) de Aveiro da ERSUC – Resíduos Sólidos do Centro S.A., durante o período compreendido entre os meses de fevereiro a junho do presente ano.

A empresa em questão possui uma instalação de preparação de Combustível Derivados de Resíduos (CDR), que dada a dificuldade de escoar comercialmente o produto, está atualmente parada.

Assim, de forma a encontrar uma solução para este problema, é importante dar alguma atenção na procura por soluções que possam utilizar esse material de forma sustentável, para valorização energética. Algumas das propostas rege-se com a incorporação do CDR em processos termoquímicos, no entanto, ainda existem poucos estudos que demonstrem a viabilidade deste processo. O objetivo passou por analisar e avaliar oportunidades de valorização energética de resíduos sólidos da instalação de TMB da ERSUC-Aveiro, recorrendo a estudos científicos de forma a suportar o desenvolvimento de novas soluções de valorização, como gasificação e pirólise.

A pirólise foi o processo destacado como promissor, uma vez que permite converter resíduos num carbonizado rico em carbono, numa fase líquida e em gases não condensáveis.

O trabalho permitiu comprovar a viabilidade da pirólise do CDR da ERSUC, em um reator tipo Auger, segundo a tecnologia Spirajoule, constituindo uma oportunidade de valorização, que representa uma questão fundamental no âmbito da gestão de resíduos, no conceito de economia circular, e na produção de energia renovável.

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keywords Biological mechanical treatment, energy recovery, fuel derived from waste, gasification, pyrolysis, urban solid waste.

abstract This report corresponds to the curricular internship, integrated within the Internship curricular unit of the Integrated Master's course in Environmental Engineering at the University of Aveiro. It was carried out at the Mechanical and Biological Treatment Unit of the Integrated Urban Solid Waste Treatment Center of ERSUC in Aveiro, during the period between February 2020 and June 2020 The company in question has a facility for the preparation of Refuse Derived Fuel, which, given the difficulty of commercially draining the product, is currently stopped.

Thus, in order to find a solution to this problem, it is important to give some attention to the search for solutions that can use this material in a sustainable way, for energy recovery. Some of the proposals are governed by the incorporation of Fuel Derived from Waste, in thermochemical processes, however, there are still few studies that demonstrate the viability of this process. The objective was to analyse and evaluate opportunities for energy recovery of solid waste from the ERSUC-Aveiro Biological Treatment Unit installation, using scientific studies in order to support the development of new recovery solutions, such as gasification and pyrolysis.

Pyrolysis was the process highlighted as promising, since it allows to convert waste into a carbonized rich in carbon, in a liquid phase and in non-condensable gases.

The work made it possible to prove the viability of ERSUC's Fuel Derived from Waste pyrolysis, in Auger reactor, according to Spirajoule technology, constituting an opportunity for recovery, which represents a fundamental issue in the scope of waste management, in the concept of circular economy, and in the production of renewable energy.

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Ana Rita Santos Silva

Universidade de Aveiro i

Índice

Índice de Figuras ...v

Índice de Tabelas ... ix

Lista de Abreviaturas ... xiii

Lista de Grandezas ... xv

Nomenclatura ... xvii

1 Introdução ... 1

1.1 Enquadramento do Tema ... 1

1.2 Entidade de Acolhimento ... 3

1.3 Objetivo do trabalho e Metodologia ... 3

1.4 Estrutura do Relatório de Estágio ... 4

2 Revisão Bibliográfica ... 7

2.1 Resíduos Urbanos ... 7

2.1.1 Produção e Gestão de Resíduos em Portugal ... 7

2.1.2 Classificação dos Plásticos ... 14

2.2 Combustíveis Derivados dos Resíduos (CDR) ... 18

2.2.1 Enquadramento Normativo e Legislativo... 19

2.2.2 Mercado do CDR ... 20

2.3 Processos de Valorização Energética ... 23

2.3.1 Processos Termoquímicos ... 23

2.3.2 Processos Bioquímicos ... 46

3 Caso de Estudo ... 49

3.1 Caracterização da Empresa ... 49

3.1.1 Infraestruturas ... 49

(16)

Oportunidades de valorização energética de resíduos sólidos duma instalação de Tratamento Mecânico Biológico

Departamento de Ambiente e Ordenamento ii

3.3 Descrição da Unidade de Tratamento Mecânico e Biológico por Digestão Anaeróbia ... 53

3.3.1 Tratamento Mecânico ... 53

3.3.2 Pré-Tratamento Mecânico Húmido da FORSU ... 57

3.3.3 Tratamento Biológico ... 58

3.3.4 Compostagem ... 59

3.3.5 Estação de Tratamento de Lixiviados ... 60

3.3.6 Unidade do CDR ... 60

3.4 Avaliação do cumprimento das metas do PERSU 2020 pela ERSUC ... 62

4 Valorização da FORSU por Digestão Anaeróbia ... 65

4.1 Composição do biogás gerado... 65

4.2 Produção de energia elétrica por combustão de biogás ... 67

5 Produção e Valorização do CDR ... 71

5.1 Potencial Técnico para a Produção do CDR ... 71

5.1.1 Caracterização dos resíduos utilizados na produção do CDR ... 71

5.1.2 Produção do CDR ... 74

5.1.3 Caracterização do CDR obtido ... 76

5.1.4 Balanço Mássico da produção do CDR... 78

5.1.5 Consumos específicos de eletricidade na produção do CDR ... 79

5.1.6 Análise Económica ... 80

5.1.7 Estimativa de Produção do CDR no ano de 2019 pela ERSUC ... 83

5.2 Potencial de Valorização Energética do CDR produzido na ERSUC ... 86

5.2.1 Valorização do CDR nas centrais de Incineração em Portugal ... 86

5.2.2 Utilização do CDR em processos de Gasificação ... 88

5.2.3 Utilização do CDR em processos de Pirólise ... 89

6 Produção de óleo Combustível por processo de Pirólise... 93

6.1 Caracterização da Matéria-Prima ... 93

(17)

Universidade de Aveiro iii

6.3 Condições de Operação ... 96

6.4 Óleo produzido ... 97

6.4.1 Comercialização do óleo produzido ... 98

6.5 Consumos de Energia ... 99

7 Conclusões e Sugestões para trabalhos futuros ... 101

(18)

(19)

Universidade de Aveiro v

Í

NDICE DE

F

IGURAS

Figura 2.1- Evolução da produção de RU (106_{t) e capitação anual (kg/hab.ano) em Portugal}

Continental (Relatório Anual Resíduos Urbanos 2018, 2019). ... 8

Figura 2.2- Caracterização física dos RU produzidos, em 2018 (APA, 2020c). ... 8

Figura 2.3- Destino Direto dos RU (APA, 2020c). ... 9

Figura 2.4- Destino Final dos RU (APA, 2020c). ... 10

Figura 2.5- Hierarquia dos resíduos, adaptado (APA, 2014). ... 11

Figura 2.6- Mapa da distribuição dos SGRU em Portugal Continental (APA, 2019). ... 12

Figura 2.7- Capitação de RU por SGRU (kg/hab.ano) (APA, 2019). ... 13

Figura 2.8- Estratégias adotadas para a valorização dos Plásticos Recicláveis. ... 17

Figura 2.9- Evolução da produção do CDR e da quantidade importada [t], ERSUC. ... 22

Figura 2.10- Quantidade do CDR importado em Portugal 2012-2016 [t], ERSUC. ... 22

Figura 2.11- Tecnologias WtE (Bosmans e Helsen, 2010). ... 23

Figura 2.12- Diferença entre gás produto e gás de síntese (Boerrigter e Rauch, 2006). ... 28

Figura 2.13- Esquema do processo de pirolise aplicado a resíduos (Manuel e Paradela, 2012). .. 30

Figura 2.14- Tecnologias mais atrativas do mercado para os processos de pirólise, (Campuzano, Brown e Martínez, 2019) ... 34

Figura 2.15- Processo de Pirólise num reator Auger simples, (Campuzano, Brown e Martínez, 2019). ... 35

Figura 2.16- Parafusos de entrelaçamento em um reator Auger duplo, (Campuzano, Brown e Martínez, 2019). ... 36

Figura 2.17- Variação da Distribuição dos Produtos em função da temperatura num ensaio com biomassa, adaptado (Morgano et al. 2015). ... 38

Figura 2.18- Distribuição dos produtos da co-pirólise de Plásticos com Biomassa, adaptado (Bhattacharya et al. 2009). ... 39

Figura 2.19- Produtos obtidos durante o processo de Pirólise. ... 40

Figura 2.20- Possíveis aplicações do óleo de pirólise rápida, adaptado (Bridgwater, Toft e Brammer, 2002). ... 43

(20)

Departamento de Ambiente e Ordenamento vi

Figura 2.21- Diagrama simplificado do processo de estabilização anaeróbia, adaptado (Coelho,

2014). ... 47

Figura 3.1- Mapa da área geográfica de atuação do SMTV de RSU do Litoral Centro atribuído à ERSUC (ERSUC, 2020c). ... 50

Figura 3.2- Composição física dos RU indiferenciados em 2019, (ERSUC, 2019). ... 51

Figura 3.3- Caracterização do refugo da unidade de TMB, (ERSUC, 2019). ... 52

Figura 3.4- Caracterização do refugo da Triagem, (ERSUC, 2019). ... 52

Figura 3.5- Fluxograma geral do TM de RU quando estes chegam ao CITVRSU de Aveiro, adaptado ERSUC. ... 55

Figura 3.6- Fluxograma do Pré-TMH da FORSU, adaptado ERSUC. ... 57

Figura 3.7- Esquema do processo produtivo do CDR, adaptado ERSUC. ... 61

Figura 3.8- Meta para deposição de RUB em Aterro (ERSUC, 2019)... 62

Figura 3.9- Meta de preparação para reutilização e reciclagem (ERSUC, 2019). ... 63

Figura 3.10- Meta das retomas de recolha seletiva (kg/hab.ano) (ERSUC, 2019). ... 63

Figura 4.1- Diagrama do processo para valorização do biogás, adaptado ERSUC... 66

Figura 4.2- Valorização do biogás proveniente de DA e do Aterro [m3_{], adaptado (ERSUC, 2019) 67} Figura 4.3- Balanço de Energia ao processo de cogeração, adaptado ERSUC. ... 68

Figura 4.4- Energia elétrica injetada na rede nos diferentes sistemas da ERSUC em 2018-2019 [MWh], (ERSUC, 2019). ... 69

Figura 5.1- Balanço de massa do processo de TMB no ano de 2015, com destaque o CDR, adaptado ERSUC. ... 73

Figura 5.2- Composição Física dos RU encaminhados para produção do CDR [%m/m], em 2015. (ERSUC, 2015a)... 73

Figura 5.3- Protótipo de secador rotativo externo instalado na linha do CDR para realização de testes (ERSUC, 2015a)... 75

Figura 5.4- Composição do CDR obtido na ERSUC [%m/m]. (ERSUC, 2015a). ... 76

Figura 5.5- Balanço Mássico à linha de produção do CDR para o ano de 2015, adaptado ERSUC. ... 79

(21)

Universidade de Aveiro vii

Figura 5.6- Balanço de massa estimado para o ano de 2019 à unidade do CDR, adaptado ERSUC.

... 83

Figura 5.7- Localização das instalações capazes de incorporar CDR, (Dias e Silva, 2006). ... 86

Figura 5.8- Custo associado ao transporte até à Lipor II. ... 87

Figura 5.9- Custo associado ao transporte até à Valorsul. ... 87

Figura 5.10- Esquema do processo Spirajoule, (Campuzano, Brown e Martínez, 2019)... 90

Figura 5.11- Tecnologia Spirajoule, (Biogreen, 2020b). ... 90

Figura 6.1- Diagrama do processo de produção e preparação da matéria-prima. ... 94

Figura 6.2- Esquema da unidade de Pirólise da Biogreen, (Ecotechnologies, 2020b). ... 96

Figura 6.3- Diagrama do processo de produção do óleo. ... 98

(22)

(23)

Universidade de Aveiro ix

Í

NDICE DE

T

ABELAS

Tabela 2.1- Valor típico do poder calorifico de materiais presentes nos RU (Tavares, 2019). ... 9

Tabela 2.2- Evolução do Valor da TGR (APA, 2020d). ... 10

Tabela 2.3- Infraestruturas de gestão de RU (APA, 2019). ... 12

Tabela 2.4- Metas estabelecidas no âmbito do PERSU 2020, adaptado (APA, 2018). ... 13

Tabela 2.5- Símbolos e Identificação dos Plásticos, adaptado (Pontoverde, 2020a). ... 15

Tabela 2.6- Formas do CDR e descrição, adaptado (Dias e Silva, 2006). ... 19

Tabela 2.7- Classes do CDR de acordo com EN 15359:2011 (Dias e Silva, 2006). ... 20

Tabela 2.8- Uso do CDR na EU, adaptado (Tavares, 2019). ... 21

Tabela 2.9- Condições comuns para os processos de pirolise, gasificação e combustão (Bosmans e Helsen, 2010). ... 24

Tabela 2.10- Parâmetros de operação típicos e respetivos produtos dos vários processos de pirólise, adaptado (Jahirul et al., 2012)... 30

Tabela 2.11- Parâmetros que afetam a distribuição dos produtos de pirólise (Manuel e Paradela, 2012). ... 31

Tabela 2.12- Composição da matéria-prima utilizada em diferentes estudos no processo de pirólise. ... 32 Tabela 2.13- Experiencias realizadas com um reator de pirólise Auger: parâmetros operacionais e

rendimentos do produto. ... 37

Tabela 2.14- Caracterização do carvão obtido da pirólise do CDR [%m/m], adaptado (Buah, Cunliffe e Williams, 2007). ... 40

Tabela 2.15- Composição do gás obtido em estudos de pirólise e composição típica do gás natural. ... 42

Tabela 2.16- Propriedades físicas e características do bio-óleo de pirólise, adaptado (Jahirul et al., 2012). ... 43

Tabela 2.17- Características do óleo de pirólise, no estudo de B. K. Sharma et al. 2014 . ... 44 Tabela 3.1- Evolução prevista do posicionamento em relação às metas (APA, 2015). ... 62

Tabela 4.1- Composição do biogás captado por DA e no Aterro, pela CVEB de Aveiro no ano de 2019. (ERSUC, 2019) ... 65

(24)

Departamento de Ambiente e Ordenamento x

Tabela 4.2- Quantidade do biogás captado por DA e no aterro, para valorização na CVEB, durante o ano de 2019, pelo CITVRSU de Aveiro. (ERSUC, 2019) ... 66

Tabela 4.3- Biogás captado anualmente, energia produzida na instalação no ano de 2019. (ERSUC, 2019) ... 68

Tabela 5.1- Caracterização dos resíduos na entrada do TMB e na entrada e saída da linha do CDR (MetroCompost, 2014). ... 72

Tabela 5.2- Caracterização dos RU em 2015 para processamento na Central de Produção do CDR. (ERSUC, 2015a)... 74 Tabela 5.3- Produção do CDR na central de Aveiro em 2015. (ERSUC, 2015b). ... 74

Tabela 5.4- Características do CDR produzido na ERSUC e suas especificações técnicas, em 2015. (ERSUC, 2015b)... 75

Tabela 5.5- Resultados dos ensaios de secagem realizados pela ERSUC. (ERSUC) ... 76

Tabela 5.6- Caracterização do CDR obtido na ERSUC, adaptado (Tavares, 2019). ... 77

Tabela 5.7- PCI, teor em cloro e teor em mercúrio das tipologias do CDR da ERSUC, adaptado (Tavares, 2019). ... 78

Tabela 5.8- Quantidade do CDR após aplicação do processo de secagem. ... 79

Tabela 5.9- Consumos de eletricidade na instalação do CDR, em 2015. (ERSUC). ... 80 Tabela 5.10- Custos no mercado atual. ... 80

Tabela 5.11- Consumos da unidade do CDR de fevereiro a agosto de 2015. (ERSUC) ... 81

Tabela 5.12- Custos associados à produção do CDR. ... 81

Tabela 5.13- Preço de compra do CDR, para o ano de 2015. (ERSUC,2015b) ... 82

Tabela 5.14- Balanço das receitas e custos associados à produção do CDR, em 2015. ... 82

Tabela 5.15- Quantidades estimadas para o balanço de massa à unidade do CDR, no ano de 2019. ... 84

Tabela 5.16- Estimativa das receitas e custos associados ao funcionamento da unidade do CDR, para o ano de 2019. ... 85

Tabela 5.17- Custos estimados para a deposição direta do CDR em aterro e da venda a entidades de incineração. ... 87

Tabela 6.1- Especificações exigidas pela Biogreen para a matéria-prima que processa, adaptado (Ecotechnologies, 2020b). ... 93

(25)

Universidade de Aveiro xi

Tabela 6.2- Rendimento dos produtos no processo de pirólise (Daniel et al., 2013) . ... 96

Tabela 6.3- Comparação do gás obtido do processo de cogeração da ERSUC com gás obtido pelo processo. ... 100

(26)

(27)

Universidade de Aveiro xiii

L

ISTA DE

A

BREVIATURAS

AGV- Ácidos Gordos Voláteis

APA- Agência Portuguesa do Ambiente

bs- Base seca

btq- Base tal e qual

CDR- Combustíveis Derivados de Resíduos

CEN- Comité Europeu de Normalização

CITVRSU- Centros Integrados de Tratamento e Valorização de Resíduos Sólidos Urbanos

CRH- Crivo Rotativo Húmido

CVEB- Central de Valorização Energética de Biogás DA- Digestão Anaeróbia

DS- Desarenador

ECAL- Embalagens de Cartão para Alimentos Líquidos

EN- European Standards

ETAR- Estação de Tratamento de Águas Residuais

ETL- Estação de Tratamento de Lixiviados

FORSU- Fração Orgânica de Resíduos Sólidos Urbanos

GEE- Gases com efeito de estufa HC- Hidrociclone

MA- Matéria-Prima

MO- Matéria Orgânica

nd- não determinado

NP- Norma Portuguesa

PAPERSU- Plano de Ação do PERSU

PCI- Poder Calorífico Inferior

(28)

Departamento de Ambiente e Ordenamento xiv

PEAD- Polietileno de Alta Densidade

PERSU- Plano Estratégico para os Resíduos Sólidos Urbanos

PET- Politereftalato de Etileno

PP- Polipropileno

Pré-TMH- Pré-Tratamento Mecânico Húmido

PS- Poliestireno

PTN- Condições de Pressão e Temperatura normais

RE- Razão de Equivalência

REN- Rede energética nacional RSU- Resíduos Sólidos Urbanos

RI- Resíduos Indiferenciados

RU- Resíduos Urbanos

RUB- Resíduos Urbanos Biodegradáveis

SGRU- Sistemas de Gestão de Resíduos Urbanos

SMTV- Sistema Multimunicipal de Tratamento e Valorização

TGR- Taxa de Gestão de Resíduos

TI- Tanque Intermédio TM- Tratamento Mecânico

TMB- Tratamento Mecânico-Biológico

TMB-DA- Tratamento Mecânico e Biológico por Digestão Anaeróbia

TMS- Tratamento Mecânico Seco

TP- Tanque Pulmão

UE- União Europeia

(29)

Ana Rita Santos Silva Universidade de Aveiro xv

L

ISTA DE

G

RANDEZAS

Densidade- kg/m3 Energia- kWh ou MWh PCI- MJ/kg Ponto de inflamação- ºC Ponto de nuvem- ºC Potência- kW

Taxa de aquecimento- ºC/min ou ºC/s

Temperatura- ºC

Tempo de residência- s ou min

(30)

(31)

Universidade de Aveiro xvii

N

OMENCLATURA

CH4- Metano C2H4- Etileno C2H6- Etano C3H8- Propano

CO- Monóxido de Carbono

CO2- Dióxido de Carbono H2- Hidrogénio H2O- Água H2S- Sulfureto de Hidrogénio N2- Nitrogénio O2- Oxigénio

(32)

(33)

Universidade de Aveiro 1

1 I

NTRODUÇÃO

1.1 E

NQUADRAMENTO DO

T

EMA

À medida que o mundo caminha em direção ao futuro, assistimos a um confronto da sociedade atual com uma situação limite, na qual o crescimento da população, o consumismo, as alterações das condições climáticas, a degradação ambiental e as novas desigualdades sociais são agravadas pelo facto de vivermos num planeta limitado em termos de recursos e de espaço.

Dados de 2012, mostram que as cidades do mundo produzem cerca de 1,3 bilhões toneladas de resíduos urbanos por ano, valor que deverá aumentar para 2,2 bilhões de toneladas até 2025 (Bhada-Tata, 2012). A produção desta grande quantidade de resíduos urbanos tem um grande impacto no ambiente, principalmente ao nível da intensificação das alterações climáticas, relacionado com a emissão de Gases com Efeito de Estufa (GEE), bem como ao nível da contaminação de recursos hídricos e do solo, assim como impactos na saúde pública. Em 2016, a partir da gestão de resíduos sólidos, cerca de 1,6 bilhão de toneladas de emissões de GEE equivalentes de dióxido de carbono (CO2) foram geradas, o que representa cerca de 5% das emissões globais. Sem melhorias aparentes no setor, prevê-se que as emissões relacionadas aos resíduos sólidos aumentem para 2,6 bilhões de toneladas equivalentes de CO2 até 2050 (Silpa Kaza, Lisa Yao, Perinaz Bhada-Tata e Woerden, 2018).

Ainda, a produção de bens resulta, naturalmente, do consumo de produtos e bens, bem como da sua produção: a extração e exploração de recursos naturais e a transformação de matérias-primas em processos industriais geram resíduos sólidos, resíduos líquidos, emitem gases e consomem energia. A produção de energia é uma questão ambiental paralela, uma vez que esta é indispensável em todos os processos industriais, e na qual também são gerados resíduos. A geração de resíduos reflete-se numa perda de materiais e energia relevante, principalmente para países com défice de recursos naturais, e impõe custos económicos e ambientais à sociedade para a recolha, tratamento e deposição.

Posto isto, é fácil entender que a gestão de resíduos e a política de desenvolvimento sustentável estão intimamente ligados. A gestão de resíduos urbanos é crucial para o planeamento de cidades e comunidades sustentáveis, saudáveis e inclusivas para todos (Silpa Kaza, Lisa Yao, Perinaz Bhada-Tata e Woerden, 2018). De acordo com o Relatório Anual de Resíduos Urbanos da APA (Agência Portuguesa do Ambiente), apesar dos esforços que se tem vindo a realizar, em Portugal, no anos de 2018, cerca de 33% dos resíduos urbanos geridos tiveram como destino final o aterro, tornando-se importante analisar e avaliar oportunidades de valorização energética de resíduos, de modo a desviar resíduos urbanos de aterro e aumentar a taxa de recuperação de recicláveis (APA, 2019). Primeiro, prevenção, reciclagem e outros tipos de valorização de resíduos, e, apenas, em

(34)

Departamento de Ambiente e Ordenamento 2

último recurso a eliminação destes, como é o caso da deposição em aterro. Estas são as prioridades estabelecidas pelo sistema atual de resíduos (Território, 2011).

Para reduzir a deposição de resíduos em aterro e atender às pressões ambientais, o Combustível Derivado de Resíduos (CDR) apresenta-se como uma fonte de grande potencial para atingir as metas europeias. A produção do CDR, a partir de resíduos urbanos (RU), resulta da implementação de sistemas de Tratamento Mecânico-Biológico (TMB) nos Sistemas de Gestão de Resíduos Urbanos (SGRU), que permitem, por um lado, aumentar a fração de recicláveis e, por outro, levar à produção do CDR a partir da fração de resíduos que não pode ser aproveitada para reciclagem e que apresenta um elevado poder calorífico, e, deste modo, pode ser utilizada na valorização energética, reduzindo, assim, a quantidade de resíduos encaminhados para aterro.

Neste seguimento, é importante encontrar soluções viáveis para a valorização energética sustentável do CDR, integrando o conceito Waste to Energy (WtE). A utilização de resíduos para produzir energia é um elemento fundamental do sistema integrado de gestão de resíduos atual, dado que contribui para a recuperação do conteúdo energético de frações não recicláveis e reduzir os impactos ambientais causados pela deposição final dos resíduos (Grosso, Biganzoli e Rigamonti, 2015).

Até recentemente, a incineração era a tecnologia WtE mais desenvolvida, com mais de 1400 instalações de incineração em operação em todo o mundo, contudo, esta opção dá origem a emissões de poluentes no ar, na água, no solo e provoca efeitos nefastos na saúde humana. De modo a atenuar estes problemas, surge um interesse considerável por novas tecnologias WtE, particularmente pirólise e gasificação, que garantem a possibilidade de obter produtos, com maior eficiência e adequados para diferentes aplicações.

No entanto, o uso das opções WtE recentemente desenvolvidas não garante automaticamente a sustentabilidade total de todo o processo de conversão térmica e utilização de energia em diferentes aplicações (Dong et al., 2018).

Assim, devido aos desafios mencionados, torna-se importante estudar oportunidades de valorização energética de resíduos urbanos.

(35)

1.2 E

NTIDADE DE

A

COLHIMENTO

O presente relatório realizou-se no âmbito do estágio curricular do curso de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente, durante o período de fevereiro de 2020 a junho de 2020, na unidade de Tratamento Mecânico Biológico (TMB) de RU do Centro Integrado de Tratamento e Valorização de Resíduos Sólidos Urbanos (CITVRSU) da ERSUC, localizada em Eirol, Aveiro, que integra o Sistema Multimunicipal de Tratamento e Valorização de RSU do Litoral Centro.

De forma a criar condições ambientalmente aceitáveis para o tratamento e destino final dos RU, no seu universo de atuação, a ERSUC projetou e construiu as suas infraestruturas assentes num pilar - aterro sanitário - vindo este a ser o local de deposição dos resíduos indiferenciados (RI) em substituição das trinta e seis lixeiras existentes à data da concessão, entretanto seladas e ambientalmente recuperadas, dando assim cumprimento ao PERSU I (ERSUC, 2015a).

Posteriormente, tendo por base o PERSU II, a ERSUC projetou e implementou duas instalações de Tratamento Mecânico e Biológico por Digestão Anaeróbia (TMB-DA), uma em Aveiro e outra em Coimbra, para valorização dos RU (ERSUC, 2015a).

A exploração das unidades de TMB e a produção do CDR permitirá à ERSUC evitar a deposição de resíduos com potencial energético em aterro, contribuindo desta forma para o cumprimento de metas nacionais e para novas oportunidades de melhoria, por um lado, da FORSU e, por outro, ao longo da linha de produção do CDR, de modo a encontrar soluções de valorização energética.

1.3 O

BJETIVO DO TRABALHO E

M

ETODOLOGIA

A ERSUC enfrenta o crescente desafio de assegurar o escoamento dos seus produtos, em particular a fração resto com potencial de valorização, o CDR. Tendo em conta a necessidade de escoar o CDR e reduzir a quantidade de resíduos enviada para aterro, o principal objetivo deste trabalho é estudar a viabilidade da produção de um óleo de pirólise em um reator Auger.

Inicialmente será feita uma analise à situação atual da gestão de resíduos em Portugal, com especial destaque para o CDR e os plásticos uma vez que é um dos constituintes maioritários do CDR. De seguida, serão analisados diferentes processos utilizados para converter os resíduos sólidos em produtos para valorização energética, onde, paralelamente foi realizada uma revisão da literatura de diferentes trabalhos, de forma a identificar as principais conclusões até ao momento.

Este trabalho pretendeu avaliar de que forma a instalação de TMB se integra na gestão de RU e se esta cumpre os objetivos para as quais foi dimensionada, através da realização da análise das operações e dos processos incluídos na valorização energética da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos (FORSU), e na instalação de produção do CDR, implementada na unidade de TMB.

(36)

Deste modo, para atingir os objetivos estabelecidos, o presente relatório inclui uma caracterização da ERSUC:

-identificação da natureza e quantidade dos resíduos com que opera e dos produtos que origina;

-caracterização física desses produtos;

-descrição da unidade de tratamento mecânico biológico assim como da unidade do CDR;

-avaliação do cumprimento das metas do PERSU 2020.

Também, será feita uma análise do biogás produzido por Digestão Anaeróbia (DA), com o objetivo de analisar a produção de energia.

De seguida, reuniu-se os principais aspetos operacionais na produção do CDR e, paralelamente, foi feita uma análise de diferentes informações cientificas na incorporação do CDR em processos de gasificação e pirólise, com o objetivo de avaliar a sua viabilidade no mercado.

Por fim, após pesquisa de algumas empresas, foi feito o estudo da possibilidade de incorporação do CDR em um reator de pirólise Auger, tendo por base a tecnologia Spirajoule da Biogreen, com o objetivo de obter um líquido combustível, com potencial para substituir os atuais combustíveis de origem fóssil, permitindo que a comercialização deste produto seja novamente retomada pela ERSUC.

1.4 E

STRUTURA DO

R

ELATÓRIO DE

E

STÁGIO

O presente relatório encontra-se dividido em 7 capítulos, a seguir descritos.

No capítulo 1 é apresentado o enquadramento do tema, são definidos os objetivos da realização do estágio, é feita uma breve introdução da ERSUC e é apresentada a respetiva estrutura do relatório em questão.

No capítulo 2 é exibida uma análise do sistema de gestão de resíduos em Portugal, com especial destaque para os plásticos e o CDR, incluindo o enquadramento normativo e legislativo, mercado, utilização e um levantamento bibliográfico dos processos de conversão energética adequados para valorização energética de RU: combustão, gasificação, pirólise e digestão anaeróbia. São ainda apresentados os vários tipos de plásticos e CDR, assim como a forma em que se encontram classificados.

O capítulo 3 inclui a descrição da Entidade de Acolhimento, a ERSUC, e uma caracterização dos resíduos recebidos por esta, assim como uma avaliação do cumprimento das metas atingidas por esta, face às metas estabelecidas no PERSU 2020.

No capítulo 4 é feito um estudo da valorização da fração orgânica proveniente dos RU para a produção de biogás, com consequente aproveitamento para produção de energia elétrica.

(37)

O capítulo 5 apresenta uma análise dos parâmetros operacionais e o levantamento de fluxos de materiais e energia incluídos na produção do CDR, assim como oportunidades de valorização deste como material combustível.

No capítulo 6, com base na informação recolhida, avalia-se a viabilidade da utilização do CDR da ERSUC, para produção de um óleo combustível, tendo por base a tecnologia Spirajoule da Biogreen, num reator tipo Auger.

Por último, o capítulo 7 é dedicado às conclusões do trabalho desenvolvido, que pretendem responder aos objetivos definidos inicialmente e apresenta propostas de melhoria e soluções para dar resposta aos problemas com que a sociedade se depara na atualidade.

(38)

(39)

2 R

EVISÃO

B

IBLIOGRÁFICA

Neste capítulo, são explorados temas e conteúdos de carácter teórico, que servem de suporte à compreensão do trabalho realizado. Serão ainda apresentados conceitos, definições e outras noções para compreensão do trabalho desenvolvido ao longo deste relatório.

2.1 R

ESÍDUOS

U

RBANOS

Os resíduos podem ser classificados tendo em conta a sua origem em resíduos urbanos, resíduos industriais, resíduos agrícolas, resíduos hospitalares e resíduos de construção e demolição. Do mesmo modo, podem ser classificados de acordo com as suas caraterísticas em resíduos inertes, não perigosos e resíduos perigosos (Território, 2011).

Em relação aos resíduos urbanos (RU), a sua definição em Portugal tem evoluído no que se refere à sua abrangência e decorre do Decreto-Lei n.º 73/2011, que o definiu como “ resíduo proveniente de habitações e de outras atividades urbanas que geram resíduos que, pela sua natureza ou composição, seja semelhante ao resíduo proveniente de habitações” (APA, 2020a).

Este tipo de resíduos assumem especial relevância no contexto da gestão global de resíduos por apresentarem características que os distinguem dos outros resíduos, nomeadamente, a origem, a composição e os modelos de gestão (APA, 2018).

2.1.1 Produção e Gestão de Resíduos em Portugal

Ao longo dos anos podemos assistir a pequenas variações na produção de resíduos, refletidas no aumento do consumo das últimas décadas, como consequência do crescimento populacional, da expansão urbana e dos novos padrões de vida da sociedade. A fugaz relação com que consumimos e a forma como o fazemos é uma parte significativa do problema. Nesta perspetiva, as condições económicas influenciam o poder de compra da população e, consequentemente, a produção de resíduos.

Segundo a APA, em 2018 foram produzidas em Portugal 5213 milhões de toneladas (t) de RU, mais 4% do que em 2017, mantendo-se a tendência de crescimento dos anos anteriores (APA, 2020b). Foram geridos pelos SGRU de Portugal Continental cerca de 4945 mil t de RU, o que corresponde também a um aumento de 4% em relação ao ano anterior (Figura 2.1) (APA, 2019). Este aumento poderá estar relacionado com uma melhoria da situação económica, o que evidência, no contexto dos RU, o afastamento do objetivo de dissociar a produção de resíduos do crescimento económico. Deste modo, é fácil de apurar que, apesar dos esforços e do desenvolvimento de políticas de prevenção e redução, não se verificam efeitos diretos e significativos em termos de produção de resíduos, uma vez que a estratégia de prevenção da produção de resíduos não está a ter os resultados esperados.

(40)

Oportunidades de valorização energética de resíduos sólidos duma instalação de tratamento mecânico biológico

O Plano Estratégico para os Resíduos Urbanos (PERSU 2020) constitui um instrumento de referência da política de gestão de RU em Portugal Continental, pretendendo substituir o PERSU II e estabelecendo uma visão, objetivos, metas globais e metas específicas por Sistema de Gestão de Resíduos Urbanos (SGRU), bem como as medidas a implementar no quadro da gestão de RU no período de 2014 a 2020, e ainda a estratégia que suporta a sua execução (ERSUC, 2015a).

Figura 2.1- Evolução da produção de RU (106_{t) e capitação anual (kg/hab.ano) em Portugal Continental}

(Relatório Anual Resíduos Urbanos 2018, 2019).

A caraterização física de RU está prevista na Portaria n.º 851/2009, de 7 de agosto (APA, 2020c). Relativamente à composição, os RU em Portugal são constituídos por diferentes frações de materiais (Figura 2.2), onde os resíduos biodegradáveis assumem especial relevo, seguindo-se os plásticos e o papel/cartão.

Figura 2.2- Caracterização física dos RU produzidos, em 2018 (APA, 2020c).

De forma a que os RU possam ter interesse para valorização energética, é importante o seu tratamento e separação. Pois, como podemos observar na Tabela 2.1, nem todos os resíduos têm o mesmo valor. Apesar de os bio resíduos se apresentarem em maior percentagem nos RU, estes

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apresentam um poder calorífico muito baixo. Do ponto de vista financeiro, a reutilização do plástico e da borracha, é, certamente, muito mais atrativa que a reutilização do papel/cartão, uma vez que, de forma geral, apresentam um poder calorífico mais elevado.

Tabela 2.1- Valor típico do poder calorifico de materiais presentes nos RU (Tavares, 2019).

Relativamente ao encaminhamento direto dos resíduos produzidos, em Portugal, no ano de 2018, aproximadamente 20% dos resíduos gerados foram valorizados energeticamente, enquanto cerca de 33% dos resíduos tiveram como destino final o aterro (Figura 2.3).

Figura 2.3- Destino Direto dos RU (APA, 2020c).

Contudo, o destino direto dos resíduos não reflete o destino final efetivo dos mesmos. O gráfico seguinte reflete os destinos finais dos resíduos geridos pelos SGRU no ano de 2018 (APA, 2020c),

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podendo-se verificar, que existe uma grande quantidade de resíduos que não está a ser valorizada em Portugal.

Figura 2.4- Destino Final dos RU (APA, 2020c).

Embora os dados apontem para uma evolução positiva no sentido do cumprimento da hierarquia dos resíduos (Figura 2.5), no ano de 2018 verificou-se uma evolução desfavorável, com um aumento da deposição de resíduos em aterro e uma diminuição da valorização material e da valorização energética, comparativamente ao ano de 2017.

O regime geral da gestão de resíduos levou à criação da Taxa de Gestão de Resíduos (TGR), que pretende contribuir para melhorar o comportamento de operadores económicos e consumidores finais, de modo a diminuir a produção de resíduos e contribuir para a sua gestão mais eficiente passando pela internalização, dos produtores de resíduos e consumidores, dos custos ambientais que lhes estão associados, de modo a estimular o cumprimento dos objetivos nacionais em matéria de gestão de resíduos (APA, 2020d).

Neste âmbito, os agentes que detêm a responsabilidade de dar um destino ambientalmente adequado aos resíduos urbanos, os SGRU, assim como as Entidades Gestoras de fluxos específicos são diretamente responsabilizadas através deste instrumento económico, pelos desvios em relação aos objetivos preconizados nas licenças. O valor da TGR consta dos art.º 2, 3 e 4 art.º 58º do RRGR com a redação dada pela Lei n.º 82-D/2014, resumida na Tabela 2.2.

Tabela 2.2- Evolução do Valor da TGR (APA, 2020d).

Ano 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Valor da TGR [€/t

resíduos] 5,5 6,6 7,7 8,8 9,9 11,0

Assim, em detrimento da deposição em aterro de frações com elevado conteúdo energético, de modo a evitar as penalizações em termos de TGR, tem sido desenvolvido um esforço na promoção

(43)

da opção de valorização energética, de modo a assegurar o cumprimento da hierarquia de gestão de resíduos.

O Princípio da hierarquia dos resíduos estabelece que a política e a legislação em matéria de resíduos, devem respeitar a ordem de prioridades apresentada na Figura 2.5, no que se refere às opções de prevenção e gestão de resíduos.

Figura 2.5- Hierarquia dos resíduos, adaptado (APA, 2014).

A Gestão de Resíduos compreende a recolha, o transporte, a valorização e eliminação de resíduos, incluindo a supervisão dessas operações, a manutenção dos locais de destino final, depois de se proceder ao seu encerramento, assim como as medidas adotadas na qualidade de comerciante ou corretor, sendo essencial que estas atividades se processem de forma ambientalmente correta e por agentes devidamente autorizados ou registados para o efeito (APA, 2014, 2020e).

A gestão de RU em Portugal é da responsabilidade dos municípios e dos sistemas de gestão intermunicipais e multimunicipais, com exceção da Região Autónoma da Madeira (APA, 2014).

Atualmente, em Portugal Continental, em todo o território continental existem 23 SGRU, sendo 12 Multimunicipais e 11 Intermunicipais, tal como apresentado na Figura 2.6. Um SGRU consiste num conjunto de meios humanos, logísticos, equipamentos e infraestruturas, com o intuito de levar a cabo as operações inerentes à gestão dos RU (APA, 2020f).

Prevenção e redução

Preparação para a reutilização

Reciclagem

Outros tipos de valorização

(44)

Figura 2.6- Mapa da distribuição dos SGRU em Portugal Continental (APA, 2019).

Cada um destes sistemas possui infraestruturas (Tabela 2.3) para assegurar um destino adequado para os RU produzidos.

É notória uma grande heterogeneidade existente entre SGRU, no que diz respeito ao número de municípios abrangidos, dispersão geográfica, demografia e condições socioeconómicas, que afetam nas opções de recolha e tratamento de RU adotadas, bem como nos equipamentos, infraestruturas e custos de gestão de resíduos. Verificando-se assim algumas assimetrias na produção de resíduos per capita quando se analisam os resultados por SGRU (Figura 2.7), observando que as

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quantidades de RU produzidas em certos SGRU excedem os valores de referência definidos, indicando assim um esforço necessário para alcançar num futuro próximo (APA, 2019).

É neste contexto que se torna essencial a definição de metas (Tabela 2.4) por sistema de gestão no PERSU 2020 como ferramenta para alcançar os objetivos pretendidos. A definição de três metas por sistema de gestão de RU resulta do objetivo de avaliar a evolução anual de cada sistema.

Tabela 2.4- Metas estabelecidas no âmbito do PERSU 2020, adaptado (APA, 2018).

Metas estabelecidas no âmbito do PERSU 2020

Metas de desvio de resíduos urbanos biodegradáveis de aterro Metas de preparação para reutilização e reciclagem

Metas de retomas de recolha seletiva

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2.1.2 Classificação dos Plásticos

Como se constatou na secção 2.1.1, pela análise da caraterização física de RU em Portugal (Figura 2.2), estes são constituídos por diferentes frações de materiais, onde os resíduos plásticos depois dos resíduos biodegradáveis são os que assumem maior relevância, apresentando proporções como 11,5% e 36,4%, respetivamente.

Os plásticos representam um grupo de polímeros orgânicos, incluindo materiais sintéticos, semissintéticos ou naturais que são flexíveis e podem ser adaptados em objetos sólidos (Chen e Yan, 2020).

Os plásticos convencionais são produzidos a partir de derivados de petróleo e, de modo a mitigar a pegada de carbono e o impacto no meio ambiente, surgem os bioplásticos que são encarados como uma solução futura para o desenvolvimento sustentável das indústrias de plástico. Os bioplásticos são compostos de alto peso molecular que derivam naturalmente de fontes renováveis, sendo que alguns são projetados para serem biodegradáveis.

As matrizes poliméricas são divididas em termoplásticos e termofixos. Os termoplásticos podem sofrer alterações quando submetidos a altas temperaturas, permitindo que sejam transformados ou repolimerizados em novos produtos. Desta forma, os termoplásticos são potencialmente recicláveis. Por outro lado, os termofixos ou termorrígidos, são plásticos que não se fundem mesmo a elevadas temperaturas, esta característica impossibilita a sua reutilização por meio dos processos convencionais de reciclagem (Devasahayam, Bhaskar e Mustansar, 2019).

Na Tabela 2.5 são apresentados os tipos de plásticos recicláveis mais comuns. Este tipo de plásticos são constituídos por monopolímeros e são vistos como plásticos puros. Contudo, por vezes são encontradas embalagens de plásticos mistos, que são o resultado da agregação dos plásticos recicláveis.

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Tabela 2.5- Símbolos e Identificação dos Plásticos, adaptado (Pontoverde, 2020a).

1. PET (Politereftalato de Etileno): Usado em garrafas de água e refrigerantes, embalagens para detergentes e produtos de higiene, fibras têxteis, etc. É transparente, inquebrável, impermeável e leve.

2. PEAD (Polietileno de alta densidade): Usado em embalagens para detergentes e produtos de higiene, óleos automóveis, sacos de supermercado, tampas, utensílios domésticos, etc. É inquebrável,

leve, impermeável e de elevada resistência química.

3. PVC (Policloreto de Vinilo): Este material tem vindo a ser gradualmente substituído pelo PET, mas ainda se pode encontrar em algumas embalagens sobretudo de detergentes e produtos de higiene.

4. PEBD (Polietileno de baixa densidade): Usado nas películas para embalar alimentos, sacos de supermercado, bolsas para soro medicinal, sacos de lixo, etc. É flexível, leve, transparente e

impermeável.

5. PP (Polipropileno): Usado em detergentes e produtos de higiene, cordas, tubos para água quente, fios e cabos, caixas para bebidas e fibras para tapetes. Conserva o aroma, é inquebrável, transparente,

brilhante e resistente a mudanças de temperatura.

6. PS (Poliestireno): Usado em copos de iogurtes, gelados e doces, cestos de supermercados, pratos, tampas, aparelhos de barbear descartáveis, brinquedos e esferovite (EPS-poliestireno expandido). É

impermeável, inquebrável, leve e brilhante.

7. Outros: Usados em embalagens de toalhetes húmidos, de alimentos embalados em vácuo, de batatas fritas, de pasta de dentes, etc. São flexíveis, leves, resistentes à abrasão e permitem mais

opções de design.

A gestão do fluxo de resíduos de embalagens de plásticos mistos, resultado da agregação dos plásticos recicláveis, é considerada pouco vantajosa, uma vez que a recuperação de um material para reincorporação num novo produto ocorre sem que se consiga manter o valor acrescentado da aplicação inicial (Pontoverde, 2020b).

Os polímeros plásticos são amplamente aplicados em embalagens de alimentos, têxteis, automóveis, dispositivos eletrônicos, etc., penetrando em quase todos os aspetos da vida quotidiana. Em 2015, a produção global anual de plásticos excedeu 300 milhões de toneladas e deve ultrapassar 500 milhões de toneladas em 2050. Assim, torna-se importante encontrar soluções para o problema apresentado.

(48)

2.1.2.1 Problemática dos Plásticos

A elevada funcionalidade e o custo relativamente baixo dos plásticos fazem com que este seja um material de elevada importância na economia e na vida quotidiana. No entanto, a forma como os plásticos são atualmente produzidos, utilizados e eliminados não permite, com frequência, atingir os benefícios económicos de uma abordagem mais «circular» acabando por prejudicar o ambiente e a saúde pública. Sendo a indústria dos plásticos muito importante para a economia europeia, uma vez que o reforço da sua sustentabilidade proporcionará novas oportunidades para a inovação, a competitividade e a criação de empregos, torna-se então necessário combater os problemas ambientais e de saúde que surgem com a produção, a utilização e o consumo destes (Europeia, 2018).

Por ano, a Europa produz cerca de 58 milhões de toneladas de plástico e Portugal contribuiu com quase 370 toneladas. Sendo que, dos 25 milhões de toneladas produzidos pela União Europeia (EU) e que acabam como resíduos de plástico, 31% foram enviados para aterro, cerca de 30% foram reciclados e 39% foram incinerados com recuperação de energia (APA, 2020g).

Relativamente a este tema, os principais objetivos da UE passam por reduzir a quantidade de resíduos plásticos em circulação, aumentando a reutilização deste material, projetando na reciclagem uma solução mais sustentável com melhorias da qualidade e ganhos económicos. Estimou-se que, em 2017, 42% das embalagens de plástico foram recicladas na UE e entre 14 e 18% a nível global. Deste modo, pretende-se que até 2035, 65% dos RU e 55% de embalagens plásticas sejam recicladas (Solis e Silveira, 2020).

Com o intuito de serem atingidos estes objetivos, surge a primeira Estratégia Europeia sobre Plásticos a 16 de janeiro de 2018 pela Comissão Europeia. Esta estratégia pretende ajudar a proteger o ambiente, a reduzir o lixo marinho, as emissões de GEE e a nossa dependência em combustíveis fósseis importados.

2.1.2.2 Estratégias adotadas para a valorização dos Plásticos Recicláveis

Como observado pela análise dos dados mencionados na secção 2.1.2, há claramente espaço para melhorias. Algumas melhorias passam por projetar materiais com propriedades aperfeiçoadas de separação e reciclagem, projetar artigos e produtos com finalidade de incentivar a reutilização, desenvolver soluções de reparação que prolonguem a vida útil dos artigos plásticos, incorporar matérias-primas alternativas na produção de plásticos e criar tecnologias avançadas de reciclagem para aumentar o valor recuperado dos resíduos de plástico (SusChem et al., 2018).

A reciclagem mecânica é a mais comum, contudo, acompanhando a produção massiva a que vimos a assistir, existe uma falta de eficácia, bem como estratégias para lidar com o descarte ou a reciclagem dos resíduos de plástico (Chen e Yan, 2020) .

(49)

Deste modo, surgem outras estratégias (Figura 2.8), como melhorias nos processos de design e alternativas tecnológicas, para diminuir os custos de produção e os impactos no meio ambiente.

Para a elaboração deste relatório, apenas será abordada com mais detalhe a reciclagem química e térmica, uma vez que estes têm maior tolerância a misturas de plásticos e a plásticos contaminados, e assim a reciclagem química e térmica surge como uma alternativa à reciclagem mecânica, com o objetivo de contribuir com material reciclado de maior qualidade e assim ajudar a cumprir as metas da economia circular. A reciclagem química é um processo no qual os polímeros plásticos são decompostos quimicamente em monômeros e, subsequentemente, reestruturados em novos polímeros usados para a produção de novos plásticos (Solis e Silveira, 2020).

A combinação de processos químicos com processos térmicos pode aperfeiçoar o processo geral e fornecer uma alternativa ainda melhor, no entanto, questões relacionadas com o alto custo de serviços (vapor, energia elétrica, água), baixos rendimentos e baixa qualidade do produto final precisam ser abordadas para torná-los mais atrativos em termos financeiros, industriais e ambientais. Os principais produtos obtidos desta alternativa são o gás de síntese (mistura gasosa de monóxido de carbono + hidrogénio), no caso da gasificação e um líquido oleoso (petróleo bruto sintético), quando se trata de um processo de pirólise. Estes, podem ser transformados em matérias-primas para produtos químicos e materiais. A composição e qualidade destes produtos varia em função dos resíduos de entrada (SusChem et al., 2018), sendo que a temperatura do processo, sensibilidade à contaminação da matéria-prima e o nível de decomposição do polímero, são os três fatores críticos que afetam o custo e a atratividade destes processos (Solis e Silveira, 2020).

Tal como os RU, também os CDR são constituídos por uma fração elevada de plásticos, daí o especial interesse em estudar os seus principais problemas, assim como encontrar alternativas mais promissoras.

(50)

2.2 C

OMBUSTÍVEIS

D

ERIVADOS DOS

R

ESÍDUOS

(CDR)

No âmbito das opções de gestão de resíduos, têm vindo a implementar-se diversas soluções e tecnologias de tratamento, de que se destaca o TMB. Como resultado deste processo, são gerados fluxos passíveis de valorização e, inevitavelmente, uma componente residual de refugos que, quando apresenta determinadas características físico-químicas, apresenta um potencial de valorização energética na forma do CDR (Ministério do Ambiente, 2009).

O TMB representa assim uma estratégia para valorização de materiais recicláveis, nomeadamente o plástico, materiais ferrosos e magnéticos, por reciclagem mecânica, e, por outro lado, a reciclagem química e térmica para valorização dos CDR.

O aproveitamento de rejeitados do TM e do TMB de RU com eventual mistura com frações não recicláveis de resíduos não perigosos de origem não urbana permite a obtenção do CDR com características homogéneas, significativo poder calorifico e conteúdo biogénico, constituindo um contributo importante para a gestão sustentada de resíduos e recursos, designadamente, através do desvio de resíduos de aterro e da utilização enquanto combustível alternativo (Ministério do Ambiente, 2009).

O enquadramento legal para produção e utilização do CDR é definido, a nível nacional, pelo Decreto-Lei nº 178/2006, de 5 de setembro, que estabelece o regime geral da gestão de resíduos e transpõe a Diretiva Resíduos, e pelo Decreto-Lei nº85/2005, de 28 de abril, que estabelece o regime legal da incineração e coincineração, de resíduos, transpondo a Diretiva nº2000/76/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 4 de dezembro (“Diretiva Incineração”) (Ministério do Ambiente, 2009).

O Decreto-Lei nº178/2006, de 5 de setembro, prevê que as operações de gestão de resíduos, nas quais se incluem a produção e a utilização do CDR, sejam executadas de acordo com as mesmas técnicas relativas à eliminação ou diminuição do perigo para a saúde humana e para o ambiente causadas pelos resíduos (Ministério do Ambiente, 2009).

A qualidade do CDR é função das suas características físico-químicas e biológicas que dependem da composição dos resíduos, a qual varia consoante a origem (urbana, industrial ou construção), o sistema de recolha (indiferenciado ou separação na fonte) e o tratamento aplicado (Bandeira, 2010).

Os resíduos utilizados como matéria-prima para a preparação do CDR podem ser resíduos urbanos, resíduos industriais não perigosos, resíduos de construção e demolição, lamas de Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), entre outros (APA, 2020h).

De um modo genérico é possível produzir diversos tipos do CDR, de reduzida ou elevada qualidade, desde que sejam devidamente especificadas as suas propriedades, e em função da tipologia de resíduos de entrada e das operações unitárias utilizadas no processo. É igualmente importante que o CDR apresente características homogéneas, em termos de propriedades físicas, químicas e energéticas (Ministério do Ambiente, 2009).

(51)

De acordo com a sua forma o CDR pode ser distinguido em três formas, como apresentado na tabela abaixo.

Tabela 2.6- Formas do CDR e descrição, adaptado (Dias e Silva, 2006).

Forma Descrição

Fluff Partículas soltas de densidade baixa que

podem ser transportadas pelo ar.

Pellets Aglomerado de material solto (disco cubico ou

cilindro), com diâmetro inferior a 25mm.

Briquette Aglomerado de material solto (bloco ou

cilindro), com diâmetro superior a 25mm.

Estas frações combustíveis do CDR, cujas propriedades são relativamente uniformes ao longo do tempo, quando comparadas à variação nas propriedades dos RU, podem substituir os combustíveis fósseis, obtendo-se como resultado vantagens ambientais, económicas e energéticas, constituindo o enfoque da Estratégia para os CDR.

2.2.1 Enquadramento Normativo e Legislativo

A produção do CDR em Portugal surge como parte da estratégia integrada de gestão de RU, que se enquadra no cumprimento de várias metas a que o país se propôs enquanto Estado-Membro da EU.

O Plano Estratégico para os Resíduos Sólidos Urbanos 2007–2016 (PERSU II) impulsionou a produção do CDR, promovendo a diversificação de soluções técnicas e infraestruturas de tratamento de resíduos urbanos, de forma a aumentar a capacidade de valorização orgânica e de tratamento mecânico/mecânico e biológico, para desvio de frações, como bio resíduos e outros recicláveis de aterro, permitindo assim potenciar a quantidade de resíduos a valorizar. Neste contexto, foi aprovada a Estratégia para os CDR, abreviadamente designada por Estratégia, através do Despacho n.º 21295/2009, de 26 de agosto, dos Ministros do Ambiente, do Ordenamento do Território e do Desenvolvimento Regional e da Economia e da Inovação (publicado no D.R., 2.ª Série, n.º 184, de 22 de setembro de 2009). Esta estratégia vinculada para Portugal Continental, abrange o período compreendido entre 2009 e 2020 e apresenta o enquadramento para a produção e utilização do CDR, bem como medidas de atuação com vista a promover a hierarquia de gestão de resíduos através da valorização das frações de refugo das unidades triagem, de TM e TMB de resíduos urbanos (Estratégia para os Combustíveis Derivados de Resíduos (CDR), 2016).

Os CDR são classificados como resíduos, de acordo com o “Código 19 12 10 – Resíduos combustíveis (combustíveis derivados dos resíduos)” da Lista Europeia de Resíduos (LER) (APA, 2020h).

Nesta sequência, foi desenvolvida a Norma Portuguesa sobre CDR (NP 4486), relativa a “Combustíveis Derivados de Resíduos – Enquadramento para a produção, classificação e gestão

(52)

da qualidade”, publicada em dezembro de 2008. Esta norma, tem por objetivo enquadrar, em Portugal, a produção, classificação e gestão da qualidade do CDR, aplicando-se a todos os combustíveis produzidos a partir de resíduos não perigosos para utilização com vista à recuperação de energia em unidades de incineração e coincineração reguladas pela legislação ambiental europeia.

Para uma caracterização rápida e simplificada do combustível, a norma portuguesa estabelece um sistema de classes e um sistema de especificações, para uma caracterização mais detalhada (APA, 2018). Com base nesta norma, os princípios de classificação do CDR baseiam-se na análise de três parâmetros:

• Poder Calorífico Inferior (PCI) (parâmetro económico); • Teor de cloro (Cl) (parâmetro técnico);

• Teor em mercúrio (Hg) (parâmetro ambiental) (Ministério do Ambiente, 2009).

O sistema de classificação desenvolvido pela NP 4486 apresenta valores limite para cada uma das cinco classes em que é dividido. A Tabela 2.7 apresenta os valores limites para cada parâmetro que classifica um CDR (Como garantir a sustentabilidade do CDR no mercado nacional. Que futuro?, 2016).

Tabela 2.7- Classes do CDR de acordo com EN 15359:2011 (Dias e Silva, 2006).

Um CDR com características ideais deve apresentar um elevado aproveitamento energético na sua combustão (parâmetro PCI), baixo efeito de corrosão dos órgãos da caldeira de combustão (parâmetro Cl) e baixos níveis de emissão (parâmetro Hg) (Ministério do Ambiente, 2009).

2.2.2 Mercado do CDR

Tanto no contexto português, como à semelhança do que se passa no resto da Europa, distinguem-se como principais potenciais consumidores do CDR as instalações que:

1. Do ponto de vista tecnológico apresentam condições para a sua combustão;

2. Do ponto de vista ambiental cumprem o DL 85/2005 de 28 de Abril relativo à incineração e coincineração de resíduos;

3. Utilizam combustíveis fósseis e portanto poderão beneficiar das mais valias associadas à sua substituição por combustíveis de origem renovável.

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Assim, identificam-se os seguintes sectores como potenciais utilizadores do CDR: • Cimenteiras

• Produção de energia – centrais termoelétricas • Papel e pasta

• Cerâmicas

• Unidades de cogeração

A informação mais credível sobre o uso do CDR provem de cimenteiras e incineradoras dedicadas aos CDR (Tabela 2.8) e dados atualmente disponíveis indicam que, aproximadamente, 13,5Mt do CDR são usados por ano na EU (Tavares, 2019).

Tabela 2.8- Uso do CDR na EU, adaptado (Tavares, 2019).

Uso CDR [Mt/ano]

Indústria Cimenteira 5

Incineradoras dedicadas a CDR 7

Outros 1,5

Os utilizadores do CDR, apenas recebem o CDR que cumpra as especificações técnicas específicas para seu processamento, nomeadamente o parâmetro do teor de humidade e a granulometria, uma vez que é importante que os parâmetros não ultrapassem os valores impostos pela NP 4486. Neste contexto, se a matéria orgânica permanecer no conjunto deste material e os teores de humidade forem acima do limite pretendido para coprocessamento, a eficiência do processo de valorização energética reduz-se significativamente, já que o CDR, em base seca, apresenta valores de PCI entre os 19 e 22 MJ/kg, e, o PCI tal como recebido, varia entre 10-15 MJ/kg. Para melhorar as caraterísticas do CDR, o teor de humidade médio terá de ser substancialmente reduzido para 12% a 15% (APA, 2018).

A produção de material para CDR diminuiu, de forma a acompanhar a baixa procura do CDR no mercado por incumprimento das especificações mínimas requeridas para a sua utilização (Figura 2.9). Desta forma ,as unidades de produção do CDR existentes não funcionaram durante o ano 2018 (APA, 2019). Contudo, a procura deste material no estrangeiro, como observado na Figura 2.9, aumentou, registando-se um aumento das importações.

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Figura 2.9- Evolução da produção do CDR e da quantidade importada [t], ERSUC.

Os SGRU consideram que não é viável a operação de preparação e secagem do CDR uma vez que o processamento e expedição deste, evidenciam uma estagnação no mercado pela evidente dificuldade do seu escoamento. As razões apontadas para este problema devem-se a: acentuados investimentos, a elevados custos operacionais neste processo e reduzidos proveitos financeiros; uma dispersão das instalações das cimenteiras que obrigam a gastos de transporte consideráveis e, também porque a indústria cimenteira consome maioritariamente “combustíveis alternativos” provenientes de outros Estados-Membros da EU (Figura 2.10), através de movimento transfronteiriço de resíduos, com o argumento que aquele material possui as condições técnicas e económicas exigidas (APA, 2018). Podemos observar pela análise da Figura 2.10, que o CDR do Reino Unido é o que apresenta maior procura, sendo o mais importado em Portugal.

Figura 2.10- Quantidade do CDR importado em Portugal 2012-2016 [t], ERSUC.

As soluções apontadas para estes problemas incluem a valorização do CDR em processos de conversão energética, mas que requerem produtos de elevada qualidade, melhorias nas normas de qualidade, necessidade de uma legislação ainda mais apertada e financiamento europeu para a utilização do CDR. 0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Produzido Importado