NUEVOS AVANCES EN LA INCINERACIÓN DE

RESIDUOS URBANOS

GASIFICACIÓNY

COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS

Carlos Guijarro Castro(Director Técnico SUFI)

-Mayo de 2.009-

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN

2. LEGISLACIÓN APLICABLE

3. SOLUCIÓN PROPUESTA. TRATAMIENTO INTEGRAL

4. PROCESO MECÁNICO-BIOLÓGICO

5. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA. INCINERACIÓN

6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA. GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA (DIRECT MELTING)

7. CARACTERÍSTICAS DEL COMBUSTIBLE ALTERNATIVO

8. VENTAJAS DEL SISTEMA PROPUESTO

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1. INTRODUCCIÓN1.1. Producción de R.U. en España

•La generación de RSU en España ha aumentado un 60% en los últimos 15 años, estimándose en unos 528 kg de residuo por habitante y año.

•El rechazo enviado a vertedero es de entre el 50%-70% de las toneladas de residuo tratado, desaprovechándose un material con gran contenido energético de origen.

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1. INTRODUCCIÓN1.2. Generación por Comunidades

100,0%24.356.31546.157.8221,446TOTAL0,2%44.62071.4481,711Melilla

0,2%43.75577.3891,549Ceuta

0,7%162.011317.5011,398La Rioja

4,5%1.099.1352.157.1121,396País Vasco

1,2%289.840620.3771,280Navarra

2,6%624.6361.426.1091,200Murcia

14,7%3.587.0956.271.6381,567Madrid

3,8%924.7622.784.1690,910Galicia

2,0%486.8221.097.7441,215Extremadura

10,8%2.625.2005.029.6011,430Valencia

17,7%4.300.6227.364.0781,600Cataluña

3,5%842.6772.043.1001,130Castilla-La Mancha

4,3%1.043.5702.557.3301,118Castilla y León

1,4%342.093582.1381,610Cantabria

6,3%1.523.0342.075.9682,010Canarias

3,2%791.0081.072.8442,020Baleares

2,2%536.1811.080.1381,360Asturias

2,6%634.4661.326.9181,310Aragón

18,3%4.454.7908.202.2201,488Andalucía

DistribuciónProducción(t/año)

PoblaciónPadrón 2.008kg/hab/día

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1. INTRODUCCIÓN1.3. Plan de Energías Renovables

•El Plan de Energías Renovables (PER) estima en un 12,1% el consumo de energía primaria abastecido en el 2.010 por las energías renovables.

•La valorización térmica de los RSU implica una alternativa a los residuos fósiles y un menor vertido de los mismos, con las consecuentes ventajas económicas y ecológicas.

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1. INTRODUCCIÓN1.4. Potencial Energético del R.U.

•En España actualmente el potencial energético de los RSU asciende a 2,1 Mtep, para una cantidad de 15,8 millones de toneladas de RSU (65% del total de RSU producido).

COMPOSICIÓN MEDIA R.U. EN ESPAÑA

100,0%TOTAL

12,3%Otros

1,0%Maderas

4,1%Metales

7,0%Vidrio

10,6%Plásticos

21,0%Papel-cartón

44,0%Materia Orgánica

PorcentajeComponente

Fuente: II Plan Nacional de R.U.

Materia Orgánica

Papel-cartón

Plásticos

Vidrio

Metales

Maderas

Otros

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1. INTRODUCCIÓN1.5. Producción Eléctrica Potencial

24% ORGÁNICO Biodegradable

20% ORGÁNICONo Biodegradable

10% RECICLABLE

37% COMBUSTIBLE

9% INERTE

Biometanización25t x 120 m3/t x 5.000 kcal/m3------------------------------------ x 0,38 = 6.628 kwhe

860 kcal/kwh

Si por cada 100 ton de RSU se generan 34.593 kwhe, con las 24.356.315 ton estimadas para 2.009, se generarían aproximadamente 8.425,6 Gwhe/año

37t x 2.600 kcal/kg------------------------- x 0,25 = 27.965 kwhe

860 kcal/kwh

Estabilización

Valorización Térmica

CompostEnmienda Orgánica

Equivalente al consumo de:

1,5 millones deViviendas Estándar

Equivalente al consumo de:

1,8 millones de m3/añode gas natural

Equivalente al consumo de:

4,5 millones de ton/añode gasoil

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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.1. Directiva Aplicable 2008/98/CE

Directiva 2008/98/CE

Relativa a los Residuos

Directiva 2000/76/CERelativa a la

Incineración de Residuos

Directiva1999/31/CE

Relativa al Vertido de Residuos

Directiva1994/62/CE

Relativa a los Envases y sus

Residuos

RECICLAJE VALORIZACIÓN

ENERGÉTICA

VERTIDO

Real Decreto653/2003

de Incineración de Residuos

Real Decreto1481/2001

de Eliminación de Residuos en Vertedero

Ley11/1997

de Envases y Residuos de

Envases

Trasposición Trasposición Trasposición

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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.2. Definiciones

TRATAMIENTO

Operaciones de valorización o eliminación, incluidas la preparación anterior a la valorización o eliminación.

VALORIZACIÓN

Cualquier operación cuyo resultado principal sea que el residuo sirva a una finalidad útil al sustituir a otros materiales que de otro modo se habrían utilizado para cumplir una función particular, o que el residuo sea preparado para cumplir esa función, en la instalación o en la economía en general.

ELIMINACIÓN

Cualquier operación que no sea la valorización, incluso cuando la operación tenga como consecuencia secundaria el aprovechamiento de sustancias o energía.

DIRECTIVA 2008/98/CE, artículo 3

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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.3. Jerarquía de Residuos

DIRECTIVA 2008/98/CE, artículo 4

La presente jerarquía de residuos servirá de orden de prioridades en la legislación y la política sobre la prevención y la gestión de los

residuos:

a) prevención;

b) preparación para la reutilización;

c) reciclado;

d) otro tipo de valorización, por ejemplo,la valorización energética; y

e) eliminación

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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.4. Operaciones de Valorización

DIRECTIVA 2008/98/CE, anexo II

R1 Utilización principal como combustible u otro modo de producir energía

R2 Recuperación o regeneración de disolventes

R3 Reciclado o recuperación de sustancias orgánicas que no se utilizan como disolventes (incluidos el compostaje y otros procesos de transformación biológica)

R4 Reciclado o recuperación de metales y de compuestos metálicos

R5 Reciclado o recuperación de otras materias inorgánicas

R6 Regeneración de ácidos o de bases

R7 Valorización de componentes utilizados para reducir la contaminación

R8 Valorización de componentes procedentes de catalizadores

R9 Regeneración u otro nuevo empleo de aceites

R10 Tratamiento de los suelos que produzca un beneficio a la agricultura o una mejora ecológica de los mismos

R11 Utilización de residuos obtenidos a partir de cualquiera de las operaciones numeradas de R1 a R10.

R12 Intercambio de residuos para someterlos a cualquiera de las operaciones enumeradas entre R1 y R11

R13 Almacenamiento de residuos en espera de cualquiera de las operaciones numeradas de R1 a R12

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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.4. Operaciones de Valorización

DIRECTIVA 2008/98/CE, anexo II

R1 Utilización principal como combustible u otro modo de producir energía

Se incluyen aquí las instalaciones de incineración destinadas al tratamiento de residuos sólidos urbanos sólo cuando su eficiencia energética resulte igual o superior a:

• 0,60 tratándose de instalaciones en funcionamiento y autorizadas conforme a la legislación comunitaria aplicable desde antes del 1 de enero de 2.009;

• 0,65 tratándose de instalaciones autorizadas después del 31 de diciembre de 2.008.

aplicando la siguiente fórmula:

Eficiencia Energética = (Ep - (Ef + Ei)/(0,97 x (Ew + Ef))

donde:

Ep es la energía anual producida como calor o electricidad, que se calcula multiplicando la energía en forma de electricidad por 2,6 y el calor producido para usos comerciales por 1,1 (GJ/año).Ef es la aportación anual de energía al sistema a partir de los combustibles que contribuyen a la producción de vapor (GJ/año).Ew es la energía anual contenida en los residuos tratados, calculada utilizando el poder calorífico neto de los residuos (GJ/año).Ei es la energía anual importada excluyendo Ew y Ef (GJ/año).

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2. LEGISLACIÓN APLICABLE2.4. Operaciones de Valorización

DIRECTIVA 2008/98/CE, anexo II

R3 Reciclado o recuperación de sustancias orgánicas que no se utilizan como disolventes (incluidos el compostaje y otros procesos de transformación biológica)

Esto incluye la gasificación y la pirólisis que utilizan los componentes como elementos químicos.

R5 Reciclado o recuperación de otras materias inorgánicas

Esto incluye la limpieza del suelo que tenga como resultado la valorización del suelo y el reciclado de materiales de construcción inorgánicos.

R12 Intercambio de residuos para someterlos a cualquiera de las operaciones enumeradas entre R1 y R11

Si no hay código R apropiado, pueden quedar incluidas aquí las operaciones iniciales previstas a la valorización, incluido el tratamiento previo, tales como, entre otras, el desmontaje, la clasificación, la trituración, la compactación, la peletización, el secado, la fragmentación, el acondicionamiento, el reenvasado, la separación, la combinación o la mezcla, previas a cualquiera de las operaciones enumeradas de R1 a R11.

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3. SOLUCIÓN PROPUESTA.TRATAMIENTO INTEGRAL

ENTRADA100%

Materiales Reciclables

9%

PRETRATAMIENTO MECÁNICO

AUTOMATIZADO

FRACCIÓN ORGÁNICA

41%

FRACCIÓN INORGÁNICA

50%

COMPOSTAJEESTABILIZACIÓN

Compost14%

VALORIZACIÓN ENERGÉTICA

INCINERACIÓNGASIFICACIÓN ALTA

TEMPERATURA

RECHAZO AFINO12%

Vitrificado2%

GAS DE SÍNTESISEnergía Eléctrica

850 kWh/ton

VERTIDO CERO

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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.1. Justificación del Proceso

Proceso diseñado para cumplir con la jerarquía de gestión de Residuos Urbanos como “c) reciclado” y d) otro tipo de valorización":

CONDICIONANTES

•Máximo reciclado o recuperación de sustancias orgánicas – R3 (compostaje o estabilización, gasificación).

•Máxima recuperación de metales y de compuestos metálicos – R4 (selección de férricos y aluminio).

•Máxima recuperación de otras materias inorgánicas – R5 (selección de vidrio, plásticos, briks, etc.).

•Objetivo Final: Vertido CERO.

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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.2. Recuperación de Materiales

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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.2. Recuperación de Materiales

Fuente: SUFI, Planta de Mataró

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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.2. Recuperación de Materiales

Fuente: SUFI, Planta de Mataró

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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.3. Estabilización de Orgánico

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4. PROCESO MECANICO-BIOLÓGICO4.3. Estabilización de Orgánico

Fuente: SUFI, Planta de Mataró

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5. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.INCINERACIÓN

INCINERACIÓN

DEFINICIÓN

Oxidación completa (exceso O2) para producir:

Calor (Componente Útil) -> CICLO DE VAPOR -> ENERGÍA ELÉCTRICA

VARIABLES DE PROCESO

Proporción del Oxígeno: 20 - 40% superior al estequiométrico.Temperatura: 850 – 1.200 ºC.

Características del combustible: Residuo en Masa o Seleccionado (> 1.000 Kcal/Kg).

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5. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.INCINERACIÓN

CÁMARA DE COMBUSTIÓN

TRATAMIENTODE GASES

ESCORIAS

AIRE

RESIDUO

TURBINA GENERADOR ELECTRICIDAD

PÉRDIDAS

Rendimiento Térmico : 85%

RendimientoTotal: 23%

CHIMENEA

CENIZAS

GASES

CALDERADE VAPOR

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5. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.INCINERACIÓN

HornoCámara de Oxidación

Caldera de Recuperación

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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA

(DIRECT MELTING)

La Gasificación es definida por la Directiva 2008/98/CE como “R3 - Reciclado o recuperación de sustancias orgánicas que no se utilizan como disolventes”

INCONVENIENTES

VENTAJAS

• Inversión algo mas elevada que la incineración.•Mismos inconvenientes de la pirólisis.

•Inversión muy elevada.

•Gasificación parcial.

•Las cadenas largas no se rompen produciendo alquitranes, dioxinas y furanos.

•Producen cantidad de residuos no gasificados completamente.

•Producen subproductos contaminantes y no comercializables.

• Bajas emisiones. La atmósfera reductora evita la formación de dioxinas y furanos que por la alta temperatura son destruidos totalmente.

• Vertido CERO, el proceso solo produce gases combustibles, vapor de agua y ácidos orgánicos en forma vítrea.

•Tecnología contrastada y aplicada al tratamiento de todo tipo de residuos (Japón).

•Proceso similar a la pirólisis pero en un ambiente de alta presión (17 atm).

•Aumenta la eficacia del proceso de pirólisis.

•Alternativa a la incineración.

•Tecnología contrastada, aunque por el momento aplicada solo en ciertos sectores (aceites, neumáticos).

A Alta Temperatura

(Direct Melting)

A PresiónA Baja Temperatura

(Pirólisis/Termólisis)

TECNOLOGÍAS DE GASIFICACIÓN

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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA

(DIRECT MELTING)

TECNOLOGÍA PROBADA DERIVADA DE LOS ALTOS HORNOS

DIRECT MELTING

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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA

(DIRECT MELTING)

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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA

(DIRECT MELTING)

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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA

(DIRECT MELTING)

•La alta temperatura (1.600 ºC) y la atmósfera reducida del lecho hace que se suprima enormemente la formación de dioxinas. Las pocas dioxinas producidas se descomponen gracias a la alta temperatura y un tiempo de residencia adecuado en la cámara de combustión secundaria.

62 mg/Nm3200 mg/Nm3NOx

< 1mg/Nm310 mg/Nm3Partículas

< 0,0001ng_TEQ/Nm30,1ng-TEQ/Nm3Dioxinas

Valores

Habituales

Directiva 2000/76

Límites de Emisión

•La alta temperatura y presión negativa del horno disminuye el riesgo de explosión y de licuado del gas.

•El diseño del horno hace que la alimentación se realice de manera continua y de manera sencilla.

•La utilización de coque como combustible junto al propio residuo hace mas estable y fácil la operación.

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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA.GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA

(DIRECT MELTING)

VENTAJAS DEL PROCESO

1. ALTA EFICIENCIA EN LA PRODUCCIÓN DE CALOR O ELECTRICIDAD

2. SUPRESIÓN DE LA FORMACIÓN DE DIOXINAS

3. PROCESO REAL Y DE OPERACIÓN SEGURA

4. RECUPERACIÓN DE VITRIFICADO DE ALTA CALIDAD Y METALES

5. FUNCIONAMIENTO CONTRASTADO

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6. VALORIZACIÓN ENERGÉTICA. GASIFICACIÓN A ALTA TEMPERATURA

(DIRECT MELTING)

2

2

2

2

1

2

2

2

2

3

Líneas

Marzo 2.008Mezclado (incluso voluminosos)91.250 t/añoChikushino/ogori/Motoyama Association, FUKUOKA10

Noviembre 2.006

Mezclado (incluso voluminosos)35.770 t/añoHamada Area Association, SHIMANE9

Marzo 2.006Mezclado (incluso voluminosos)29.200 t/añoAki Area Association, KOCHI8

Marzo 2.006Mezclado e Industrial (incluso inquemados incineradora)

52.925 t/añoIbaraki Environment Protection Foundation, IBARAKI7

Febrero 2.004RDF114.610 t/añoFukuyama Recycle Power Corp., HIROSHIMA6

Marzo 2.003Mezclado (incluso voluminosos)40.150 t/añoSaiki Area Association, OITA5

Marzo 2.003Mezclado (incluso voluminosos)58.400 t/añoMorioka/Shiwa Area Association, IWATE4

Febrero 2.003Mezclado (incluso voluminosos)13.870 t/añoHidaka-Chubu Association, HOKKAIDO3

Marzo 2.003Mezclado (incluso voluminosos)43.800 t/añoAmagi/Asakura/Mitsui Association, FUKUOKA2

Marzo 2.003Mezclado (incluso voluminosos)70.080 t/añoKahamihara City, GIFU1

AntigüedadTipo ResiduoCapacidad

3 4 6 10

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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO

7.1. Desarrollo de Tecnologías

SUFI, S.A. desarrolla proyectos de I+D+i encaminados a la

utilización en plantas de valorización del RDF preparado

a partir del rechazo del RU

Proyecto para desarrollo de técnicas de valorización de rechazos de RCD y

RSU, y su aprovechamiento como combustible, en unión con Geocycle

(HOLCIM)

PROYECTO DESARROLLO TECNOLOGÍAS COMBUSTIBLE ALTERNATIVO

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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO

7.2. Preparación del Combustible

Línea de Preparación de RDF Combustible

El rechazo obtenido en las líneas de resto, envases, voluminosos y la fracción gruesa extraída en el proceso de afino, es triturado para conseguir la granulometría adecuada y alimentado a foso.

Del foso se alimentará a almacenamiento intermedio del RDF para el secado térmico.

En el sistema de secado se deshidratará el residuo. Con esta medida se consigue aumentar la calidad del producto que se llevará a Valorización, lo que se traduce en un incremento del poder calorífico del residuo.

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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO

7.3. Potencial Energético del R.U.

Variación TípicoResiduos de comida 600-800 700 8Madera 4.000-5.000 4.600 2Papel y cartón 2.400-4.000 2.500 12Plásticos 6.200-7.200 6.600 3Textiles 3.000-4.000 3.400 6Vídrio 98Metales 98

Nota: Valoración sobre base secaFuente: Gestión integral sobre los residuos sólidos

PCI en Kcal/kg Cenizas y otros rechazos en %COMPONENTES

CONTENIDO ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO

7.4. Composición del Combustible

Materiales no combustibles (piedras,

cristal, metales) 1%

Otras fuentes de energía fósiles (textiles, goma, compuestos, etc) 25%

Plásticos 9%

Fuentes de energía renovables (papel,

textiles, materia orgánica, resto de ignición de las

partículas finas) 65%•Poder calorífico: 16-18 MJ/kg•Contenido en agua: 15% en peso•% de transferencia total de residuo: 53% en peso•% de transferencia total de biomasa: 34% en peso de residuo

Composición en % en peso del producto combustible obtenido a partir de RDF

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7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO

7.5. Comparativa Composición RDF-Biomasa

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Factor de emisión de CO2 global

Poder calorífico

Emisiones específicas de

CO2 global

Posibilidad de energía

renovable

Emisiones específicas de

CO2 fósil

Factor de emisión de CO2 fósil

g CO2/MJ MJ/kg g CO2/kg % g CO2/kg g CO2/MJ

Carbón puro 111 8,6 955 0 955 111

Carbón de antracita 93 29,7 2762 0 2762 93

Fuel-oil 74 35,4 2620 0 2620 74

Gas natural 56 31,7 1775 0 1775 56

Combustible RDF 71 15 1065 66,8 354 24

Fuente de energía

EMISIONES EFECTIVAS DE CO2 A LA ATMÓSFERAComparación entre fuentes de energía fósiles y energía procedente de RDF

7. CARACTERÍSTICAS DELCOMBUSTIBLE ALTERNATIVO

7.6. Emisiones de CO2

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8. VENTAJAS DEL SISTEMA PROPUESTO

•Sostenibilidad Medioambiental y Social

•Valorización del Residuo No Aprovechable como Energía Eléctrica y/o Biocombustible

•Recuperación de Calor

•Instalación de Vertido Mínimo, reduciendo al máximo la necesidad de Vertederos

•No Produce Cenizas y/o Escorias

•No Emite Gases Contaminantes

AHORRO DE EMISIONES DE CO2 Y GASES DE EFECTO INVERNADERO, POR LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE

Y ELIMINACIÓN DEL VERTEDERO