Sensores medioambientales en la gestión de residuos

Asunto: La preocupación por el impacto de los vertederos está aumentando, como parte de una conciencia cada vez mayor de los consumidores europeos respecto a la importancia de la protección medioambiental. La tecnología de sensores hace posible medir y controlar las sustancias que ingresan en los lugares de vertido y los contaminantes que surgen de ellos. Pero la explotación, o la adopción, de esta tecnología han sido menores de lo que se esperaba en el sector de la gestión de residuos.

Relevancia: Las políticas coordinadas europeas de ciencia y tecnología pueden contribuir a mejorar la explotación de la tecnología de sensores y conducir al desarrollo futuro de procesos más innovadores para la gestión de residuos. El establecimiento de objetivos inequívocos para la liberación de contaminantes de los lugares de vertido, tanto en forma de infiltraciones como en forma de gases, puede ayudar a la implantación de estas tecnologías.

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Impulso del Mercado - Gestión Europea de Residuos

Gran parte del coste de los métodos tradicionales de tratamiento (es decir, vertederos y plantas de aguas residuales) procede de reducir al mínimo las molestias para los que viven en las proximidades, es decir, olores, tráfico, etc. Esto se traduce en costes más altos para los operadores que intentan obtener permisos de planificación. La mejora de la detección de lo que entra y lo que sale de los lugares de vertido puede ayudar a los operadores a reducir estas molestias y así reducir la resistencia de "no, junto a mi casa" ("not in my back yard" NIMBY) que se opone a estas instalaciones. Además, las nuevas técnicas de gestión de residuos, tales como el compostaje o el reciclado, dependerán ampliamente de los sensores para vigilar y optimizar los procesos. Sin embargo, la investigación de sensores tropieza con obstáculos debido a la falta de cooperación y de intercambio de información entre los investigadores en ciencias médicas y biológicas y los de ingeniería microelectromecánica y de ciencias medioambientales.

Las iniciativas en gestión integrada de recursos en los Países Bajos y la regeneración de materiales en Austria, Suecia y otros lugares, utilizan sensores para desarrollar prácticas innovadoras de gestión de residuos. En todo el mundo, y especialmente en EE.UU., se están desarrollando tratamientos alternativos de residuos tales como la "biocorrección" ("bioremediation", proceso en el que se utilizan organismos vivos para degradar contaminantes orgánicos peligrosos o transformar contaminantes inorgánicos peligrosos hasta alcanzar niveles no perjudiciales para el medio ambiente en suelos, materiales subsuperficiales, agua, lodos y residuos) y otras técnicas como las "máquinas vivientes". Pero hasta que los sistemas estén desarrollados en forma masiva, de modo que puedan obtener suficientes economías de escala en los grandes mercados, no existirán incentivos para desarrollar nuevas técnicas de gestión de residuos. En consecuencia, es importante estimular y coordinar la I+D armonizada en gestión de residuos.

Generalmente, con unas pocas excepciones, la gestión de residuos en Europa no suele ser una industria de alta sofisticación tecnológica. Aunque las compañías emplean geólogos y geofísicos para planificar sus emplazamientos, frecuentemente carecen en absoluto de desarrollo tecnológico innovador para enfrentarse a barreras operativas o para generar nuevos negocios. Esto se debe, en parte, a la cultura de su base principal de clientes que suelen ser, sobre todo, las autoridades locales. Éstas contemplan el tratamiento de residuos como parte de un servicio social, más que como una oportunidad para desarrollar negocios basados en nuevas tecnologías. Estos clientes no suelen ser muy exigentes, de modo que no se valoran mucho las ventajas competitivas del desarrollo e implementación de tecnologías innovadoras.

Últimamente, la industria de gestión de residuos se ha centrado específicamente en el desarrollo de relaciones estrechas con los clientes. Existe una amplia gama de técnicas y de tecnologías en práctica en toda la Unión Europea. Algunos países como el Reino Unido y Alemania, por una combinación de razones históricas y geográficas, utilizan ampliamente los vertederos como técnica preferente. Otros estados utilizan una combinación de vertederos, reciclado e incineración. La "biocorrección" constituye otro planteamiento innovador pero ésta es aún una tecnología relativamente inmadura. En cuanto al desarrollo de una política europea sobre gestión innovadora de residuos es importante considerar la mejora de la gestión de vertederos como parte de un programa integrado de gestión de residuos. Este programa se debería centrar no sólo en las preocupaciones sobre los niveles de carga y la capa superior del suelo, sino considerar más bien los sistemas de recogida y tratamiento de infiltraciones a largo plazo con gradiente interno, por contener más que dispersar las infiltraciones (bombeo a depósitos de residuos o alcantarillas), aplicaciones de tierras contaminadas, e intervenir en el debate continuado sobre el co-vertido, de acuerdo con las directivas de la UE sobre reducción de sustancias biodegradables en los emplazamientos de vertederos.

También deberían considerarse los impactos de las contribuciones actuales o propuestas sobre las operaciones de vertedero, tales como el impuesto de vertidos, la propuesta de impuesto sobre materias primas y la legislación sobre recuperación de envases. Se pueden evaluar las experiencias de la industria de la construcción en el reciclado de algunos residuos y desecho de otros residuos, como material "paisajístico" y evaluar el uso de los sensores en el desarrollo de prácticas integradas y diversas de gestión de residuos que incluyen la minimización de residuos, el reciclado, el transporte a vertederos, el compostaje y la incineración. También podría imponerse provechosamente el uso de sensores para la segregación de corrientes de residuos, incluyendo el uso de compuestos aromáticos y sistemas olfativos electrónicos, sistemas visuales y tecnologías magnéticas de segregación. También debería considerarse el papel de los sensores en la reducción del impacto medioambiental del transporte de materiales reciclados/reciclables.

La preocupación principal de los responsables de la política de gestión de residuos incluye la factibilidad tecnológica de las soluciones y su relación coste-eficacia. También existen grupos locales con voz que podrían tener algunas perspectivas sobre cuáles son las técnicas de gestión de residuos que se utilizan en determinadas áreas. Sin embargo, coordinar las iniciativas de investigación y compartir las mejores prácticas puede ayudar a crear mercados de masa crítica que permitan la introducción de técnicas de gestión de residuos innovadoras y económicamente viables. La creación de soluciones basadas en sensores y normas comunes en toda la UE significa que se pueden desarrollar métodos de aceptación general sabiendo que habrá pocas barreras, basadas en normas, para el desarrollo de grandes mercados.

Otro papel clave que pueden desempeñar los responsables políticos para desarrollar y estimular la innovación en este campo es ayudar a la difusión de las políticas innovadoras de gestión de residuos basadas en la tecnología y hacer del uso de tecnologías de sensibilización más sofisticadas un ciclo de auto-refuerzo. Cuanto más se conozcan las condiciones asociadas a la gestión de residuos, mayor será el interés que se tome el público. A su vez, esto conducirá a una mayor voluntad pública para subvencionar y desarrollar innovaciones en sensores para su uso en gestión de residuos. Los niveles crecientes de sensibilización permiten a la sociedad saber más, pero también despiertan el deseo de más información.

Este ciclo puede reflejarse en el desarrollo de legislación sobre gestión de residuos. A medida que los sensores van siendo más sensibles y selectivos, la legislación para limitar los niveles de sustancias tóxicas analizadas se va haciendo cada vez más obligatoria. Esta legislación puede utilizarse, a su vez, para estimular a los operadores a invertir en la aplicación de nuevas tecnologías de sensores. Las emisiones principales de los vertederos son metano, procedente de las basuras biodegradables tales como papel y residuos de cocina, y toxinas, procedentes de plásticos de degradación lenta y otros compuestos químicos de los aparatos, así como detergentes, aceites y metales pesados. El primero de ellos, el metano, se ha abordado mediante nuevos límites de la UE para la emisión de metano de sustancias biodegradables, para estar en conformidad con las obligaciones sobre combustibles no fósiles (NFFO) acordadas en Kyoto.

El momento es adecuado para una actuación similar en relación con otras sustancias analizadas. Esto exigirá un consenso sobre los niveles y los tipos de compuestos que pueden medirse, así como sobre cuáles son los niveles peligrosos tanto para la salud como para el ecosistema. Los límites superiores de emisiones y los permisos negociables, como es el caso de los problemas de contaminación mundial tales como las emisiones de gases de efecto invernadero, podrían resultar inadecuados para los problemas de emisiones locales tales como los compuestos tóxicos de los vertederos. Si bien existe un imperativo para reducir todas las emisiones de sustancias peligrosas analizadas, la contaminación de lugares puntuales, como son los vertederos, actúa más directamente sobre aquéllos que viven en las proximidades de la instalación. Al mismo tiempo que el concepto "no junto a mi casa" (NIMBY) puede convertirse rápidamente en el concepto "no construir nada en las cercanías de algo" (build absolutely nothing anywhere near anything, BANANA), una política coherente reconocería la necesidad de instalaciones de gestión de residuos, pero podría estimular el desarrollo de sensores para vigilar, controlar y reducir el riesgo asociado al funcionamiento de dichas instalaciones.

Deberán investigarse modelos de techo de precio, en los que estén fijadas las reglamentaciones sobre los niveles convenientes de contaminantes y de sustancias analizadas y las empresas sean recompensadas o penalizadas en proporción a lo que sobrepasen o queden por debajo de estos niveles.

Impulso Tecnológico - Sensores Innovadores

Es necesario coordinar y estimular las políticas tanto de investigación de sensores como de gestión de vertederos y de residuos. La política de investigación de sensores deberá determinar el efecto de las innovaciones y de las soluciones técnicas tales como la implantación de la biodegradación microbiológica de compuestos químicos xenobióticos tóxicos, el rastreo a distancia, con olfateadores electrónicos, de compuestos presentes en el aire tales como los compuestos organofosforados, equipos para ensayos inmunológicos enzimáticos (ELISA) o biosensores enzimáticos así como la identificación de compuestos utilizando el "laboratorio en un chip" o "chips ADN". Las áreas de aplicación en gestión de vertederos, reciclado, compostaje y corrección de tierras contaminadas son muy abundantes. Además, el desarrollo posterior requiere un conocimiento más detallado de las interacciones químicas tales como el enlace. En este punto, existe un amplio espacio para la implicación de los investigadores en ingeniería química y biotecnológica en el proceso de desarrollo de nuevos sensores. Las direcciones de investigación más prometedoras en este campo abarcan nuevas tecnologías de sensores químicos basadas en la detección de cambios en un polímero, o una serie de polímeros, debidos al encuentro con una molécula de la sustancia analizada. El tipo de sustancia analizada puede deducirse por el grado de hinchamiento de un conjunto de varios polímeros.

Se han desarrollado ya una serie de tecnologías y otras muchas están en fase de desarrollo. Sin embargo, los sensores de vertederos exigen actualmente un equilibrio entre selectividad, sensibilidad, alcance y precio. Se dispone de sistemas actuales que detectan los niveles de contenido orgánico total (COT) en efluentes industriales, que se correlacionan directamente con la demanda biológica de oxígeno (DBO). Estos pueden adaptarse fácilmente para su uso en infiltraciones de vertederos. A medida que la legislación sobre vertederos y gestión de residuos se va haciendo más estricta, la simple vigilancia del carbono de la carga orgánica sobre el medio ambiente, o sencillamente la presencia de infiltraciones dentro o por debajo de los vertederos, va siendo menos importante. Lo que se exige, a bajo coste y en equipos robustos, son sistemas que detecten determinadas sustancias peligrosas específicas. Para una gestión eficaz de los vertederos se precisa no sólo la detección de la presencia de gas o de infiltraciones, sino también la de los tipos de compuestos químicos que contienen así como de sus concentraciones.

Para obtener la gama de aplicaciones de selectividad, sensibilidad, detección de concentración, robustez, y precio, la respuesta podría ser la llamada fusión de sensores. En ella se toman los resultados de una serie de diferentes sensores, y a través de un tratamiento adecuado de los datos, se elabora un gráfico de los tipos y de las concentraciones de las sustancias analizadas presentes. Una fuente principal de costes para muchos operadores de vertederos es el empleo de personal para vigilar las condiciones utilizando los sensores que han desarrollado. Sin embargo, esto puede reemplazarse desarrollando disposiciones inteligentes de sensores que vigilan a distancia y después comunican los datos, o bien por vía terrestre o bien por comunicaciones móviles, a una estación base de vigilancia. Las exigencias de ancho de banda de un sistema de esta clase pueden minimizarse emitiendo señales al operador solamente cuando los niveles de concentración se encuentren fuera de los parámetros predefinidos.

El proceso de especificación para sensores

Una falta de armonización de las especificaciones de los sensores, tipificados por diferentes compañías del mismo sector y con especificaciones diferentes para el mismo sensor, ha obstaculizado su implantación y ha dado lugar a un mercado fragmentado. Así se tiende a producir un pequeño volumen de productos, el precio unitario es alto, el desarrollo de nuevos productos está fuera de las posibilidades de la mayoría de los fabricantes, la compatibilidad con las normas nacionales e internacionales es dudosa y las oportunidades para crear un mercado de exportación son bajas. Generalmente, los mercados se construyen sobre normas, pero como la tecnología avanza más rápidamente que las normas, se produce la fragmentación y la tecnología no está disponible a precios razonables. Mediante agrupación de los requerimientos, las economías de escala resultantes significan que las compañías pueden garantizar que la tecnología que cumple estos requerimientos puede desarrollarse de forma económicamente viable. La implicación de los usuarios y de los vendedores en el proceso de desarrollo constituye también un factor importante para asegurar que se satisfacen las necesidades reales.

Las normas llevan retraso respecto a la tecnología de sensores y frecuentemente son manipuladas por las grandes compañías que buscan la protección de intereses creados, dando lugar al fracaso en el logro de la mejor relación posible precio/rendimiento, y al retraso en la decisión de compra hasta que las normas se hayan actualizado. Las normas representan a menudo la evolución de la preocupación pública y del interés por los temas. A medida que las normas evolucionan se puede obtener información más detallada y con frecuencia aumenta el interés público.

Conclusiones - Mejora de la Explotación de la Tecnología

Algunos cambios a nivel político pueden mejorar la implantación de la tecnología de sensores en la industria de gestión de residuos alineando el impulso tecnológico con el impulso de mercado. Un nivel creciente de comunicación entre los que desarrollan la política de gestión de residuos y los científicos de sensores, incluyendo tanto a los investigadores biológicos como a los electromecánicos, podría hacer que ambas áreas llegaran a ser más competitivas y eficaces. El objetivo sería asegurar que el desarrollo de la política de gestión de residuos se basa en la ciencia y en una evaluación realista de las tecnologías de las que se dispondrá en el futuro para la percepción y detección en la gestión de residuos. Además, el conocimiento de las oportunidades emergentes de mercado en la gestión de residuos puede asegurar que la investigación en ciencias de la percepción pueda llevarse hacia áreas de aplicación que representarán oportunidades significativas de mercado en el futuro.

La colaboración creciente entre las organizaciones responsables de la recogida y el vertido de residuos -actualmente las autoridades locales, o combinaciones públicas/privadas conocidas como empresas municipales de vertido de residuos (local authority waste disposal companies, LAWDC)- de toda Europa podría contribuir al desarrollo de prácticas innovadoras en la gestión de residuos así como ofrecer la oportunidad de establecer puntos de referencia entre las mejores prácticas. El Consejo Internacional de Iniciativas Medioambientales Locales (International Council of Local Environmental Initiatives, ICLEI) es una de estas organizaciones que pretende construir redes globales a nivel local. Se pueden extraer lecciones muy significativas de las iniciativas japonesas en este campo, tales como los experimentos de compostaje de lodos de plantas de tratamiento de aguas residuales antes de depositarlos en el vertedero. Ya existen redes que unen directamente entre sí a las autoridades locales. Algunas de ellas podrían utilizarse para catalizar esta colaboración.

Uno de los factores principales para facilitar el desarrollo de mercados fuertes de tecnología de sensores y de vigilancia para vertederos será un consenso claro sobre la toxicología de las especies y de los compuestos que pueden surgir en dichos vertederos. Existen claras amenazas para las comunidades locales y, posiblemente, para la contaminación de aguas superficiales y subterráneas. También existen peligros muy claros para los trabajos tradicionales de tratamiento de aguas residuales si éstas llegan a estar sobrecargadas con fuertes contaminantes industriales, por ejemplo, después de una lluvia intensa sobre los vertederos que puede provocar el fallo de la planta de tratamiento de aguas. Aquí se ofrece una clara oportunidad para adoptar el uso de sensores a distancia y dispositivos de captación y de transmisión de datos para comunicar estos peligros a las plantas de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, hasta que no exista un conocimiento claro de la toxicología y de los riesgos asociados (a nivel local, regional y mundial) de los compuestos que surgen de los vertederos, seguirá siendo difícil la implantación y el desarrollo de sensores para compensar los costes de las primas de seguros contra riesgos medioambientales.

Un proyecto eficaz de colaboración podría ayudar a usuarios, vendedores y legisladores a que cada uno de ellos comprenda las necesidades, la posición y las limitaciones de los otros. Constituiría una visión compartida de las prioridades para la aplicación de tecnología de sensores, así como de la forma en que funcionan las relaciones precio/rendimiento para especificar cada solución y quién necesita implicarse para lograr dicha solución. También catalizaría a grupos gubernamentales y legislativos relevantes, así como a la industria, para que alinearan las normas y la legislación existentes con el fin de actuar hacia una visión realista del modo en que debería cambiar la legislación para acomodarse a los nuevos conceptos sobre toxicología y riesgos asociados con las sustancias que surgen en los vertederos, tanto en funcionamiento como después de su clausura. Una lista de las tecnologías prometedoras para detectar los compuestos-objetivo identificados durante este proceso puede conducir a un debate sobre las relaciones precio/rendimiento. Esto tendrá entonces influencia sobre los responsables de la toma de decisiones para determinar el tipo de sustancia analizada que sea necesario vigilar en los vertederos y los niveles de concentración que se estimen aceptables.

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Palabras clave

gestión de residuos, sensores medioambientales, infiltraciones de vertederos, biocorrección, economías de escala, opinión pública, legislación, colaboración, compuestos tóxicos, niveles aceptables, riesgo toxicológico

Referencias

Norris, J.O.W., Westlake, K., Worrall, D.A., Development of Instrumentation for Remote Sensing in Contaminated Sites, Land Contamination and Reclamation, Vol. 1, No. 2. 1993.

Kingdon, C., UK Monitoring Opportunities in the Next Decade, CEST. Condujo a una reunión sobre Tecnologías de sensores, que culminó en el acuerdo para conceder un premio entre Siemens y Yorkshire Water, 1992.

Bradford, D., Dee Waste Minimization Programme, CEST. 1995.

CEST tiene experiencia en materiales, creó el Centro sobre Tecnologías de Adhesivos (CAT) y trabajó en ingeniería de superficies.

Agradecimientos

El autor desea agradecer al Dr. Peter Hewkin, a Celia Greaves y a Diana Bradford su ayuda en la preparación de este artículo.

Contactos

Simon Proops, CEST

Tel.: +44 171 354 99 42, fax: +44 171 354 43 01, correo electrónico: sproops@cest.org.uk

Celia Greaves, CEST

Tel.: +44 171 354 99 42, fax: +44 171 354 43 01, correo electrónico: cgreaves@cest.org.uk

CEST, 5 Berners Road, Islington, London N1 0PW

Sobre el autor

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Simon Proops es un analista financiero de CEST donde ha dirigido un estudio de gestión para MIT y ha ayudado a desarrollar un taller de Prospectiva para un importante productor de vinos y bebidas alcohólicas. Antes de entrar a formar parte de CEST, Simon Proops desempeñó una consultoría técnica en Montreal, Canadá, durante dos años y ha trabajado con Oki Electric Company and JA, la Cooperativa Agrícola Japonesa en Tokyo. Posee un MBA y es licenciado en Física.