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ingeniería ambiental

De vuelta a la producción

Un horno de plasma utilizado en el reciclaje de aluminio genera beneficios económicos y ambientales

Un nuevo proceso de reciclaje de latas de cerveza y de refrescos le imprimirá mayor eficiencia, con menor consumo de energía y menos generación de residuos al circuito de retorno a la producción de la aleación de aluminio para la elaboración de nuevas latas. Y la novedad está en un horno que entra en calor mediante la acción de un plasma, un gas producido a altas temperaturas, más conocido como el cuarto estado de la materia. El plasma es diferente porque la ionización (la pérdida o adición de electrones) de sus partículas, moléculas y átomos es significativa, lo que le confiere propiedades físicas y químicas diferentes de las de los otros estados existentes: el sólido, el líquido y el gaseoso. Así, el plasma adquiere una característica peculiar, que es su capacidad de conducir electricidad de manera similar a los metales.

El nuevo equipamiento, que reciclará todo tipo de objetos de aluminio y restos, virutas y escorias industriales, se encuentra en fase final de desarrollo en el Instituto de Investigaciones Tecnológicas del Estado de São Paulo (IPT, sigla en portugués). El mismo forma parte de un proyecto llevado adelante en el marco del Programa de Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE, sigla en portugués) de la FAPESP, conjuntamente con la Asociación Brasileña del Aluminio (Abal), que aglutina a empresas productoras y transformadoras del metal.

Construido en la División de Mecánica y Electricidad del IPT, donde ya se encuentra en operación, este horno tiene bajo consumo de energía; tal su ventaja más evidente. El uso del plasma permite un ahorro de un 97% de energía eléctrica con relación a la producción de aluminio primario, aquél producido con base en la extracción mineral de bauxita. Aun cuando se lo compara con el estadio más avanzado del método convencional de reciclaje -que se vale de la combustión en presencia de oxígeno puro para calentar el horno (oxicombustión)-, el proceso con plasma es más económico. Experimentos realizados en el prototipo construido en el IPT indican que para producir una tonelada de material reciclado, dependiendo de su composición, el nuevo horno necesita entre 400 y 500 kilovatios-hora (kWh), frente alos aproximados 750 kWh que requiere el método convencional.

La eficiencia de este horno redunda en otro beneficio que llega en buena hora, en este caso en el área ambiental: la eliminación total de desechos industriales al final del proceso. Con el método convencional de reciclaje, el uso de sales es un factor ambientalmente problemático. Dichas sales sirven para recubrir el aluminio evitando pérdidas del metal por oxidación, una situación ocasionada por la presencia de oxígeno en el proceso. El material utilizado es una mezcla de cloruro de sodio (NaCl) y cloruro de potasio (KCl), en una composición del 10% al 40% de la carga metálica que se procesa en los hornos antiguos. Al final, una vez separadas del metal, estas sales no pueden ser utilizarse nuevamente y se convierten en un factor de riesgo de contaminación de ríos y napas freáticas. Por eso las sales ya utilizadas son dispuestas en depósitos específicos, bajo la forma de rellenos industriales, lo que les ocasiona un elevado costo a las empresas. El uso de plasma resuelve por completo este problema porque no utiliza estos productos en el proceso de reciclaje.

Debido a que su uso tecnológico es reciente y a que posee propiedades tan diferentes a las de los estados de la materia más conocidos, el plasma parece ser de difícil manipuleo. Pero el investigador Antônio Carlos da Cruz, coordinador del proyecto en el IPT, explica que la técnica de uso empleada es relativamente sencilla: una vez calentado, el argón (Ar) -que es el gas escogido, debido a que no reacciona con el aluminio- transforma la energía eléctrica en energía térmica (calor), sin la utilización de ningún otro elemento más allá del propio gas. En la entrada del horno se instala la antorcha de plasma que, una vez activada mediante una descarga eléctrica, hace que el gas se eleve a temperaturas de entre 5.000° C y 12.000° C, muy superiores a las que se llega mediante el proceso convencional.

Un secreto industrial
Cruz prefiere no divulgar más detalles en lo que se refiere al nuevo proceso. “La tecnología se encuentra en fase de registro de patente”, dice el investigador. Secretos al margen, se sabe que el horno desarrollado en el IPT es del tipo rotativo, con un tambor que, una vez cargado, agita continuamente el material que se encuentra en su interior. “Esta característica es importante, pues todas las piezas de aluminio tienen una capa de óxido que debe romperse para que el material fundido se funda y se transforme en metal líquido”, explica. De esta forma, el aluminio fluye por las canaletas hasta los moldes, donde el metal se solidificará y se transformará en lingotes.

El actual prototipo del Horno de Plasma para Reciclaje de Aluminio tiene una capacidad de operación variable, de acuerdo con el tipo de material. Con el uso de escoria de aluminio, que es un residuo de la producción primaria, la misma llega 200 kilos de carga. Con materiales más nobles, tales como piezas de aluminio y latas, su capacidad es de 550 kilos, en un procedimiento completo de operación que insume alrededor de dos horas. En total ya se han procesado alrededor de 50 toneladas de material entre escoria y chatarra, en condiciones de simulación industrial, con la misma capacidad de procesamiento mensual del equipamiento.

Para demostrar mejor la aplicación del horno de plasma en escala industrial, materiales en condiciones similares de composición y cantidad serán procesados al mismo tiempo en un horno convencional a fin de obtener una comparación más precisa, incluso en la columna de consumo de energía. A los efectos de llevar a cabo estas comparaciones entre hornos conmayor eficiencia -de acuerdo con Cruz-, se hace el montaje de un equipamiento piloto de concepción industrial, con mayor capacidad de reciclaje y que pueda operar en régimen de dos turnos diarios, pues el mismo puede funcionar las 24 horas ininterrumpidamente. En las dependencias del IPT, la operación del horno prototipo es de un turno solamente. La operación industrial catapultará a Brasil al grupo de países que usan actualmente plasma para el reciclaje de aluminio. “En Canadá, Francia y Sudáfrica las empresas utilizan plasma para el reciclaje de escoria de aluminio, pero el proceso que desarrollamos acá en el país es innovador, pues amplíala gama de posibilidades de uso de materiales para el reciclaje por medio de una nueva técnica. Pueden ser piezas de aluminio fundido, laminados, perfiles, chapas y latas”, afirma Cruz, recordando que, debido a que es ella totalmente limpia, la implementación de la tecnología empleada en este horno tiende a ser más cara. “Pero, al mismo tiempo, es operativamente tan competitiva como los procesos con oxicombustión”,añade.

Un esfuerzo conjunto – Por medio de un consorcio organizado por Abal, una entidad que agrupa a las productoras de aluminio en Brasil, las empresas Alcoa, Tomra-Latasa, Metalur, Servibrás y Sulina de Metais han participado activamente en el proyecto del IPT, mediante la capacitación del personal y el financiamiento de una parte de los cerca de 800 mil reales que demandó el desarrollo de la investigación. El material para el reciclaje también es provisto por esas empresas, que reciben posteriormente el aluminio reciclado -en forma de lingotes- resultante del proceso. Junto con la cuestión económica, la importancia del desarrollo de tecnologías que no agredan al ambiente fue lo que más motivó a Abal y a las empresas a participar en este proyecto, de acuerdo con Ayrton Filleti, coordinador de la comisión técnica de la asociación. “El proceso a base de plasma es ambientalmente más adecuado, ya que elimina los desechos tóxicos provenientes del reciclaje del aluminio, con el consiguiente ahorropara las empresas, producto de la reducción del consumo de energía eléctrica. A su vez, acaba con la necesidad de los rellenos industriales especiales, que son muy caros”, asegura.

“La tecnología de plasma es de interés de las industrias, pero no tiene todavía un plazo definitivo para su implementación”, dice Filleti. “El horno desarrollado en el IPT, al margen de ser más barato que sus similares existentes en el exterior, es más eficiente, y en el futuro las empresas contarán este recurso. Por primera vez, Abal participa en un proyecto que ha resultado en una tecnología inédita desarrollada en Brasil; esto debemos valorarlo”, resalta Filleti, recordando que en Europa, debido a la falta de espacio para instalar rellenos industriales, las empresas se han visto en la obligación de estudiar incluso el reciclaje de los desechos salinos del proceso convencional, algo que es carísimo y que podría también generar un interés internacional en el uso del horno brasileño.

De acuerdo con la Abal, Brasil, con 1,5 millones de toneladas anuales, es actualmente el sexto productor mundial de aluminio. De dicho total, 1,3 millones de toneladas se obtienen con base en la minería y 253,5 mil toneladas son producto del reciclaje. La producción del aluminio primario, al margen de requerir de una gran cantidad de energía eléctrica e interferir en el ambiente, genera entre tres y cuatro veces más residuos que el reciclado.

A diferencia de lo que sucede con otros materiales, el reciclaje de aluminio alcanza niveles sorprendentes en Brasil, en una lista de objetos encabezada por las latas de bebidas, con un notable 87% de reciclaje total, de acuerdo con las más recientes cifras divulgadas por la entidad. En la actualidad el reciclaje de aluminio en el país responde por el 35,3% del consumo interno del metal -de un total de 717,7 mil toneladas anuales?, un porcentaje superior al promedio mundial que es del 33%.

Si se considera únicamente el reciclaje de latas de aluminio, cuyo ciclo medio es de 46 días entre el envasado, el consumo y el retorno a la industria, Brasil es hoy en día el mayor reciclador entre los países en que esta práctica no es obligatoria, con 121,1 mil toneladas anuales, al frente de Japón y Estados Unidos. Esto representa un 50% del total de aluminio reciclado en el país. Cabe recordar también que por cada tonelada de aluminio reciclado dejan de usarse 5 toneladas de mineral bruto.

Del total de latas reciclado en Brasil, el 70% es procesado en Pindamonhangaba (interior de São Paulo), ciudad emplazada en la región denominada Vale do Paraíba, que recibió de parte de la Abal el título de Capital Brasileña del Reciclaje de Aluminio, pues en ella están instaladas las industrias procesadoras de chatarra. Las latas, más allá de su rápido ciclo de consumo, están muy ligadas al día a día de la población brasileña. Algunas empresas productoras de latas ya han implementado sus propios programas de reciclaje, fomentando esta cultura a través de la conscientización de los alumnos en las escuelas, con incentivos tales como la entrega del material juntado a cambio de computadoras.

La distribución de la chatarra
Otro factor importante en el reciclaje de latas es el empeño de los recolectores o “cirujas” de por todo el país, que responden por gran parte de la recolección selectiva de materiales, y trasladan el resultado de su trabajo a los depósitos de chatarra. Estas centrales efectúan la distribución del material para la industria de procesamiento en grandes cantidades.Debido al aumento de la demanda y de la producción de aluminio secundario -que es más barato y más fácil de obtener-, la industria considera ahora la posibilidad de que falte chatarra en el mercado brasileño. De esta manera, Brasil, que compra en el mercado externo solamente 98,7 mil toneladas anuales de aluminio, puede en un breve lapso de tiempo llegar a necesitar importar chatarra para reciclaje.

Aun cuando existe un significativo aumento en la cantidad de aluminio reciclado, la producción primaria continuará siendo una necesidad, pues la demanda de ese metal es creciente. Pero lo más importante es que puede reciclárselo innumerables veces. Esa característica, al margen del ahorro de energía y el beneficio para el medio ambiente, asegura una saludable actividad económica que, aun cuando no es obligatoria legalmente y n ocuenta con incentivos oficiales, se encuentra entre aquéllas que más crecen en Brasil.

Larga vida al reciclaje

Casi invisible a los ojos de los consumidores, dentro de los envases larga vida en los que hoy en día se venden -además de la leche- los jugos e incluso el agua de coco en Brasil, hay una fina capa de aluminio en forma de sándwich entre el plástico y el papel. Al igual que el de las latitas, este material podría reciclarse y regresar así al sistema productivo. Para hacer efectivo dicho proceso, TSL Engenharia Ambiental -una empresa especializada en el tratamiento de residuos- estudia desde hace tres años el uso del plasma para el reciclaje del aluminio de los envases larga vida. El proceso resultante de ello, diferente al desarrollado en el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT) para el reciclaje del aluminio de las latas, fue presentado por la empresa en diciembre de 2003. “En el caso del proceso de TSL, el IPT fue contratado solamente para probar y comprobar la eficacia del nuevo sistema”, dice Roberto Szente, del Laboratorio de Plasma de la División de Mecánica y Electricidad del IPT, que supervisó los ensayos.

El proceso será implantado en forma conjunta por las empresas Tetra Pak, productora de envases larga vida, Klabin, una industria de papel, y Alcoa, productora de aluminio. Utilizando plasma térmico como uno de los componentes del proceso de reciclaje, esta nueva tecnología -inédita a nivel mundial- será utilizada para separar el plástico del aluminio presente en los envases, tras la separación del papel que se lleva a cabo antes en máquinas específicas. El sistema desarrollado por TSL utiliza una antorcha de plasma para elevar la mezcla de plástico y aluminio hasta un temperatura de 15.000° C. Mediante este proceso el plástico se transforma en parafina y el aluminio es totalmente recuperado con las mismas características del metal utilizado por Tetra Pak para la producción de envases. Este nuevo sistema será instalado en una planta industrial de Klabin ubicada Piracicaba (interior de São Paulo) y estará listo en octubre de este año. La empresa recibirá el material recolectado, separará el papel y enviará el plástico y el aluminio a TSL. Esta última firma a su vez separará los dos productos y enviará el aluminio a Alcoa, que lo transformará en delgadísimas láminas, que luego serán usadas por Tetra Pak, que actualmente no utiliza material reciclado en la composición de sus envases.

La inversión en la construcción de la unidad de plasma ascenderá a 10,5 millones de reales, financiado en partes iguales por las cuatro empresas participantes. Al cabo de un año de su implantación, la idea es exportar la tecnología a otras unidades de Tetra Pak existentes en el mundo. De acuerdo con Fernando von Zuben, director de medio ambiente de dicha empresa, el beneficio será por sobre todas las cosas ambiental, pues la unidad de plasma tendrá capacidad para procesar 8 mil toneladas anuales de plástico y aluminio, equivalentes al reciclaje de 32 mil toneladas de envases larga vida. Más allá de que proceso pasará a integrar una cadena de desarrollo sostenible, se espera un incremento del 30% en el valor de los envases recolectados, con lo que se generaría una mayor remuneración para los recolectores, para las empresas y para las municipalidades que trabajan con recolección selectiva de residuos.

El Proyecto
Reciclaje de Aluminio: Desarrollo de Innovaciones Tecnológicas (nº 99/06282-9); Modalidad Programa de Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE); Coordinador Antônio Carlos da Cruz – IPT; Inversión R$ 397.730,16 y US$ 25.307,89 (FAPESP) y R$ 355.952,00 (Abal)

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