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La batalla contra los COV’s
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Muchas industrias reconocen hoy día que la prevención es la fórmula más simple, menos costosa y más efectiva para eliminar o limitar las emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles. Aquí se explica cómo un diseño orientado hacia la prevención y modificación de los procesos productivos es más rentable para la empresa y menos dañino para el medio ambiente.
Revista Nº 87 julio- agosto 2007
Cuando se desea suprimir o al menos limitar las emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV’s), lo primero que se piensa es en los sistemas de control estándar agregados: incineración, condensación refrigerada, adsorción en carbono, depuración mojada y flameado. Estas tecnologías son eficaces para controlar las emisiones de COV’s. Pero son caras. Y a veces pueden terminar generando otros contaminantes.
Sin embargo, un método alternativo que da resultados más que satisfactorios es la prevención de la contaminación por medio de la modificación de los procesos.
Las modificaciones anticontaminantes pueden ser bastante económicas y efectivas. Por ejemplo, cuando se reducen o eliminan los residuos, se disminuye el costo de materiales, lo que significa que con las mismas materias primas se puede producir más.
Los programas exitosos de prevención de la contaminación también traen consigo una mejora energética significativa en la conservación del agua y en una mejor calidad final del producto. Además, los programas de prevención se traducen en ahorros considerables de costos en lo que se refiere al cumplimiento de las normas legales.
Gestión Global
En el último tiempo se advierte una cierta inclinación de la industria hacia una gestión ambiental más global, en lugar de concentrarse exclusivamente en el control de la contaminación.
La mayoría de los grandes productores de químicos (3M, Down, Dupont y Borden) han adoptado programas oficiales de prevención.
3M señala categóricamente que “la prevención representa la dirección futura de todos los esfuerzos de mitigación de la contaminación en 3M”.
La modificación de los procesos para reducir las emisiones de COV’s se puede hacer para una instalación existente o se puede incorporar en la fase de diseño de una planta nueva. Al identificar los problemas ambientales potenciales durante las fases de desarrollo y diseño para un proceso o una fábrica nueva, las dificultades se pueden resolver antes que el proceso esté en pié y a un costo menor.
Las estrategias de diseño incorporan los criterios tradicionales para satisfacer los requerimientos funcionales a costos reducidos y también integran consideraciones ambientales. Ahora bien, los componentes ambientales de estas estrategias pueden variar desde elementos muy limitados y específicos, tales como un diseño para mayor reciclabilidad, hasta diseños de ciclo de vida integral.
Un método sistemático para el diseño de procesos es el uso de procedimientos de concepción jerárquicos. Estas técnicas se pueden emplear para explorar concesiones entre las inversiones de capital, los costos de explotación y los impactos ambientales. La premisa del análisis jerárquico es que el diseño del proceso progresa por una serie de decisiones que proporciona niveles sucesivos de detalles.
Al identificar las decisiones claves y ponerlas en práctica en el orden correcto, es posible identificar opciones de diseños buenas. Las modificaciones del diseño de los procesos podrían manifestarse en la selección de las materias primas, el diseño de los equipos y la optimización de las condiciones de explotación.
Selección de Materias Primas
La selección de las materias primas es un componente clave para determinar el potencial de emisiones del proceso. Además, deben estar comercialmente disponibles y debe considerarse su costo. También se debe estudiar el manejo de los materiales, incluyendo las consideraciones de seguridad. No obstante, aún en el marco de estas restricciones podría haber varias materias primas alternativas adecuadas para el proceso. Pero, ¿cuál tendrá el menor impacto ambiental?
Una materia prima podría ser más barata que otra, pero también podría requerir de controles adicionales y muy costosos contra las emisiones, para satisfacer los reglamentos ambientales, haciendo que el material con el costo inicial más elevado sea más atractivo económica y ambientalmente.
El uso de catalizadores podría ser una manera bastante efectiva para reducir la emisión de contaminantes. Un catalizador, invariablemente, permite que una reacción prosiga en condiciones menos rigurosas de las que se requeriría ordinariamente a temperaturas más bajas.
Puesto que la evolución de los COV’s está directamente relacionada con la temperatura, el uso de un catalizador podría traducirse en una tasa de conversión superior y/o en menos reacciones secundarias, lo que a su vez podría implicar menos productos derivados o residuos que deban descartarse.
El diseño de los equipos es una fase crítica para la puesta en marcha exitosa de cualquier proceso nuevo.
Naturalmente el productor desea un equipo de elaboración diseñado para producir el producto de la manera más eficiente. Esta práctica no sólo asegura un margen de utilidad más elevado, sino que también redunda en la generación de un volumen más pequeño de productos derivados y/o residuos.
En reactores químicos, esto podría abarcar el uso de compuestos reciclados para convertir más materia prima en productos acabados y menos en elementos residuales. En los procesos de combustión, el diseño de la cámara debería optimizar la combustión con el fin de mejorar el uso de la energía y reducir la emisión de hidrocarburos sin quemar y de otros contaminantes.
Condiciones Optimas
En parte, el desarrollo del proceso y el diseño de los equipos consisten en el establecimiento de condiciones de explotación óptimas.
Tres parámetros claves son: la temperatura, la presión y el tiempo. Como regla general, las emisiones aumentan a medida que sube cada uno de estos parámetros (las emisiones de COV’s tienden a ser más elevadas a presiones y temperaturas superiores y con plazos de elaboración más largos).
De nuevo los requisitos de producción y la química restringen el proceso de selección: ciclos más largos de elaboración podrían derivar en emisiones incrementadas de COV’s, pero también podrían dar lugar a una tasa superior de conversión, lo que podría significar cantidades más reducidas de materiales residuales. Las reacciones deben proseguir a temperaturas elevadas de modo de lograr los niveles energéticos de activación en un plazo conforme con la cinética de la reacción.
Sin embargo, las condiciones de explotación se deberían controlar meticulosamente con el fin de minimizar aquellas condiciones con un índice potencialmente elevado de emisiones. Aquí de nuevo podría haber cierta interacción con la selección de las materias primas. Por ejemplo, alguna podría tener un precio inicial más elevado, pero podría necesitar de temperaturas y/o presiones de explotación más bajas y de plazos de elaboración más cortos, resultando en costos energéticos reducidos, condiciones de diseño menos severas y una tasa de emisión de contaminantes más baja.
Modificaciones Permanentes
La modificación de los procesos de instalaciones existentes puede y debería ocurrir continuamente, para mejorar la operación de los sistemas en términos de confiabilidad, de costos de explotación y de mantenimiento y reducción de las emisiones. Los mejores sistemas utilizan instrumentos de control de calidad, como por ejemplo la recolección de datos y controles estadísticos para mejorar la operación de los procesos y la calidad del producto.
Algunas de las modificaciones específicas que pueden afectar la emisión de COV’s incluyen cambios en las materias primas, la modificación de equipos o de condiciones de explotación existentes y la compra de equipos más eficientes (menos contaminantes).
Asimismo, la creación de esquemas de reciclaje también puede ser efectiva para controlar las emisiones de COV’s.
Cambiar de materias primas puede ser una técnica eficaz para eliminar la emisión de contaminantes dañinos. La compañía estadounidense, Allied-Signal Aerospace, recientemente desarrolló una nueva resina de moldeo para reemplazar una resina de ligadura utilizada en la manufactura de armas, que contiene un compuesto que se sospecha es cancerígeno. Oxychem reemplazó el tolueno como solvente en su planta de cloruro de polivinilo en Pasadena, Texas.
El cambio se tradujo en una reducción de 559.500 kilos de material residual por año y en una reducción del 40% en emisiones de COV’s. Además de aminorar la contaminación, se eliminó el costo de incinerar las 560 toneladas de desechos con el agregado que los sustitutos cuestan menos que el tolueno.
Los científicos de 3M también desarrollaron métodos para reducir o eliminar el uso de solventes en la manufactura de un buen número de productos.
Riker Laboratories, una planta farmacéutica de 3M, desarrolló un revestimiento para píldoras de medicina a base de agua, que reemplazó el revestimiento basado sobre solventes. Los cambios costaron US$60.000, pero eliminaron la necesidad de US$180.000 en equipos anticontaminantes.
Dupont sustituyó los solventes halogenados utilizados para el desgrasado en su planta petroquímica de Cape Fear, Carolina del Norte, por solventes a base de hidrocarburos, reduciendo con ello de ocho a tres el número de materias residuales registradas como peligrosas.
Los cambios en equipos de elaboración pueden derivar en reducciones considerables de la contaminación. Recientemente, Dow redujo la emisión de hidrocarburos en su planta de Luisiana en un 92%, por medio de su condensación y recuperación en la manga de ventilación de sistemas de enfriamiento de circuito cerrado, de la incineración y de sistemas de reutilización/reciclaje. Estas no son tecnologías nuevas, sino aplicaciones nuevas de tecnologías antiguas.
La industria de la pulpa y papel ha estado experimentando con agentes alternativos de blanqueado y de deslignificación en un esfuerzo por disminuir la formación de compuestos clorados peligrosos. Estos esfuerzos varían desde la modificación de operaciones existentes de blanqueado por cloro graduando la adición de cloro y sustituyéndolo por dióxido de cloro, hasta el desarrollo de procesos alternativos de blanqueo, como por ejemplo con peróxido de hidrógeno y ozono. También se han dirigido los esfuerzos hacia la reducción de los contaminantes de fuentes externas de la industria del proceso de manufactura de papel, tales como preservadores de madera de pentaclorofenol y desespumadores base aceite.
Las industrias del revestimiento de superficies, como las de la pintura y la impresión, se han estado cambiando a pinturas y tintas con menos solventes orgánicos en un esfuerzo por satisfacer los reglamentos más estrictos de contaminación atmosférica.
Simultáneamente, los productores de tinta y pintura han creado productos con un contenido orgánico reducido, que son ambientalmente más atractivos mientras todavía satisfacen los requisitos de los clientes.
Los ejemplos de revestimientos de superficie menos contaminantes que se están utilizando actualmente en numerosas aplicaciones, incluyen revestimientos curables por rayos ultravioletas a base de agua, polvo y de alto contenido de sólidos.
Sandia National Laboratories (EUA) ha sido pionera en el desarrollo de tecnologías limpias para la galvanoplastia y las operaciones de acabado metálico. Su método para reducir la contaminación incluye soluciones a corto plazo, como la de disminuir el volumen de solventes de limpieza utilizados, y soluciones a largo plazo como la sustitución por materiales no tóxicos o, como en el caso del soldeo sin fundente, reemplazando el proceso con uno que elimina el uso de materiales tóxicos.
La modificación de procesos, como el reciclaje, se ha empleado para cosechar beneficios inmediatos. Por ejemplo, se utiliza el control de los procesos para extender la vida de un baño galvanoplástico y por consiguiente reducir la frecuencia del vertimiento de desechos. Sandia creó solventes alternativos para eliminar los residuos de fundentes de soldeo y fabricar cabezales de cerámica, y ha eliminado la limpieza con solventes para ciertos componentes ópticos de alta precisión.
La modificación de equipos podría involucrar alteraciones extensas, como el reemplazo de un equipo de elaboración por otro tipo menos contaminante, o podría abarcar sólo cambios menores del equipo tales como el uso de los quemadores que se dicen “limpios” y que emiten cantidades más bajas de COV’s y de otros contaminantes. El uso de aire de combustión enriquecido con oxígeno también puede ser un medio eficaz para lograr una combustión más eficiente con menos contaminación.
Otras Técnicas
La mayoría de las técnicas anticontaminantes arriba señaladas son específicas para un proceso determinado. En una instalación grande, donde muchos procesos podrían estar obrando recíprocamente unos con otros, como en una refinería petrolera o una planta química, se requiere de un método más estructurado hacia la prevención de la contaminación. Uno de estos sistemas es el “Pinch AnálysisSM” o “análisis por pulgadas”, desarrollado por Amoco Corporation, que involucra cinco fases.
Primero, se generan datos iniciales, incluyendo los equilibrios de temperatura y masa y las emisiones de la planta. Luego se realiza un análisis de la circulación de energía y de los objetivos, que determina la selección de los servicios públicos y evalúa las emisiones relacionadas con la combustión. Un análisis del equilibrio de la masa ayuda a identificar las opciones preliminares de reducción de emisiones. Cada opción potencial se estudia entonces y se descartan las que son imprácticas. Finalmente, se establece la alternativa de prevención más atractiva.
En los Estados Unidos se puede obtener ayuda para desarrollar programas de prevención de la contaminación de varias fuentes, incluyendo de la Chemical Manufacturing Association; del Centro de Tecnologías de Reducción de Desechos del AICHE (Instituto de Ingenieros Químicos de los Estados Unidos) y de la Oficina de Prevención de la Contaminación de la Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA).
Finalmente, los mejores equipos y procesos no pueden funcionar eficazmente sin un mantenimiento apropiado. Los beneficios de los programas anticontaminantes más efectivos se pueden erradicar completamente con una sola fuga o el mal funcionamiento de una máquina.
Los programas de mantenimiento se extienden por todo el espectro: desde no hacer nada hasta la instalación de programas sofisticados de control para la detección de COV’s. Claro está que mientras más automatizado y regulado esté el programa de mantenimiento, mayor será el potencial de minimizar las emisiones y de evitar escapes desastrosos de COV’s y de otros contaminantes al medio ambiente. Los reguladores están estipulando con cada vez mayor frecuencia programas más estrictos de supervisión y de mantenimiento.
Se deben establecer prácticas de limpieza junto con programas apropiados de mantención. Los recipientes de líquidos orgánicos volátiles deben mantenerse cerrados y almacenados en ubicaciones adecuadas; los trapos y escombros grasosos deberían guardarse en recipientes cerrados para evitar la volatilización de las materias orgánicas así como para evitar el riesgo de incendios. Los derrames de compuestos orgánicos volátiles deben limpiarse de inmediato.
Muchos estados requieren que las fuentes de contaminación preparen planes de contingencia en caso de un derrame accidental. Que sea esto un requisito o no, la concepción de un plan parecido fuerza a los industriales a repasar todas las fases de un proceso y, de ocurrir un accidente, a formular planes para minimizar las cantidades de contaminantes descargadas. Este proceso es una manera excelente de identificar áreas potenciales de prevención de la contaminación.
Para resumir, estos esquemas de control y diseño integral de los procesos representan una gestión lógica e integrada de cuestiones ambientales. A largo plazo, una combinación de estos programas con controles adicionales demostrará ser el método más eficaz para limitar las emisiones de COV’s y de otros contaminantes.
Un programa similar requiere de la cooperación y el entrenamiento de todos los miembros del equipo de manufactura, desde los niveles superiores de la gerencia de la compañía hasta los técnicos de mantenimiento. A menos que todas las personas involucradas en el proceso se comprometan a funcionar de manera ambientalmente sana, las modificaciones en los procesos con equipos adicionales anticontaminantes serán ineficaces.
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