Naciones unidas ep



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B. Conclusiones: Procesos que utilizan mercurio




B.1 Producción de cloro álcalis


El cloro y el hidróxido de sodio suelen producirse simultáneamente mediante uno de tres procesos básicos: diafragma, mercurio y membrana. La coproducción de cloro e hidróxido de sodio se basa en la electrólisis de soluciones de cloruro de sodio, en las que la solución se descompone en cloro mediante electrólisis en el ánodo de la pila y el hidróxido de sodio en el cátodo. En 2001, estos tres procesos de coproducción representaban el 95% de la capacidad total de cloro del mundo. Otros procesos menos utilizados son la electrólisis del cloruro de hidrógeno, subproductos de la producción de metales y el coproducto de la producción de nitrato de potasio.
Proceso basado en la pila de mercurio

Información general sobre el proceso

El proceso basado en la pila de mercurio (pila Castner-Kellner) se introdujo en 1892. Este proceso consiste en dos células, el electrolizador primario (salmuera) y la pila de descomposición. En el electrolizador primario, la salmuera que contiene cloruro de sodio fluye a través de una cuba inclinada que contiene una delgada capa de mercurio en el fondo. La corriente eléctrica en la célula descompone la salmuera en gas de cloro en el ánodo y sodio metálico en el cátodo de mercurio. En el cátodo se forma una amalgama líquida con mercurio. La amalgama fluye entonces del electrolizador primario a la pila de descomposición donde reacciona con el agua y un catalizador para formar hidróxido de sodio y gas de hidrógeno. El mercurio libre de sodio regresa entonces al electrolizador primario para volver a ser utilizado. Una enorme desventaja de este proceso es que se libera mercurio a la atmósfera.



Procesadores representativos:

A continuación se indican los procesadores representativos de cloro álcalis que utilizan el proceso basado en la pila de mercurio.

Cuadro B1.1: Procesadores representativos de cloro álcalis que utilizan el proceso basado en la pila de mercurio


Procesador

Lugar

Sitio web

Akzo Nobel

Oulu (Finlandia)

www.akzonobel.com


Solvay

Bussi (Italia)

www.solvay.com




Alternativa 1: Proceso basado en la pila de diafragma

Información general sobre el proceso

El proceso basado en la pila de diafragma (pila Griesheim) se introdujo en 1885. Las reacciones del proceso basado en la pila de diafragma ocurren en una sola célula. Se utiliza un diafragma para separar el cloro en el ánodo y el hidrógeno y la sosa cáustica producidos en el cátodo. Una desventaja del proceso basado en la pila de diafragma es que el diafragma suele fabricarse de amianto, que es un material tóxico; sin embargo, se pueden utilizar diafragmas que no sean de amianto.


Procesadores representativos:

A continuación se indican los procesadores representativos de cloro álcalis que utilizan el proceso basado en la pila de diafragma.

Cuadro B1.2: Procesadores de cloro álcalis representativos que utilizan el proceso basado en la pila de diafragma


Procesador

Lugar

Sitio web

Anwil

Wloclawek (Polonia)

www.anwil.pl


Norsk Hydro

Rafnes (Noruega)

www.hydro.com




Alternativa 2: Proceso basado en la pila de membrana

Información general sobre el proceso

El proceso basado en la pila de membrana se introdujo en 1970, y la primera planta industrial que utilizó este proceso se instaló en el Japón en 1975. La membrana suele ser un fluoropolímero que separa el ánodo del cátodo. La salmuera pasa a través del compartimento del ánodo y produce gas de cloro. Los iones de sodio pasan a través de la membrana hacia el compartimento del cátodo y forman una solución de sosa cáustica.


Las ventajas del proceso basado en la pila de membrana son la producción de una solución de sosa cáustica muy pura y menos necesidad de energía que los otros dos procesos. Su desventaja radica en que la salmuera tiene que ser muy pura y a menudo requiere un proceso de purificación previa costoso antes de la electrólisis.
Procesadores representativos:

A continuación se indican los procesadores de cloro álcalis representativos que utilizan el proceso basado en la pila de membrana.


Cuadro B1.3: Procesadores de cloro álcalis representativos que utilizan el proceso basado en la pila de membrana

Procesador

Lugar

Sitio web

Donau Chemie

Bruckl (Austria)

www.donau-chemie.at


Solvin

Jemeppe (Bélgica)

www.solvinpvc.com



Alternativa 3: Producción independiente de cloro e hidróxido de sodio

Los procesos basados en la pila de mercurio, de diafragma y de membrana por regla general producen simultáneamente cloro e hidróxido de sodio. Otro proceso sustitutivo del de pila de mercurio es producir cloro e hidróxido de sodio por separado. Por ejemplo, el cloruro de hidrógeno se puede convertir en cloro mediante electrólisis o por oxidación. También, cuando el cloruro de potasio se electroliza, produce cloro, hidrógeno e hidróxido de potasio.


El hidróxido de sodio también se puede producir por separado. Por ejemplo, el proceso de sosa tratada con cal ocurre cuando una solución acuosa de carbonato de sodio reacciona con óxido de calcio para formar hidróxido de sodio.
Demanda y utilización de mercurio

En el cuadro que figura a continuación se ofrecen datos sobre el uso del mercurio para la producción de cloro álcalis proporcionados por los países en sus respuestas a la solicitud de información del PNUMA o en otros documentos, entre ellos informes generados utilizando el Instrumental para el inventario de mercurio (MIT) del PNUMA.

Veinte países informaron sobre la demanda estimada de cloro para la producción de cloro álcalis. Las respuestas variaban entre 0 y 17.468 toneladas métricas de mercurio anuales, aunque diez países no informaron sobre la demanda de mercurio para la producción de cloro álcalis. Las respuestas sobre la demanda estimada de mercurio proporcionaron datos para varios años, incluso información que databa de 2004.

Cuadro B1.4: Demanda de mercurio para la producción de cloro álcalis (ordenada de mayor a menor)



País

Fuente de los datos

Demanda estimada de mercurio/Cantidad utilizada (toneladas métricas/año)

Rumania

SI

17.468

Francia

SI

16,5 (2004 a 2006)

(Variación: 14 a 19)



Pakistán

Otras

16,1

Estados Unidos

SI

11 (2006)

Siria

SI

10

Filipinas

MIT

4,46

(Variación: 0,525 a 8,4)



Argentina

SI

4.184

Reino Unido

SI

1

Suiza

SI

0,95

Suecia

SI

0,05

Belarús

SI

0

Camboya

MIT

0

Chile

MIT

0

China

Otras

0

Dinamarca

SI

0

Ecuador

SI

0

Japón

SI

0

Países Bajos

SI

0

Noruega

SI

0

Trinidad y Tabago

Otras

0

En el Instrumental para el inventario de mercurio se recomienda la recopilación de datos específicos de cada lugar para determinar el uso de mercurio en las plantas de cloro álcalis. No obstante, si no se dispone de esta información, entonces se utilizan los siguientes factores de insumo de mercurio por omisión en relación con la producción de cloro álcalis:

Coeficiente de insumo: 25 a 400 gramos de mercurio por tonelada de cloruro producida.


Filipinas utilizó este factor y lo aplicó a una capacidad de 21.000 toneladas de cloro al año para determinar su demanda anual de mercurio para una producción de cloro álcalis de 0,525 a 8,4 toneladas.

En un informe publicado en noviembre de 2006 con el título “Resumen de la información sobre la oferta, el comercio y la demanda de mercurio”, el PNUMA informaba de la estimación del consumo de mercurio por producción de cloro álcalis a nivel mundial: Las estimaciones sobre el consumo de mercurio publicadas en ese informe figuran en el siguiente cuadro.


Cuadro B1.5: Proceso basado en la pila de mercurio: consumo de mercurio (2005)


País/región

Consumo neto total de mercurio (toneladas métricas)

Mercurio reciclado y recuperado de desechos (toneladas métricas)

Consumo total de mercurio (toneladas métricas)

Europa

147

25 a 40

175 a 190

Estados Unidos

9

35 a 60

45 a 70

Brasil

10 a 15

0 a 5

11 a 25

India

20 a 28

0 a 5

20 a 35

Rusia

25 a 45

0 a 5

25 a 50

Otros

120 a 180

10 a 40

140 a 210

Total

350 a 430

90 a 140

450 a 550

Fuente: PNUMA, 2006

En el caso de los Estados Unidos, existe una similitud entre los valores de consumo de mercurio proporcionados en el presente informe (9 toneladas en 2005) y el valor indicado en la respuesta a la solicitud de información (11 toneladas en 2006). Rusia, la India y el Brasil no proporcionaron respuestas a la solicitud de información que permitan comparar las estimaciones del PNUMA.



Nivel de sustitución del mercurio y experiencia con productos alternativos

En los cuadros que figuran a continuación se ofrece la información proporcionada por los países acerca de sus experiencias con la adopción de tecnologías alternativas o con productos alternativos en el caso de la sustitución del mercurio en la producción de cloro álcalis por otros medios. La información que figura en los cuadros se obtuvo de las respuestas a la solicitud de información del PNUMA, el Instrumental para el inventario de mercurio (MIT) y otras fuentes. En algunos casos, los cuadros contienen una versión abreviada o revisada de la respuesta a la solicitud de información.


Cuadro B1.6: Países que respondieron con un nivel de sustitución “2”


País

Fuente de los datos

Experiencia con la adopción de nuevas tecnologías o productos alternativos - Nivel de sustitución “2” – existen productos alternativos que se utilizan de ordinario

Argentina

SI

Dos plantas de producción de cloro álcalis pasaron de la tecnología de pilas de mercurio a la de diafragma en 2006. La tecnología de pila de mercurio se sigue utilizando en cerca del 37% de la producción total de cloro álcalis.

Brasil

SI

Hay ocho plantas de producción de cloro álcalis en el Brasil. En cuanto a las nuevas plantas de producción de cloro álcalis, se prohíbe el uso de pilas de mercurio y de diafragma de amianto para la producción de cloro.

Francia

SI

El 50% del cloro se produce con otras técnicas.

Alemania

SI

Se informó de un nivel de sustitución de “1 a 2”. Experiencia positiva.

Japón

SI

El proceso basado en la pila de mercurio fue sustituido por el método de intercambio de iones con pilas de membrana en todas las fábricas de sosa cáustica del Japón en 1986.

Países Bajos

SI

Desde 2006, la producción de cloro álcalis en los Países Bajos se adaptó a las mejores técnicas disponibles que no utilizan mercurio.

Noruega

SI

No se utiliza mercurio en esta industria en Noruega.

Suecia

SI

Funciona una planta de cloro álcalis a base de pila de mercurio que utiliza unas 200 toneladas de mercurio en las células. Esta planta se convertirá a pilas de membrana en 2010. En los años ochenta, una planta efectuó la conversión a pilas de membrana con buenas experiencias. El costo de la inversión inicial es elevado, pero las pilas de membrana aprovechan mejor la energía que las pilas de mercurio, por lo que la conversión a pilas de membrana es económicamente favorable.

Suiza

SI

No se proporcionaron datos sobre experiencias en esta categoría.

Cuadro B1.7: Países que no enviaron respuesta sobre el nivel de sustitución



País

Fuente de los datos

Experiencia con la adopción de nuevas tecnologías o productos alternativos

No hubo respuesta en relación con el nivel de sustitución

Bangladesh

Otras

El mercurio se utiliza para producir cloro e hidróxido de sodio en una fábrica de papel en Karnaphuli.

Chile

MIT

La empresa de cloro álcalis Occidental Chemical Chile sustituyó su proceso de producción basado en la pila de mercurio por el de membrana en 1991.

Dinamarca

SI

Antes existía una sola planta industria en Dinamarca, pero cerró por problemas de seguridad (uso de cloro en medio de una gran ciudad) hace 20 años.

Ecuador

SI

La única empresa que fabrica cloro álcalis utiliza la tecnología de pila de membrana.

Irán

SI

El Ministerio de Petróleo y Aceites determinó aplicar un plan para instalar una nueva planta de producción de cloro álcalis con tecnología de membrana. Las viejas fábricas de cloro álcalis (3 unidades) se eliminarán poco después de que la nueva instalación esté lista para entrar en funcionamiento.

Pakistán

Otras

El 80% de la capacidad de producción de cloro álcalis utiliza la tecnología de pila de membrana y el 20% restante la de mercurio.

Eslovenia

SI

Nueva tecnología (pila de membrana).

Siria

SI

Se aplica una técnica que no utiliza mercurio.

Reino Unido

SI

Las tecnologías de membrana están muy desarrolladas, tienen éxito y su costos de funcionamiento es inferior al de la tecnología de mercurio. Sin embargo, el costo de capital de conversión de tecnología de mercurio a la de membrana es tan elevado que la conversión solo resulta viable a los efectos comerciales en el caso de las plantas con tecnología de mercurio que, en lo esencial, están llegando al final de su vida útil. En el plazo fijado por Euro Chlor para 2020 se reconoce que la mayoría de las plantas con tecnología de mercurio serán obsoletas para esa fecha.

Estados Unidos

SI

Gracias a un compromiso voluntario de reducir el mercurio contraído por el Instituto del Cloro de los EE.UU., en relación con la Estrategia binacional sobre sustancias tóxicas de los Grandes Lagos, la industria de cloro álcalis ha avanzado muchísimo en la reducción del uso de mercurio desde 1995. En el décimo Informe anual del Instituto a la EPA se señala una reducción de 92% entre 1995 y 2006 en el uso de mercurio para la producción de cloro y sosa cáustica en los EE.UU.

Ocho países respondieron con un nivel de sustitución de “2”, y uno, Alemania, con un nivel de sustitución de “1 a 2” en el caso de la producción de cloro álcalis. Estos países no comunicaron ninguna experiencia negativa con la transición a productos y procesos que no utilizan mercurio. Ningún país notificó un nivel de sustitución de “1” o “0”.


Además de las respuestas específicas de cada país acerca de la sustitución del mercurio que se señalaron anteriormente, existe información acerca de la sustitución total en Europa del uso del mercurio en la producción de cloro álcalis. Más de 20 millones de toneladas de cloro, sosa cáustica, e hidrógeno produjo la industria europea de cloro álcalis en 2007. De esta producción, el 43% se obtuvo con pilas de mercurio, 40% con pilas de membrana, 14% con células de diafragma y 3% con tecnologías alternativas. Estas cifras se aplican a las empresas miembros de Euro Chlor de 18 países. Además, todos los productores europeos de cloro álcalis tienen el compromiso de cerrar o convertir voluntariamente sus plantas a base de pilas de mercurio tan pronto sea factible, pero no después de 2020. (Euro Chlor, 2008, Andersson, 2008) En la India también hay un acuerdo voluntario en marcha con la industria, apoyado por el gobierno, para cerrar las instalaciones productoras de cloro álcalis a base de pilas de mercurio para 2012.
Resumen – Producción de cloro álcalis

Muchos países de todo el mundo que tienen plantas de producción de pilas de mercurio a base de cloro álcalis han reducido muchísimo su consumo de mercurio cerrando las instalaciones de producción de las pilas, reduciendo las emisiones de mercurio mediante el perfeccionamiento de las operaciones o han logrado la conversión del proceso al de pila de membrana. Estas conversiones se han realizado parcial o totalmente según las necesidades de cada instalación. Los cambios técnicos que suelen ser necesarios obedecen, por ejemplo, a que la pila de membrana necesita una salmuera más pura que la de mercurio y tal vez sea necesaria una segunda purificación en salmuera. Además de lograrse la reducción del mercurio en esta industria, existe el compromiso de cerrar o convertir instalaciones productoras de cloro álcalis de Europa y la India.


Aunque la conversión al proceso basado en la pila de membrana es técnicamente viable, los costos de conversión varían de un lugar a otro. Entre los factores importantes que influyen en los costos de conversión figuran la necesidad de aumentar la capacidad, el costo de la energía y los gastos de mantenimiento debido al tiempo que lleva funcionando la instalación productora de pilas de mercurio. En un informe publicado por la Comisión Europea en 2001, se informaba de costos de conversión en determinadas instalaciones de Europa, los Estados Unidos y el Japón. Esa cifra se convirtió a euros y se uniformó la capacidad de producción de cloro de las plantas. Los costos de conversión fluctuaron entre 213 y 700 euros (aproximadamente 336 a 1.104 dólares EE.UU.) por tonelada de producción anual de cloro. Los beneficios notificados como resultado de la conversión de pilas de mercurio a las de membrana son la reducción del consumo de energía, menos necesidad de mantenimiento y eliminación de los problemas de gestión del mercurio. (EC, 2001)
En el cuadro que figura a continuación se ofrece un desglose cuantitativo del nivel de sustitución en la producción de cloro álcalis, proporcionado por nueve países en sus respuestas a la solicitud de información.
Cuadro B1.8: Respuestas de países sobre el nivel de sustitución


Nivel de sustitución

Número de respuestas de países

Porcentaje de respuestas

2

8

88,9%

1 a 2

1

11,1%

1

0

0%

0

0

0%

En más del 50% de las respuestas a la solicitud de información sobre la producción de cloro álcalis se señalaba un nivel de sustitución de “2”, y no se enviaron respuestas negativas en relación con la transición a productos alternativos que no contienen mercurio. Esto indica que hay productos alternativos que se utilizan de ordinario en la mayoría de países de enviaron información sobre la demanda de mercurio. Además, más de dos países informaron de una demanda estimada cero de mercurio. Por tanto, el éxito de la transición a productos que no utilizan cloro quedó demostrado en el caso de la producción de cloro álcalis.

Cuadro B1.9: Resumen de la sustitución de cloro álcalis




Producción de cloro álcalis

Tecnologías alternativas conocidas

Viabilidad de la transición

Proceso de pila de mercurio



Transición exitosa demostrada





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