La jerarquía de gestión de residuos reconocida desde hace tiempo, en orden de preferencia, consiste en la prevención, la minimización, el reciclaje y la reutilización, el tratamiento biológico, la incineración y la eliminación en vertedero (véase la figura siguiente).

Jerarquía de gestión de residuos La figura muestra la jerarquía de gestión de residuos por orden de preferencia, empezando por la prevención como la opción más favorable hasta la eliminación como la menos favorable. Fuente: Drstuey vía Wikimedia Commons

Prevención de residuos

La alternativa ideal de gestión de residuos es evitar su generación en primer lugar. De ahí que la prevención de residuos sea un objetivo básico de todas las estrategias de gestión de residuos. Se pueden emplear numerosas tecnologías a lo largo de las partes de fabricación, uso o postuso de los ciclos de vida de los productos para eliminar los residuos y, a su vez, reducir o prevenir la contaminación. Algunas estrategias representativas son los métodos de fabricación respetuosos con el medio ambiente que incorporan materiales menos peligrosos o nocivos, el uso de modernos sistemas de detección de fugas para el almacenamiento de materiales, las técnicas innovadoras de neutralización química para reducir la reactividad o las tecnologías de ahorro de agua que reducen la necesidad de aportaciones de agua dulce.

Minimización de residuos

En muchos casos, los residuos no pueden eliminarse por completo de una serie de procesos. Sin embargo, pueden aplicarse numerosas estrategias para reducir o minimizar la generación de residuos. La minimización de residuos, o reducción en origen, se refiere a las estrategias colectivas de diseño y fabricación de productos o servicios que minimizan la cantidad de residuos generados y/o reducen la toxicidad de los residuos resultantes. A menudo, estos esfuerzos surgen a partir de la identificación de tendencias o productos específicos que pueden estar causando problemas en el flujo de residuos y las consiguientes medidas adoptadas para detener estos problemas. En la industria, los residuos pueden reducirse mediante la reutilización de materiales, el uso de materiales sustitutivos menos peligrosos o la modificación de componentes de diseño y procesamiento. Se pueden obtener muchos beneficios mediante la minimización de los residuos o la reducción en origen, incluyendo un menor uso de los recursos naturales y la reducción de la toxicidad de los residuos.

Las estrategias de minimización de residuos son extremadamente comunes en las aplicaciones de fabricación; el ahorro del uso de materiales preserva los recursos pero también ahorra importantes costes relacionados con la fabricación. Los avances en el empaquetado racionalizado reducen el uso de materiales, el aumento de la eficiencia en la distribución reduce el consumo de combustible y las emisiones atmosféricas resultantes. Además, los materiales de construcción de ingeniería pueden diseñarse a menudo con propiedades favorables específicas que, cuando se tienen en cuenta en el diseño estructural general, pueden reducir en gran medida la masa y el peso totales del material necesario para una estructura determinada. Esto reduce la necesidad de un exceso de material y reduce los residuos asociados a la fabricación de componentes.

La industria de la limpieza en seco ofrece un excelente ejemplo de sustitución de productos para reducir la generación de residuos tóxicos. Durante décadas, las tintorerías utilizaron el tetracloroetileno, o «perc», como disolvente de limpieza en seco. Aunque es eficaz, el tetracloroetileno es un compuesto relativamente tóxico. Además, se introduce fácilmente en el medio ambiente, donde es muy recalcitrante debido a sus propiedades físicas. Además, cuando se produce su degradación, los productos derivados intermedios generados son más tóxicos para la salud humana y el medio ambiente.

Debido a su toxicidad e impacto en el medio ambiente, la industria de la limpieza en seco ha adoptado nuevas prácticas y utiliza cada vez más productos de sustitución menos tóxicos, incluidos los compuestos a base de petróleo. Además, las nuevas tecnologías emergentes están incorporando dióxido de carbono y otros compuestos relativamente inocuos. Aunque en muchos casos estos productos sustitutivos han sido exigidos por la normativa gubernamental, también se han adoptado en respuesta a las demandas de los consumidores y otras fuerzas del mercado.

Reciclaje y reutilización

El reciclaje se refiere a la recuperación de materiales útiles como el vidrio, el papel, los plásticos, la madera y los metales del flujo de residuos para que puedan incorporarse a la fabricación de nuevos productos. Con una mayor incorporación de materiales reciclados, se reduce el uso necesario de materias primas para aplicaciones idénticas. El reciclaje reduce la necesidad de explotar los recursos naturales para obtener materias primas, pero también permite recuperar los materiales de desecho y utilizarlos como valiosos recursos materiales. El reciclaje de residuos conserva directamente los recursos naturales, reduce el consumo de energía y las emisiones generadas por la extracción de materiales vírgenes y su posterior fabricación en productos acabados, reduce el consumo global de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático global, y reduce la incineración o el vertido de los materiales que se han reciclado. Además, el reciclaje genera varios beneficios económicos, incluido el potencial de crear mercados de trabajo e impulsar el crecimiento.

Los materiales reciclados más comunes son el papel, los plásticos, el vidrio, el aluminio, el acero y la madera. Además, muchos materiales de construcción pueden reutilizarse, como el hormigón, los materiales de asfalto, la mampostería y el acero de refuerzo. Los residuos vegetales «verdes» a menudo se recuperan y se reutilizan inmediatamente para aplicaciones de mantillo o fertilizantes. Muchas industrias también recuperan diversos subproductos y/o refinan y «vuelven a generar» disolventes para su reutilización. Algunos ejemplos son la recuperación de cobre y níquel de los procesos de acabado de metales; la recuperación de aceites, grasas y plastificantes mediante la extracción de disolventes de medios filtrantes como el carbón activado y las arcillas; y la recuperación de ácidos mediante el tostado por aspersión, el intercambio de iones o la cristalización. Además, se están recuperando una serie de aceites alimentarios usados que se utilizan en aplicaciones de «biodiésel».

Cada día se encuentran numerosos ejemplos de esfuerzos exitosos de reciclaje y reutilización. En algunos casos, los materiales reciclados se utilizan como materiales de entrada y se transforman en gran medida en productos finales. Algunos ejemplos comunes son el uso de papel de desecho para la fabricación de nuevo papel, o la transformación de latas de aluminio viejas en nuevos productos de aluminio. En otros casos, los materiales recuperados se someten a poco o ningún procesamiento antes de su reutilización.

Algunos ejemplos comunes incluyen el uso de residuos de árboles como astillas de madera, o el uso de ladrillos y otros accesorios en nuevas construcciones estructurales. En cualquier caso, el éxito del reciclaje depende de la recogida y el procesamiento eficaces de los materiales reciclables, de los mercados de reutilización (por ejemplo, la fabricación y/o las aplicaciones que utilizan materiales reciclados) y de la aceptación y promoción pública de los productos reciclados y de las aplicaciones que utilizan materiales reciclados.

Tratamiento biológico

La eliminación en vertederos de residuos que contienen fracciones orgánicas significativas está cada vez más desaconsejada en muchos países, incluido Estados Unidos. Estas prácticas de eliminación están incluso prohibidas en varios países europeos. Dado que el vertido no es una opción de gestión atractiva, se han identificado otras técnicas. Una opción es tratar los residuos para que los materiales biodegradables se degraden y la fracción inorgánica restante (conocida como residuos) pueda eliminarse posteriormente o utilizarse para un fin beneficioso.

La biodegradación de los residuos puede llevarse a cabo mediante métodos de compostaje aeróbico, digestión anaeróbica o tratamiento biológico mecánico (TMB). Si se puede separar la fracción orgánica del material inorgánico, se puede utilizar el compostaje aeróbico o la digestión anaeróbica para degradar los residuos y convertirlos en compost utilizable. Por ejemplo, los residuos orgánicos, como los residuos de alimentos, los residuos de jardín y el estiércol animal, que consisten en bacterias que se degradan de forma natural, pueden convertirse, bajo condiciones controladas, en compost, que luego puede utilizarse como fertilizante natural. El compostaje aeróbico se realiza colocando proporciones seleccionadas de residuos orgánicos en pilas, hileras o recipientes, ya sea en condiciones abiertas o dentro de edificios cerrados equipados con sistemas de recogida y tratamiento de gases. Durante el proceso, se añaden al material de desecho agentes de carga, como astillas de madera, para mejorar la degradación aeróbica de los materiales orgánicos. Por último, se deja que el material se estabilice y madure durante un proceso de curado en el que se destruyen simultáneamente los patógenos. Los productos finales del proceso de compostaje incluyen el dióxido de carbono, el agua y el material de compostaje utilizable.

El material de compostaje puede utilizarse en una variedad de aplicaciones. Además de su uso como enmienda del suelo para el cultivo de plantas, el compost puede utilizarse para remediar suelos, aguas subterráneas y aguas pluviales. El compostaje puede requerir mucho trabajo y la calidad del mismo depende en gran medida del control adecuado del proceso de compostaje. Un control inadecuado de las condiciones de funcionamiento puede dar lugar a un compost inadecuado para aplicaciones beneficiosas. No obstante, el compostaje es cada vez más popular; el compostaje desvió 82 millones de toneladas de material de desecho del flujo de residuos de los vertederos en 2009, lo que supone un aumento respecto a los 15 millones de toneladas de 1980. Este desvío también evitó la liberación de aproximadamente 178 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono en 2009, una cantidad equivalente a las emisiones anuales de dióxido de carbono de 33 millones de automóviles.

En algunos casos, los procesos aeróbicos no son viables. Como alternativa, se pueden utilizar procesos anaeróbicos. La digestión anaeróbica consiste en degradar residuos orgánicos mezclados o clasificados en recipientes en condiciones anaeróbicas. El proceso de degradación anaeróbica produce una combinación de metano y dióxido de carbono (biogás) y residuos (biosólidos). El biogás puede utilizarse para la calefacción y la producción de electricidad, mientras que los residuos pueden utilizarse como fertilizantes y enmiendas del suelo. La digestión anaeróbica es la degradación preferida para los residuos húmedos, frente a la preferencia del compostaje para los residuos secos. La ventaja de la digestión anaeróbica es la recogida de biogás; esta recogida y su posterior utilización beneficiosa la convierten en una alternativa preferible a la eliminación de residuos en vertederos. Además, los residuos se degradan más rápidamente a través de la digestión anaeróbica en comparación con la eliminación en vertederos.

Otra alternativa de tratamiento de residuos, el tratamiento biológico mecánico (TMB), no es común en los Estados Unidos. Sin embargo, esta alternativa se utiliza ampliamente en Europa. Durante la aplicación de este método, el material de desecho se somete a una combinación de operaciones mecánicas y biológicas que reducen el volumen mediante la degradación de las fracciones orgánicas de los residuos. Las operaciones mecánicas, como la clasificación, la trituración y el aplastamiento, preparan los residuos para el posterior tratamiento biológico, que consiste en el compostaje aeróbico o la digestión anaeróbica. Tras los procesos biológicos, la masa de residuos reducida puede someterse a incineración.

Incineración

La degradación de los residuos no sólo produce productos finales sólidos útiles (como el compost), sino que los subproductos de la degradación también pueden utilizarse como fuente de energía beneficiosa. Como se ha comentado anteriormente, la digestión anaeróbica de los residuos puede generar biogás, que puede ser capturado e incorporado a la generación de electricidad. Alternativamente, los residuos pueden ser incinerados directamente para producir energía. La incineración consiste en la combustión de residuos a temperaturas muy altas para producir energía eléctrica. El subproducto de la incineración son las cenizas, que requieren una caracterización adecuada antes de su eliminación o, en algunos casos, una reutilización beneficiosa. Se utiliza mucho en los países desarrollados debido a las limitaciones de espacio en los vertederos. Se calcula que anualmente se queman unos 130 millones de toneladas de residuos en más de 600 plantas de 35 países. Además, la incineración se utiliza a menudo para mitigar eficazmente los residuos peligrosos, como los hidrocarburos clorados, los aceites, los disolventes, los residuos médicos y los plaguicidas.

A pesar de las ventajas, la incineración suele ser vista de forma negativa debido a los elevados costes iniciales de construcción y a las emisiones de cenizas, que son tóxicas (véase la tabla anterior). En la actualidad, se están investigando y desarrollando muchos sistemas de «próxima generación», y la USEPA está elaborando nuevas normativas para controlar cuidadosamente las emisiones atmosféricas de las incineradoras en virtud de la Ley de Aire Limpio.

Eliminación en vertederos

A pesar de los avances en materia de reutilización y reciclaje, la eliminación en vertederos sigue siendo el principal método de eliminación de residuos en Estados Unidos. Como se ha mencionado anteriormente, la tasa de generación de RSU sigue aumentando, pero la capacidad total de los vertederos está disminuyendo. Las nuevas normativas relativas a la eliminación adecuada de los residuos y el uso de innovadores sistemas de revestimiento para minimizar el potencial de contaminación de las aguas subterráneas por infiltración y migración de lixiviados han provocado un aumento sustancial de los costes de eliminación de los vertederos. Además, la oposición pública a los vertederos sigue creciendo, inspirada en parte por los recuerdos de las prácticas históricas de vertido incontrolado y los efectos secundarios indeseables resultantes de vectores incontrolados, aguas subterráneas contaminadas, olores no mitigados y la consiguiente disminución del valor de la propiedad.

Figura 1: Vertedero moderno

Los vertederos pueden diseñarse y autorizarse para aceptar residuos peligrosos de acuerdo con la normativa RCRA Subtítulo C, o pueden diseñarse y autorizarse para aceptar residuos sólidos municipales de acuerdo con la normativa RCRA Subtítulo D. Independientemente de la designación de los residuos, los vertederos son estructuras de ingeniería que constan de sistemas de revestimiento inferior y lateral, sistemas de recogida y eliminación de lixiviados, sistemas de cubierta final, sistemas de recogida y eliminación de gases y sistemas de control de las aguas subterráneas. Para la ubicación, el diseño y la explotación de los vertederos se requiere un amplio proceso de autorización. También suele ser necesario un control posterior al cierre de los vertederos durante al menos 30 años. Debido a su diseño, los residuos de los vertederos se degradan de forma anaeróbica. Durante la degradación, se produce y recoge biogás. Los sistemas de recogida evitan la migración incontrolada de gas al subsuelo y reducen la posibilidad de que se produzca una situación explosiva. El gas capturado suele utilizarse en instalaciones de cogeneración para la calefacción o la generación de electricidad. Además, cuando se cierran, muchos vertederos se someten a un «reciclaje de tierras» y se convierten en campos de golf, parques recreativos y otros usos beneficiosos.

Los residuos suelen estar secos dentro de los vertederos y, como resultado, el ritmo de degradación de los residuos suele ser muy lento. Estas lentas tasas de degradación se unen a las lentas tasas de asentamiento inducidas por la degradación, lo que a su vez puede complicar o reducir el potencial de reutilización beneficiosa de la tierra en la superficie. Recientemente, ha surgido el concepto de vertederos con biorreactores, que implica la recirculación de lixiviados y/o la inyección de líquidos seleccionados para aumentar la humedad de los residuos, lo que a su vez induce una rápida degradación. El aumento de las tasas de degradación incrementa la tasa de producción de biogás, lo que aumenta el potencial de producción de energía beneficiosa a partir de la captura y utilización del biogás.