Predicción de emisiones de dioxinas y furanos

Las dioxinas y furanos son compuestos químicos que pertenecen a la familia de los Contaminantes Orgánicos Persistentes – COP. Se trata de subproductos no deseados que se generan fundamentalmente en procesos de combustión de materiales orgánicos, en procesos industriales o en incineración de residuos, entre otros.  Son productos muy tóxicos para los seres vivos, a niveles muy bajos, y persistentes durante largos periodos de tiempo, pudiéndose acumular en los tejidos de los organismos vivos.

Uno de los focos de emisión de estos compuestos son las plantas incineradoras de residuos urbanos – RSU, uno de los retos medioambientales más significativos que debemos asumir como sociedad – en el conjunto de la UE se generan del orden de 500 kg de RSU por persona y año –. Se trata, además, de una gestión que debe ser adaptada a la filosofía de economía circular adoptada por la UE en su agenda 2030.

La formación de dioxinas y furanos se ve favorecida especialmente en las etapas de degradación térmica de los residuos en la zona de poscombustión, donde tanto el propio proceso de incineración como el de limpieza de los gases producidos favorecen la formación de las dibenzo-p-dioxinas y de los dibenzofuranos polclorados (PCDD/Fs). Con unos Valores Límites de Emisión – VLE permitidos extremadamente bajos, estas familias de moléculas son muy complejas de analizar en continuo y en tiempo real, durante los procesos mencionados de incineración y de limpieza de los gases de emisión.

Es en este contexto donde el Dr. Damià Palmer ha llevado a cabo su tesis doctoral en IQS, en la que ha establecido un modelo matemático de predicción de la emisión de PCDD/Fs en procesos de incineración y poder controlar los problemas medioambientales asociados. Bajo el título Predicción de la emisión de dioxinas y furanos en procesos de degradación térmica de residuos, la tesis ha sido realizada en el grupo GESPA – Grupo de Ingeniería y Simulación de Procesos Ambientales de IQS School of Engineering, bajo la dirección del Dr. Jordi Díaz y del Dr. Oriol Pou.

Modelo de predicción de emisión en procesos de incineración

A partir del modelo matemático desarrollado en esta tesis doctoral, es posible predecir la emisión a la atmósfera de dioxinas y furanos, considerando los siguientes parámetros: la composición del residuo o el contenido en metales y cloro, y las variables de proceso de incineración, como son  la temperatura y el contenido de oxígeno.

Todas las dioxinas y furanos clasificados como COP – 210 moléculas en total – no tienen la misma toxicidad. Para no tener que considerar el global de todas ellas, y como simplificación del modelo, el Dr. Palmer realizó una selección previa de diecisiete congéneres de PCDD/F, cuya formación se considera linealmente independiente. La selección se realizó con un conjunto de datos procedentes de muestras de origen industrial y, posteriormente, se validó y amplió con muestras de experimentación de laboratorio, esta última parte en colaboración con el grupo de investigación REMAN – Residuos, Energía, Medioambiente y Nanotecnología de la Universidad de Alicante.

El modelo matemático de predicción ha sido diseñado mediante la combinación de dos modelos: el primero es un modelo cinético de formación de los PCDD/Fs, para el cual se utilizó un horno tubular, considerando parámetros como la ratio de oxígeno necesario para la combustión y el tiempo de residencia.

El segundo es un modelo del proceso de incineración para predecir las emisiones atmosféricas – utilizando ASPEN/HYSYS –, que permite determinar todo el balance de materia y energía y convertir las cantidades de PCDD/Fs generadas (en masa producida por masa de residuos incinerada) en emisiones atmosféricas (en masa de contaminante producida por volumen de gas de combustión emitido en condiciones normales).

En definitiva, el modelo diseñado por el Dr. Palmer aporta una solución al control de las emisiones de dioxinas y furanos en procesos de combustión, para poder disponer de datos de estas emisiones en tiempo real para su control, cuando no es posible su lectura en continuo.

Publicaciones relacionadas

Damià Palmer, J.Oriol Pou, Jordi Diaz-Ferrero, Lucinio Gonzalez-Sabater, Multiple linear regression based congener profil·le correlation to estimate teh toxicity (TEQ) and dioxin concentration in atmospheric emissions, Sci. Total Environ. 622-623, 510-516 (2018), https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.344

Damià Palmer, J Oriol Pou, Lucinio Gonzalez-Sabaté, Jordi Diaz Ferrero, Juan A. Conesa,  Núria Ortuño, New models used to determine the dioxines total amount and toxicity (TEQ) in atmospheric emissions from thermal processes, Energies 12 (23), 4434 (2019) http://dx.doi.org/10.3390/en12234434

Juan A. Conesa, Núria Ortuño, Damià Palmer, Estimation of industral emissions during pyrolisisi and combustion of diferent wastes using laboratory data, Scientific reports 10, 6750 (2020); https://www.nature.com/articles/s41598-020-63807-w

Damià Palmer, Josep Oriol Pou, Jordi Diaz Ferrero, Juan A. Conesa, Kinetics of the formation and destruction of PCDD/Fs in a laboratory furnace, Chemposphere 276, 130175 (2021); http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130175

Esta tesis ha sido financiada a través del programa de Ayudas Predoctorales IQS para la realización de tesis doctorales.