Estudio de viabilidad para el aprovechamiento del biogas producido en el sitio de disposición final de Navarro, bajo los mecanismos establecidos en el protocolo de Kioto 2008 (página 2)
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carbono. Entre estas líneas de acción se encuentra el apoyo a la formulación de
proyectos, coordinación y trabajo conjunto con entidades y sectores relevantes.
Actualmente en el sitio de disposición de Navarro se genera biogás debido a la
descomposición de los residuos sólidos que se encuentran en dicho lugar. Estos
gases emitidos son una fuente de contaminación atmosférica que potencialmente
está contribuyendo a la calidad del aire local y al aumento de la temperatura de la
tierra, lo que podría originar importantes cambios climáticos con graves
implicaciones para la productividad agrícola.
En este estudio se plantea conocer la viabilidad de aprovechamiento del biogás
producido en el sitio de disposición final de Navarro, bajo los mecanismos
establecidos en el Protocolo de Kioto con el objeto de visionar ingresos económicos
para la empresa prestadora de servicio público EMSIRVA E.S.P., y la aplicación de
tecnologías para el mejoramiento ambiental y sanitario de la Ciudad de Cali.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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1.2. Formulación del problema.
Los rellenos sanitarios son hoy una importante fuente antropogénica de generación
de biogás a la atmósfera. El biogás es producido en forma natural por la
degradación de la materia orgánica de la basura y es principalmente una mezcla de
metano y de dióxido de carbono; Estas emisiones a la atmósfera contribuyen al
calentamiento global del planeta, pero es el metano el que representa la mayor
contribución al efecto invernadero debido a su potencial de calentamiento. Por lo
que podemos deducir que sus efectos no solo inciden en la comunidad aledaña al
sitio de disposición de residuos, sino también a la población global por efecto
aportante al cambio climático.
Como respuesta a esta problemática, se han implementado una serie de estrategias
en búsqueda de la reducción de los gases efecto invernadero, entre los cuales la
captura, quema o aprovechamiento de biogás es una de ellas, esto mitigaría los
impactos ambientales (incluyendo los malos olores y fugas que acarrea trazas de
compuestos carcinogénicos y teratogénicos que son incorporados al ambiente5),
aumentaría la seguridad operacional en el relleno y se aprovecharía en la
generación de energía.
El biogás generado en rellenos sanitarios puede ser capturado utilizando un
sistema de recolección de biogás que usualmente quema el gas por medio de
quemadores. Alternativamente el gas recuperado puede usarse de diferentes
maneras. Por ejemplo: producción de energía eléctrica a través del uso de
5
Manual para la operación de rellenos Sanitarios de México. Secretaria de Desarrollo Social de México.
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generadores de combustión interna, turbinas, micro turbinas o puede utilizarse
como combustible en calentadores de agua u otras instalaciones, etc.
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1.3. Sistematización del problema.
Este estudio consta de las siguientes etapas:
1.3.1. Recopilación, sistematización y análisis de la información compilada de las
fuentes secundarias. Los resultados obtenidos de la información, se almacenan y
sistematizan con el objeto de predecir el comportamiento del biogás y estimar su
uso potencial en su utilización como fuente de energía.
1.3.2. Estimación sistemática con Modelos computarizados de la recuperación
potencial del biogás en Navarro. Se utilizarán dos Modelos matemáticos con el
objeto de comparar, corroborar los resultados y disminuir el rango de
incertidumbre, tendiendo a acertar las estimaciones lo más posible.
Unos de los Modelos matemáticos a utilizar para calcular la generación de biogás
está basado en una ecuación teórica de degradación cinética de primer orden
utilizado por ajustarse a la condición de Navarro.6. Este modelo es alimentado por
datos específicos y provee automáticamente valores para el índice de generación
de metano (k) y la generación potencial de metano (L0) para el sitio de disposición
final de los residuos sólidos7.
El principal propósito del Modelo es provee proyecciones de generación y
recuperación de biogás teniendo en cuenta la eficiencia del sistema de recolección.
El otro modelo a utilizar es el denominado CORANÓSTOS, el cual está destinado a
simular el proceso de llenado de un relleno sanitario y calcula los gases y
6
Utilizado para sitios de disposición de residuos sólidos basado en condiciones reales de descomposición.
U.S. E.P.A.
7
Los valores de k y L0 varían dependiendo de variables climáticas.
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lixiviados que se van produciendo, en parte, por la biodegradación que sufren los
desechos orgánicos después de dispuestos y, en parte, por la infiltración de las
aguas lluvias que llegan a tener contacto directo con los lechos de basura dispuesta.
1.3.3. Cuantificación de la recuperación potencial de energía.
Se utilizará el Modelo recomendado por la Agencia Protectora para el Medio
ambiente de los Estados Unidos (U.S. EPA) para estimar el potencial de generación
de energía a partir del biogás.
1.3.4. Cuantificación de los beneficios ambientales causados, debido a la
reducción de emisiones a la atmósfera con el paso del tiempo.
Se presentarán datos proyectados a partir de las estadísticas de descargue de
residuos en el sitio de disposición de Navarro, el cual dará una respuesta clara de
estos beneficios.
Esta cuantificación se calculará a partir de procesamiento de datos, y otros
utilizando la herramienta sistemática recomendada por la U.S E.PA -Calculator
Emission Reductions and Environmental and Energy Benefits for Landfill Gas
Energy Projects- que definirán claramente las ventajas del aprovechamiento del
biogás, y de ahí parte el análisis para su posible implementación bajo los
mecanismos establecidos en el Protocolo de Kioto.
Se hace claridad que los datos publicados no referenciados en este estudio,
diferente a los de dominio público son realizados y calculados por el autor de esta
publicación.
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2. JUSTIFICACIÓN.
El estudio contribuirá las bases para la toma decisiones a la empresa EMSIRVA
E.S.P., a la cuidad de Cali, al Departamento del Valle del Cauca e indirectamente al
País, basándose en tres pilares fundamentales como son:
Crecimiento Económico. Hoy en día, en Colombia son pocos los proyectos
centrados en la captura8 e incineración o utilización de biogás. Sin embargo, la
implementación del estudio involucraría a profesionales y trabajadores
Colombianos que ganarían conocimiento y experiencia en este tipo de
emprendimientos, que representa una importante oportunidad para la
adquisición de tecnologías, que cumplen con los estándares internacionales
relacionados con aspectos de calidad, confianza, seguridad operacional y
medioambiente. Este conocimiento adquirido estaría disponible para llevar
adelante proyectos similares en otros rellenos sanitarios del País, con mayor
participación de componentes Nacionales en futuros emprendimientos.
Este tipo de emprendimiento agregaría valor al tratamiento de residuos sólidos,
generando empleos especializados y otros. Además, luego del estudio de
viabilidad, la futura implementación de este proyecto, las inversiones y gastos
operativos se solventarían en gran medida con ingresos de las regalías por la
venta de Reducciones Certificadas de Emisiones (RCE).
Protección del Medio Ambiente. La implementación del proyecto evitará
emisiones de gases efecto invernadero por un monto en toneladas de CO2
equivalente.
Asimismo,
el
proyecto
generará
beneficios
ambientales
8
La captura de metano, se ha vuelto atractiva para hacer negocios. Evitar que gran parte de los gases que
provocan el calentamiento terrestre llegue a la atmósfera puede ser un negocio millonario para los países en
vías de desarrollo desde que entro en vigor el Protocolo de Kyoto.
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relacionados con la posible utilización de energías renovables y la reducción de
emisiones de gases peligrosos y contaminantes, como lo son:
1. Reducción de compuestos hidrocarburos, excluyendo al metano, que
contribuyen a la formación de smog fotoquímico en el área local.
2. Reducción de los riesgos de incendio, a través de las mejoras en el manejo del
biogás.
3. Reducción de emisiones de gases con olores molestos y potencialmente
peligrosos que se encuentran en concentraciones trazas en el biogás (sulfuro de
hidrógeno (H2S), compuestos orgánicos volátiles (COV), etc.).
4. Reducción de emisiones fugitivas a través de la cobertura superficial del relleno
sanitario. Típicamente, el biogás genera un desplazamiento del oxígeno en la
tierra de cobertura, perjudicando el crecimiento de las raíces de los árboles,
arbustos o del pasto que podrían plantarse por sobre la cobertura final. Las
plantaciones protegerían la cobertura, evitarían la erosión del terreno y
minimizarían la intrusión de aguas lluvias, con una subsecuente disminución
en la generación de líquidos percolados.
Desarrollo Social. Como consecuencia de la realización del estudio y su futura
implementación del proyecto bajo los Mecanismos de Desarrollo Limpio —
MDL9-, la comunidad aledaña al relleno se beneficiará por el mejoramiento de
la calidad del aire y la disminución en los riesgos por un inadecuado manejo
del biogás. Este aspecto se debe tener en cuenta para proyectos futuros de
9
Es uno de los mecanismos del Protocolo de Kyoto para frenar el calentamiento global. Estos proyectos son
posibles gracias a esta herramienta del Protocolo de Kyoto, por el cual un país desarrollado invierte en
tecnología y reduce emisiones a cambio de certificados a su favor para cumplir con la meta de recortar un 5,2
por ciento su nivel de gases contaminantes respecto del nivel de 1990.
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expansión urbana o construcción de viviendas aledañas al sitio. Igualmente se
mejoraran las condiciones laborales y el estado de salud de los empleados y
demás personas que desarrollan actividades dentro del sitio de disposición por
estar sometidos a un menor riesgo.
Otro aspecto importante para desarrollar proyecto de generación de energía
provenientes de rellenos sanitarios son:
Los proyectos ayudan a destruir el metano, un gas potente del calor de
interceptación, y compensan el uso de recursos no renovables tales como
carbón, aceite gas y natural, para producir la misma cantidad de energía.
Esto puede evitar emisiones del usuario final del gas y de la central eléctrica
de CO2 y de los agentes contaminadores de los criterios tales como dióxido
de sulfuro (que sea un contribuidor importante a la lluvia ácida), materia de
partículas una preocupación de la salud respiratoria, óxidos del nitrógeno, y
remonta los agentes contaminadores peligrosos del aire.
Hay muchas opciones rentables para reducir emisiones del metano mientras
que genera energía.
Los proyectos ayudan a reducir la contaminación atmosférica local.
Los proyectos crean trabajos, ganancias, y ahorros de costo.
Otro aspecto a tener en cuenta es que el Mecanismo de Desarrollo Limpio dentro
del Protocolo de Kioto, el cual presta ayuda a las partes que no están incluidas en
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el Anexo I10 de la Convención (Colombia), en alcanzar el desarrollo sostenible
alentando la inversión y la transferencia de tecnologías11.
Además, la normativa ambiental vigente en Colombia provee incentivos
tributarios para proyectos de venta de reducciones de emisiones verificadas. La
Ley 788 de 2002 introduce modificaciones al Estatuto Tributario, entre ellas dos
incentivos para proyectos de reducción de gases de efecto invernadero. El Artículo
18, establece que esta exenta de renta por 15 años, “la venta de energía con base en los
recursos eólicos, biomasa o residuos agrícolas, realizada únicamente por las empresas
generadoras”, siempre y cuando el proyecto genere y venda certificados de
reducción de GEI y destine a obras de beneficio social el 50% de los recursos
obtenidos por este concepto. El Artículo 95, determina que la importación de
maquinaria y equipos destinados a proyectos que generen certificados de
reducción de GEI estará exenta de IVA. Además, existen interesantes incentivos
tributarios para estimular la inversión ambiental en la adopción de tecnologías
limpias, como lo son:
Exención sobre Impuesto a las ventas: Inversiones en control ambiental
(Art. 424-5 y Art. 428 del Estatuto Tributario, Ley 223 de 1995); Uso del
gas y generación de energía limpia (Art. 468 del Estatuto Tributario):
Exención sobre Impuesto a la renta y complementarios.
Incentivos para inversiones en control y mejoramiento ambiental
(Art.158- del Estatuto Tributario, Ley 6 de 1992).
10
Se considera a las partes que no están incluidas dentro del Anexo I del Protocolo de Kioto, a los países en
vía de desarrollo que hacen parte en la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático
y que tienen como objetivo principal alcanzar el desarrollo sostenible. Ley 24.295.
11
Respuestas a las preguntas planteadas por un grupo de 77 países y China sobre los mecanismos de
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flexibilidad. 1998.
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2.1. Alcances.
Este estudio se fundamenta en la búsqueda de alternativas rentables de
aprovechamiento de biogás, que puede ser utilizado como combustible y al mismo
tiempo en la disminución de Gases de Efecto Invernadero (GEI). Para tal efecto el
estudio de viabilidad, permita definir el potencial de rentabilidad de los gases
generados en el sitio de disposición final y su real aporte a la disminución de estos
gases contaminantes.
El estudio brindará una herramienta de planificación para el uso del sitio de
disposición final y su implementación contribuiría en beneficios ambientales,
contribuyendo a los objetivos para el desarrollo sostenible del Gobierno
Colombiano, de acuerdo con el articulo 4 de la ley 99 de 1993.
2.2. Limitaciones.
El estudio esta supeditado a la disposición de la información suministrada,
a su veracidad y claridad en el proceso de recolección por parte de la
empresa EMSIRVA E.S.P, para obtener información con mínimos rangos de
imprecisión.
Con relación a los sistemas de recolección de biogás, se tiene en cuenta que
la eficiencia va entre el 60% y 85% y normalmente, si no existe información
sobre la eficiencia especifica del sistema de interés, se toma en promedio de
75 % aunque raramente superan este porcentaje. Por lo anterior, cualquiera
de los métodos teóricos para estimar el potencial de generación de biogás de
un relleno sanitario tendrá altos grados de imprecisión. El único método
realmente confiable es la realizar mediciones directas en el campo de
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manera continua. El modelo de degradación de primer orden recomendado
por la U.S. EPA provee las mejores estimaciones mientras mejor sea la
información disponible suministrada para hacer los cálculos. Es por ello que
se trabajará con el minino del 50% de eficiencia.
Por otro lado el aspecto social donde la permanencia de recicladores que
laboran dentro del sitio de disposición de Navarro, el cual se aproxima a
más de 600 personas12, pueden inferir en la puesta en marcha del futuro
proyecto.
Para la implementación del proyectos se prevé barreras políticas basadas en
la baja prioridad para los entes municipales; Falta de interés político por el
metano; Desconocimiento del potencial del metano; Poco desarrollo del
sector Nacional por el contrario del internacional; Falta de conocimientos
técnicos; Barreras institucionales como enfoque distinto al del negocio;
Condiciones contractuales municipio – operador; Transición de botaderos a
rellenos sanitarios.
12
Dato relacionado en la solicitud de certificación enviada por EMSIRVA E.S.P a la CVC. Marzo del 2006.
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3. OBJETIVOS.
3.1 Objetivo general.
Realizar el estudio de viabilidad para el aprovechamiento del biogás
producido en el sitio de disposición final de Navarro, bajo los mecanismos
establecidos en el Protocolo de Kioto.
3.2 Objetivos específicos.
Estimar el uso potencial del biogás generado como fuente de energía.
Precisar sistemáticamente con Modelos computarizados de la recuperación
potencial del biogás en la zona de estudio.
Cuantificar la recuperación potencial de energía.
Cuantificar los beneficios ambientales causados.
Identificar los posibles usos del biogás como fuente de energía.
Definir los parámetros mínimos requeridos para que el proyecto este dentro
de las exigencias establecidas dentro del protocolo de Kioto.
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4. MARCO REFERENCIAL.
4.1. Antecedentes del protocolo de Kioto.
4.1.1. La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático –
CMNUCC-.
La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático –
CMNUCC-, es el primer instrumento internacional legalmente vinculante que trata
directamente el tema del cambio climático. Fue abierta para firmas en la Cumbre
de Río (1992)13, ocasión en la que 155 países la firmaron, entre ellos Colombia14.
La CMNUCC tiene como objetivo último: “la estabilización de las concentraciones
de gases de efecto invernadero en la atmósfera a un nivel que impida interferencias
antropogénicas peligrosas en el sistema climático. Ese nivel debería lograrse en un
plazo suficiente para permitir que los ecosistemas se adapten naturalmente al
cambio climático, asegurar que la producción de alimentos no se vea amenazada y
permitir que el desarrollo económico prosiga de manera sostenible.”
Para el logro de este objetivo central, la CMNUCC establece una serie de
compromisos —teniendo en cuenta las responsabilidades comunes pero
diferenciadas de los países que se han adherido a la misma—, los cuales deben ser
primeramente cumplidos por los países cuya responsabilidad histórica en el
agravamiento del problema global es más relevante. Los países en desarrollo, como
es el caso de Colombia, tienen la responsabilidad de acompañar el proceso de
mitigación del calentamiento global. El órgano supremo de la CMNUCC es la
13
La cumbre de río de Janeiro es una conferencia sobre el Medio ambiente y el Desarrollo convocada por las
Naciones Unidas, celebrada en Río de Janeiro (Brasil) en junio de 1992.
14
CMNUCC – http://unfccc.int/2860.php/.
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Conferencia de las Partes (COP), que se reúne periódicamente para impulsar la
implementación de la Convención.
La expectativa de que los países industrializados comenzaran a tomar medidas de
mitigación que revirtieran la tendencia histórica del aumento en la concentración
de GEI en la atmósfera no lograba concretarse. En consecuencia, en la COP 1
(Berlín, 1995) se decidió la redacción de un protocolo con compromisos
cuantificados de reducción de emisiones para los países desarrollados.
4.1.2. El Protocolo de Kioto.
En la COP 3, realizada en Kioto en diciembre de 1997, se adoptó el llamado
Protocolo
de
Kioto,
instrumento
legalmente
vinculante
que
establece,
principalmente, compromisos más estrictos de reducción y limitación de emisiones
de GEI para los países desarrollados (listados en el Anexo 1 de la Convención), y
un calendario determinado para cumplir dichos compromisos. El acuerdo
principal fue la reducción conjunta —en al menos un 5%— de las emisiones de GEI
para el período 2008-2012, comparadas con los niveles de 1990 (expresadas como
emisiones de CO2 equivalente), en cuotas específicas para cada país desarrollado.
El Protocolo de Kioto finalmente entró en vigor el 16 de febrero de 2005.
4.1.3. Mecanismo para un Desarrollo Limpio –MDL-.
El Mecanismo para un Desarrollo Limpio –MDL- fue establecido en el artículo 12
del Protocolo de Kioto, y se define como una actividad de proyecto que permite
reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Su propósito es doble. Por un
lado, ayudar a los países en desarrollo a lograr un desarrollo sostenible y
contribuir al objetivo último de la Convención, y por el otro, ayudar a los países
desarrollados a dar cumplimiento a sus compromisos cuantificados de limitación y
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reducción de emisiones contraídos en Protocolo de Kioto, a través de la transacción
de certificados de reducción de emisiones15.
4.1.4. La Conferencia de las Naciones Unidas para el Cambio Climático – Bali
(Indonesia) 200716.
En Bali, la ONU convoca simultáneamente la 13a Conferencia de las Partes (COP13)
de la CMNUCC y la tercera reunión de las partes del protocolo de Kioto (MOP3).
La Conferencia de las Naciones Unidas para el Cambio Climático en Bali 2007,
inició con buenos augurios al anunciar Australia que firmará el Protocolo de Kyoto
y al apuntar hacia el logro de un equilibrio para avanzar en las negociaciones
internacionales. La conferencia de dos semanas, la decimotercera de las 192 partes
de la Convención Marco de las Naciones Unidas para el Cambio Climático
(UNFCCC) y el tercero de las 176 partes del Protocolo de Kyoto, tiene entre sus
expectativas lograr un acuerdo en las negociaciones sobre el cambio climático para
después del año 2012, cuando expira la primera fase del Protocolo de Kyoto.
Un primer acuerdo significativo fue la aprobación de la implementación del "fondo
de adaptación", un aspecto central del Protocolo de Kyoto, para financiar medidas
y proyectos destinados a mitigar las consecuencias del cambio climático en el
Tercer Mundo, para compensar a los países en desarrollo por los bajos ingresos
que obtendrán si, en lugar de deforestar y practicar una agricultura de roza, tumba
y quema, deciden conservar sus árboles. El fondo proporcionará ayuda a los países
en vías de desarrollo para que se adapten a los efectos adversos del cambio
climático, como las sequías, las inundaciones y la pérdida de cosechas.
15
16
http://cdm.unfccc.int/ -Mecanismo de Desarrollo Limpio.
http://www.adnmundo.com/contenidos/ambiente/cambio_climatico_ma_111207.html
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El acuerdo prevé el desembolso procedente de ese fondo, que ha reunido 67
millones de dólares desde la firma del Protocolo de Kyoto, en 1997, mediante la
aplicación de un impuesto del dos por ciento a las transacciones que se realizan en
el marco del Mecanismo de Desarrollo Limpio. Este mecanismo contempla que las
empresas de las naciones industrializadas puedan cumplir sus obligaciones para
reducir las emisiones de gases de efecto invernadero financiando medidas de
reducción y proyectos no contaminantes en los países pobres.
El fondo es administrado por el Fondo Mundial para el Medio Ambiente (Global
Environmental Facility, GEF) que los gobiernos donantes establecieron hace 16
años para promocionar proyectos de conservación. El Banco Mundial actúa como
administrador, mientras un grupo de 16 miembros integrado por firmantes del
protocolo de Kyoto se encargarán de supervisarlo.
La decisión de adaptar el fondo fue la primera relevante del encuentro que
pretende establecer una "hoja de ruta" para los debates de los próximos dos años
que culminarán en un tratado global de cambio climático en sustitución del
Protocolo de Kyoto, que expira en 2012.
4.2 Marco contextual.
Uno de los escenarios propicios para desarrollar estas estrategias sería el sitio de
disposición final de residuos sólidos “Navarro”, que se encuentra ubicado en el
corregimiento del mismo nombre (ciudad de Santiago de Calí), donde actualmente
se produce biogás. Este sitio de disposición final es un lote de 42 Hectáreas que lo
conforman, actualmente hay 30 hectáreas ocupadas, de las cuales 17 Hectáreas
están conformadas por el vertedero antiguo (Cerro antiguo y Cerro Hospitalario) y
13 Hectáreas por los vasos transitorios. Desde 1.969 hasta septiembre del 2.001, los
residuos fueron dispuestos en el vertedero antiguo, posteriormente la disposición
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se realizó en los vasos transitorios. A los vasos transitorios han ingresado un
promedio de 1.667,2 toneladas diarias17 de residuos sólidos producidos en los
municipios de Cali, Yumbo, Jamundí y Candelaria durante el periodo 2002 y
2006.18
Teniendo en cuenta estos datos y la producción de biogás por material acumulado
en el sitio de disposición final “Navarro” por más de 40 años, podemos deducir
que ha generado toneladas de metano y dióxido de carbono en el cerro antiguo; Y
estimado que para los vasos transitorios (1, 2, 3, 4, 5, 6, C, D, F y otros), a partir del
año 2009 hasta el año 2030 se podrían obtener ingresos por concepto de las regalías
en la venta de estas emisiones mediante los Mecanismos del Protocolo de Kioto.
4.3 Marco teórico.
Los rellenos sanitarios producen biogás por descomposición de la materia orgánica
bajo
condiciones
anaeróbicas
(ausencia
de
oxígeno).
El
biogás
tiene
aproximadamente
partes
iguales
de
metano
y
dióxido
de
carbono
y
concentraciones minúsculas de compuestos orgánicos no metanitos (NMOC).
Ambos componentes principales (metano y dióxido de carbón) son considerados
gases de efecto invernadero (GEI) que contribuyen al calentamiento global, aunque
el Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC) no considera el dióxido
de carbono en el biogás como un GEI (es considerado elemento biogénico y parte
natural del ciclo de carbón).
El biogás se escapa del relleno sanitario naturalmente de dos maneras: migración o
ventilación por la cubierta. En ambos casos y sin controles ni captura, el biogás (y
por ende el metano) saldrá a la atmósfera. El volumen e índice de las emisiones del
17
18
Cálculos del autor.
Relleno sanitario de Navarro. www.emsirva.com.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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metano de un relleno sanitario están en función de la cantidad total de materia
orgánica enterrada en el relleno, su contenido de humedad, temperatura, técnicas
de compresión, tipo de residuos y tamaño de partículas. Aunque el índice de
emisión de metano declinará después de la clausura del relleno sanitario éste
continuará produciendo metano (30 años o más) después del cierre.
Sin embargo, el metano presente en el biogás es considerado un GEI. Por lo tanto,
la captura y combustión del metano (su transformación final a dióxido de carbono
y agua) vía un quemador, generador, caldero u otro aparato resulta ser una
reducción significante de las emisiones de gases invernadero.
Un método común para controlar las emisiones del biogás es la instalación de un
sistema de colección y control del biogás. Estos sistemas tienen un dispositivo
diseñado para la destrucción del metano y compuestos orgánicos volátiles (COV)
antes de ser emitidos a la atmósfera. De hecho, el metano es mucho más potente
como GEI que el dióxido de carbono con un potencial de caldeamiento 21 veces
más que el CO2.
El biogás de buena calidad (aquel con alto contenido de metano y bajos niveles de
oxigeno y nitrógeno) es utilizado como combustible para desplazar el uso de
combustibles convencionales. El valor de calentamiento del metano está entre los
400 y 600 Btus (Unidad térmica británica) por pie cúbico estandarizado (scf), el cual
es la mitad del valor del calentamiento de gas natural. Hay cientos de instalaciones
de recuperación de energía de biogás actualmente operando en los EEUU. Los usos
del
biogás
pueden
ser:
generación
eléctrica,
combustible
de
calderas,
transformación a gas de alto Btus, y como combustible de vehículos.
Hace algunos años, en América latina países como Argentina, Brasil y Chile vienen
desarrollando proyectos de utilización del biogás; particularmente en Colombia no
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se han generado muchos proyectos de este tipo, desaprovechando esta importante
fuente de energía, pero si mediante proyectos de reducción de emisiones
contaminantes a través de los mecanismos establecidos en el protocolo de Kioto.
4.4. Marco conceptual.
Actualmente, las circunstancias para al aprovechamiento del biogás están dadas y
con altas probabilidades de poderse llevar a cabo debido a que los entes
gubernamentales Nacionales e Internacionales que basan su economía y desarrollo
a partir de combustibles fósiles, han adquirido compromisos legales globales para
buscar alternativas de energías renovables que disminuyan la emisión de GEI.
Estos Protocolos y sus mecanismos muestran las facilidades comerciales, legales,
técnicas y tecnológicas para llegar a cumplir las metas de reducir emisiones. Para
países en desarrollo el biogás tiene mucha importancia en relación a su
comercialización
y
como
mecanismo
desarrollo
sostenible;
y
en
los
industrializados está aumentando la atención por este combustible para intentar
reducir la dependencia actual del petróleo.
El aprovechamiento del biogás inicia a partir del tipo de residuo sólido depositado
en el relleno, y estimado por la simulación de los Modelos en función del tiempo
de disposición, esto representa el uso potencial para aplicaciones energéticas, lo
que amplía la oferta, agrega experiencia y desarrollo tecnológico sobre el uso de
energías no convencionales.
El aprovechamiento o uso del biogás se remonta a la descomposición de los
residuos orgánicos, como el estiércol animal o los productos de desecho de los
vegetales que se utilizaban en las fincas o potreros, con el fin de suministrar
suficiente combustible para generar energía a dichas instalaciones.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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Hoy en día, las condiciones de aprovechamiento del metano que hace parte del
biogás como fuente de energía y del dióxido de carbono para la reducción de
emisiones de gases efecto invernadero, hacen considerar los estudios para la
implementación de un proyecto de captación y/o uso de biogás de rellenos
sanitarios, asociadas con la cadena productiva de la generación de RSU muy
rentable e interesante. En este sentido, se deben evaluarse cuidadosamente todos
los componentes – que van desde los entornos geográficos donde esta ubicado el
relleno hasta la idiosincrasia de producción y consumo de bienes y servicios – para
que se constituyan en un soporte sólido que sirva como insumo para el diseño de
la ingeniería de proceso y la ingeniería de detalle de los proyectos. Esta dinámica
ha generado una oferta tecnológica en continuo desarrollo, con particularidades.
Es así como se han desarrollado experiencias exitosas.
Hoy en el mundo, la utilización del biogás para su utilización en micro turbinas
para generación eléctrica, cada vez está ganando más aceptación sobre las otras
aplicaciones. En los Estados Unidos hay aproximadamente 2,000 sitios en los
cuales están funcionando rellenos sanitarios, están en construcción o están en etapa
de diseño o están clausurados. De estos rellenos, en 325 se realiza algún tipo de
aprovechamiento del biogás y por lo menos 500 más son candidatos para el
desarrollo de un proyecto de aprovechamiento. (U.S. E.PA. 2005).
Entre los países con proyectos exitosos de utilización del biogás como energético,
se tienen Argentina, Brazil, Italia, Reino Unido, España, Holanda, Francia, México
y Estados Unidos. En Colombia el uso del biogás bajo proyectos MDL,
históricamente, como proyectos demostrativos existen ocho ejemplos en diversas
etapas de estudio o implementación, que suman un potencial de reducción de
427,832 toneladas de CO2 equivalente / año19.
19
Ciro Serrano Camacho. Alternativas de utilización de biogás de rellenos sanitarios en Colombia.2006.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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La importancia de la recolección y equivalencia a CO2, y su incidencia en el
calentamiento global por su carácter de gas de efecto invernadero, se deduce del
Potencial de Calentamiento Global (GWP). El Tiempo de vida en la atmósfera
(años) para el CO2 es de 50 – 200 años con GWP en un horizonte de 90 es de 1 y el
Tiempo de vida en la atmósfera (años) para el CH4 es de 12 con un GWP, en un
horizonte de 90 años es de 2120.
La experiencia exitosa de proyectos pequeños de rellenos sanitarios, y el desarrollo
progresivo para contextualizar los Modelos de generación de la Agencia para la
Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA U.S) a entornos diferentes a Estados
Unidos, ha generado propuestas importantes de cuantificación del potencial del
biogás, lo cual debe articularse con los precios de los energéticos y los criterios de
Kyoto para, por lo menos, apalancar financieramente los proyectos de captación y
quemado del biogás.
4.5. Marco jurídico.
En Colombia, como respuesta a la Convención de Cambio Climático y al Protocolo
de Kioto, se han desarrollado estrategias legales como son las siguientes:
La Ley 164 de 1994, mediante la cual el Congreso de la República de
Colombia aprobó la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre
Cambio Climático, cuyo objetivo es la estabilización de concentraciones de
gases efecto invernadero – GEI en la atmósfera, a un nivel que impida
interferencias antropógenas peligrosas en el sistema climático.
La sesión número XIX del Consejo Nacional Ambiental, realizada el 16 de
Julio de 2002 en Bogotá D.C., en donde se aprobaron los “Lineamientos de
20
IPCC, 2001, Syntesis Report, p. 189.
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Política de Cambio Climático”, cuyo objetivo es identificar las estrategias
requeridas para consolidar la capacidad nacional necesaria que permita
responder a las posibles amenazas del cambio climático; y a las
disposiciones de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre
Cambio Climático y el Protocolo de Kioto, en función de potencializar las
oportunidades derivadas de los mecanismos financieros y cumplir con los
compromisos establecidos. Una de las estrategias, es la de: “1. Definir y
poner en marcha el marco institucional para el régimen Nacional de Cambio
Climático …”.
El documento CONPES 3242 del 25 de agosto de 2003 con la “Estrategia
Institucional para la venta de servicios ambientales de mitigación del
cambio climático” recomendó: Solicitar al Consejo Nacional Ambiental la
creación del Comité Técnico Intersectorial de Mitigación del Cambio
Climático, el cual orientará y elaborará propuestas relacionadas con la
mitigación de la Política Nacional de Cambio Climático en los temas de
reducción y captura de emisiones de gases de efecto invernadero y la
comercialización del servicio asociado; y actuará como órgano consultivo
del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial en la
Aprobación Nacional de proyectos del Mecanismo de Desarrollo Limpio –
MDL.
Sesión número XX del Consejo Nacional Ambiental del 29 de agosto de
2003, aprobó la creación del Comité Técnico Intersectorial de Mitigación de
Cambio Climático, con base en unos miembros permanentes principales
(Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, Departamento
Nacional de Planeación y COLCIENCIAS) y unos miembros temáticos de
acuerdo con el proyecto que se trate. Dentro de esta misma sesión, el
Consejo Nacional Ambiental solicitó al Ministerio de Ambiente, Vivienda y
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Desarrollo Territorial la elaboración del reglamento de este Comité Técnico.
Dentro de las funciones del CTIMCC esta Hacer el seguimiento de la
implementación del Mecanismo de Desarrollo Limpio en el país; Proponer
la estrategia para la consecución de recursos nacionales o internacionales
para desarrollar los programas y/o proyectos para la mitigación del cambio
climático y adelantar estudios y análisis previos de aspectos específicos de
la temática, según los requerimientos que se establezcan.
Con base en lo anterior, y lo ordenado en el Plan Nacional de Desarrollo
(Ley 812 de 2003), en su artículo 8, sobre descripción de los principales
programas de inversión, incluye dentro del componente de sostenibilidad
ambiental, la promoción de proyectos de reducción y captura de gases de
efecto invernadero; se hace necesario la creación y puesta en marcha de las
instancias requeridas para lograr la comercialización y venta del servicio
ambiental de reducción de emisiones.
El Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial solicitó al
Ministerio de Relaciones Exteriores su designación como Autoridad
Nacional para el Mecanismo de Desarrollo Limpio -MDL-, hecho que
configuró mediante la nota consular del 22 de mayo de 2002, radicada DM/
VAM/ CAA 19335 dirigida a la Secretaria de la Convención Marco de las
Naciones Unidas sobre Cambio Climático.
En desarrollo de este objetivo, el Protocolo de Kioto, aprobado por el
Congreso de la República de Colombia mediante la Ley 629 de 2000, fija
obligaciones cuantificadas de reducción de emisiones de gases efecto
invernadero – GEI- para países desarrollados que figuran en su Anexo “B”.
El Protocolo establece que estas reducciones deberán ser reales y alcanzadas
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dentro del primer periodo de compromiso comprendido entre los años 2008
al 2012.
La resolución número 0453 de abril 27 de 2004 “Por la cual se adoptan los
principios, requisitos y criterios y se establece el procedimiento para la
aprobación nacional de proyectos de reducción de emisiones de gases de
efecto invernadero que optan al Mecanismo de Desarrollo Limpio – MDL-”.
La resolución número 0454 de abril 27 de 2004. “por medio de la cual se
regula el funcionamiento del Comité Técnico Intersectorial de Mitigación
Climático del Consejo Nacional Ambiental.
En conclusión, El Mecanismo de cumplimiento del protocolo de Kioto ha
empezado a ser operativo, finalmente, en el año 2006, casi diez años después de su
previsión en el artículo 18 del Protocolo de Kyoto, y constituye actualmente el más
elaborado de los regímenes de control de cumplimiento previstos en los convenios
internacionales vinculados con la protección del medio ambiente.
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5. DISEÑO METODOLÓGICO.
El estudio sigue el siguiente procedimiento para analizar la información recopilada
y realizar así sus conclusiones cuantitativas y cualitativas:
5.1. Fase de diseño.
5.1.1. Recopilación, sistematización y análisis de la información recopilada de las
fuentes secundarias.
Con el apoyo de la empresa prestadora de servicio público de la ciudad -EMSIRVA
E.S.P-, se recopiló información de los registros de ingresos de residuos dispuestos
anualmente en el relleno transitorio de Navarro, de los cuales se realizo una serie
de procesamiento de datos cuantitativos y cualitativos con el fin de obtener el
porcentaje de residuos dispuestos (año y vaso de disposición) por tipo de residuo y
muchos más que se relacionan con el estudio.
Además de la información de los registros de ingresos de residuos dispuestos
entregada por la empresa -EMSIRVA E.S.P-, se estudiaron documentos técnicos,
medios de prensa, folletos informativos, hojas cálculos, estudios de casos similares,
software aplicados y documentos académicos relacionados con el área de estudio,
entre otros.
5.2. Fase de codificación o recopilación de los datos.
Inicialmente se realizo un análisis global de los residuos dispuesto según el tipo y
la distribución en el Departamento del Valle del Cauca, arrojando así información
cuantitativa de su disposición en Navarro. (Ver tabla 1).
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De los residuos sólidos de origen domiciliarios e industriales que van a Navarro u
otro sitio, se pudo establecer el porcentaje de residuos que se disponen (Ver tabla
2).
En el sitio de disposición de Navarro, fueron registrados el ingreso durante el
periodo 2002-2006 un promedio de basura mensual provenientes de más de 40
clientes, incluido las propias de la recolección de la empresa EMSIRVA E.S.P, que
aportaron residuos al lugar (Ver tabla 3).
La investigación conlleva a describir los residuos mas a fondo para poder saber
cual son aportante al proceso de gasificación. El resultado arrojado se describe en
las tablas 4, 5, 6, 7, 8 y 9 donde se observara las cantidades de residuos
putrescibles21 (orgánicos, restos de podas .etc) que alcanzaran un porcentaje menor
o mayor de los residuos de tipo ordinarios, clínicos, especial, rechazos industriales,
sólidos urbanos, limpieza de vías, tierra y escombros. Esta caracterización de los
residuos sólidos dispuestos en Navarro (Ver gráfica 7) dará un claro diagnostico
que respalde la producción de biogás y su cualidad energética.
Los datos necesarios para cuantificar el biogás producido para cada vaso utilizado
entre los periodos 2002 y 2008 nos llevan a realizar la descripción específica de las
fechas de inicio y cierre de cada vaso. Este proceso nos llevara a disminuir el rango
de error de datos y determinar con claridad el biogás producido en un periodo y
sitio de emisión (vaso).
21
La materia orgánica degradable puede variar y en general es altamente putrescible en países en desarrollo.
Esto afecta la estabilización y la producción de metano de 10 – 15 año para estos países. Factores asociados a
la generación de biogás. www.epa.gov.
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Los resultados nos llevan a definir la cantidad de residuos dispuestos, el tipo de
residuo y el porcentaje de residuo que aportan más al proceso de gasificación (Ver
tabla 10).
Se obtuvo la cantidad dispuesta para cada vaso, partiendo desde la fecha de inicio
y de cierre del mismo. A estos datos se le realizo una aproximación por casos
donde se almacenaron mayores toneladas dispuestas que las proyectadas para
cada vaso (Ver tabla 11).
Como parte del estudio se recopilo información que se sistematizo, reuniendo así
datos concernientes y adicionales necesarios para realizar el presente estudio (Ver
tabla 12).
5.2.1. Estimación sistemática con modelos computarizados de la recuperación
potencial del biogás en la zona de estudio.
Luego de la recopilación, análisis, tabulación y de calcular datos cuantitavos y
cualitativos de la producción de residuos, aspectos hidro metereologicos y del
inicio de actividades en los vasos en Navarro, entre otros, se procedió a utilizar dos
modelos matemáticos como son:
1. Modelo matemático recomendado por Program Landfill Methane Outreach
y Agencia para la Protección del Ambiente (U.S. EPA).
2. Modelo matemático aplicado a la basura de Cali dispuesta en Navarro
desde el 1º de septiembre de 1970, por el ingeniero Héctor Collazos Peñalosa,
el cual denomina CORENOSTÓS22.
22
La denominación CORENOSTÓS viene del griego Corema, que significa lo que resulta al barrer (basura,
recogida ordenadamente, y limpieza, que es lo que subraya el término) y Nostós, relleno.
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5.2.1.1 Modelo propuesto por la Agencia para la Protección del Ambiente (EPA
U.S.).
Este Modelo fue desarrollado por SCS Engineers para el Programa Landfill
Methane Outreach de la EPA U. S. y la Agencia para el Desarrollo Internacional de
los Estados Unidos –USAID-. Este Modelo matemático23 utilizado para calcular la
generación de biogás se elaboró en una hoja de cálculo en Excel y está basado en
una ecuación de degradación de primer orden. Este modelo se alimento con los
datos específicos tales como el año de apertura, año de clausura, índices de
disposición anual, precipitación promedio anual y eficiencia del sistema de
recolección. El Modelo proporcionó automáticamente valores para el índice de
generación de metano24(k) y la generación potencial de metano25 (L0). Estos valores
se desarrollaron usando datos específicos del sitio de disposición final y la relación
de entre los valores de k y L0, y la precipitación promedio anual en la zona de
estudio. Los valores de k y L0 varían dependiendo de la precipitación promedio
anual y pueden utilizarse para producir proyecciones de generación de biogás para
rellenos sanitarios municipales localizados en las diferentes regiones, como lo
Centro América y México26.
23
Para el desarrollo de este Modelo, se evaluaron otros modelos incluyendo el Modelo Mexicano de Biogás,
el Método AM0025 v.3 (Marzo del 2006) del Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) y el 2006 Waste
Model del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático (IPCC).
24
k es la constante que determina el índice de generación de biogás estimado. El modelo de degradación de
primer orden asume que los valores de k antes y después de la generación máxima de biogás son iguales. El
valor de k esta en función del contenido de humedad y la disponibilidad de nutrientes, pH, y temperatura.
(Unidad = 1/año).
25
L0 es la constante del modelo que representa la capacidad potencial para generar metano (componente
principal del biogás) del relleno sanitario. L0 depende de la cantidad de celulosa disponible en los residuos.
(Unidad = m3/ Mg).
26
Agencia para la Protección del Ambiente (EPA U.S).
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La alimentación del Modelo se efectuó en la Hoja de Alimentación donde las
celdas se alimentaron con valores específicos. Los siguientes valores fueron
alimentados para obtener resultados aceptables27:
Paso 1: Nombre y lugar del relleno sanitario. Lo que se alimentó en esta celda
apareció automáticamente en el encabezado de la hoja de resultados en forma
tabular.
Paso 2: El año de apertura. Lo que se alimentó en esta celda fue usado para
establecer los años de disposición en las hojas de resultados.
Paso 3: Precipitación promedio mensual en mm/año en la región donde se ubica el
relleno sanitario. Este valor obtuvo investigando datos de precipitación para Cali
en la estación metereológica más cercana al relleno sanitario. Este valor determinó
automáticamente los valores de k y Lo.
Paso 4: Toneladas dispuestas por año. Se realizaron los cálculos concernientes para
alimentar la celda basado en los registros de residuos dispuestos en los vasos
transitorios de Navarro. Se ingresaron los datos de octubre, noviembre y diciembre
del 2001.
Paso 5: Estimación de la eficiencia del sistema recolección. Esta eficiencia se estimó
con base en las características técnicas de Navarro28.
Paso 6: Recuperación actual en metros cúbicos por hora (para rellenos sanitarios
con sistemas de recolección activos). Se ajusto todos los flujos a 50% de metano,
27
28
Manual del usuario Modelo versión 1.0. 2003.
Esta eficiencia fue estimada por la EPA en un 68% en el 2006. Dato que se corroboró mediante la
utilización de la tabla de eficiencias de recolección en rellenos sanitarios de la EPA U.S.
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multiplicando el flujo por el contenido de metano en el biogás y luego dividiendo
el resultado por 50%.
5.2.1.2. Modelo CORENOSTÓS29.
El modelo está construido para aplicación inmediata con basura de tipo doméstico.
Para utilizarlo con otros tipos de basura se deben efectuar los cambios
correspondientes en las composiciones física y química.
Este Modelo tiene como objetivo prever la cantidad de lixiviados30 y gases que va a
arrojar un relleno sanitario. El autor hace énfasis que los resultados serán
aproximados solamente en la medida en que lo son los datos de entrada. Por tanto,
con datos ciertos, el Modelo permite discernir la exactitud de los otros. Permite
observar las variaciones de cada variable, manteniendo control sobre las demás.
Es poco probable que los datos de entrada para algo tan eminentemente
heterogéneo como la basura, sean exactos. Mas no por eso el modelo en sí deja de
pretender ser preciso. (Collazos Héctor. 2004).
El programa del Modelo CORENOSTÓS consta de dos hojas en Excel. En la
primera, “Básica”, entraron las condiciones permanentes del proceso y se calculó la
cantidad de biogás y lixiviados que produce una unidad (tonelada o gramo) de
basura, de tipo doméstico, en las condiciones concretas de tal basura. En la
segunda, “Mensual”, operan las cantidades que varían de un mes a otro (por lo
menos el acumulado de basuras) y ofrece resultados mes a mes.
29
CORENOSTÓS es un Modelo inicialmente concebido por los Ingenieros Alejandro Ospina Torres (q.e.p.d.)
y Héctor Collazos Peñaloza y posteriormente retomado y replanteado por el Físico Jaime Echeverri Torné y el
Ingeniero Héctor Collazos Peñaloza. Guía para el uso del Modelo CORENOSTÓS. 2002.
30
Líquido que se produce en un relleno sanitario y que proviene de la descomposición de la basura dentro del
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relleno.
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Este modelo se aplico teniendo como base publicaciones que anteceden este
estudio y las variables diversas que maneja, aportando a disminuir el rango de
error en la estimación de biogás para Navarro y corroborar los cálculos realizados.
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5.3. Resultados obtenidos.
5.3.1. Información secundaria.
Del análisis de la información recopilada, desarrollada y luego tabulada, se realizó
el siguiente análisis:
En Navarro han ingresado el 82% de los residuos generados en el
Departamento del Valle del Cauca, que representan una fuente importante
en cantidad – para generar el biogás – y en su calidad por ser gran parte de
tipo orgánico, además de centrar el foco de emisión y de disminuir el
peligro por dispersión en el manejo de las basuras.
Se pudo observar que los residuos orgánicos netos que contribuyen a la
producción del biogás son equivalentes al 71,5 % de todos los residuos que
ingresan a Navarro.
Las empresas más portantes de residuos a Navarro son particulares de la
Ciudad de Cali que representan un 49% del total, a diferencia de las
empresas prestadoras de servicios públicos de la ciudad que solo
constituyen un 17%.
Los residuos dispuestos en los vasos transitorios durante el año 2002 y el 31
de enero del 2008 son predominantes de origen domestico (69,1%), aspecto
que favorece la producción de CO2 y CH4.
Los residuos con alto grado de putrefacción dispuestos en los vasos
transitorios de Navarro que se degradarán entre el 2002 y el 2010 equivale al
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80% del total, mientras que los residuos de degradación variada se
descompondrán a finales del 2012 (1,2% del total) y los residuos como
cartón, madera y cuero se degradarán hasta el 2028.
Los resultados obtenidos en la tabla 2, hace referencia al 65,8% de las 2,739
ton / día 31 que ingresa a Navarro (2007) en el concepto de residuos
domiciliarios e industriales.
La capacidad inicial para los vasos A y F es de 209,000 m3 para un tiempo de
128 días (4 meses, 8 días), para el mes de marzo del 2006 el Vaso F es de
50,000 m3 para un tiempo de 30 días y para el vaso A es de 130,000 m3 para
un tiempo de 79 días (2 meses, 19 días). Hasta la fecha, las alturas
proyectadas se están replanteando debido a que se han dispuesto residuos
entre algunos los vasos, punto a tener en cuenta para estimar la cantidad
dispuesta entre ellos y su aporte de biogás.
31
Cálculos del Autor basado en Plan de Gestión Ambiental de la Corporación Autónoma Regional del Valle
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del Cauca 2002-2012.
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5.3.2. Resultados de las Modelaciones.
5.3.2.1. Modelo propuesto por la Agencia para la Protección del Ambiente (U.S.
EPA).
Se desarrollo la información concerniente para los vasos 1, 2, 3, 4, 5, 6, C y D,
para los cuales se estimó la generación de biogás y se interpreto su
comportamiento con relación al tiempo (ver en anexos de tablas y gráficos
para cada vaso).
El lugar donde mayor producción de biogás se generará – periodo 2009 y
2025 – será en los vasos 5,6 y C (14.007 m3 / hr), seguido del vaso D donde
se consideró unos 8.571 m3 / hr, y donde menor producción se genera es el
vaso A (961 m3 / hr). Por otro lado, Se debe hacer claridad que al no
referirse a otros vasos se debe a que la ubicación actual sed a entre vasos
existentes, ampliación de vasos u otros nuevos, pero si se tienen en cuenta
en el aporte de biogás correspondiente.
Las estimaciones concluyentes parte de las 3´754.973 de toneladas de
residuos acumulados en Navarro entre el mes de octubre del año 2001 al 31
de enero del 2008, para las cuales se proyectó que generarán 38.967 m3 /hr
de biogás (ver tabla 16 y gráfica 5).
Durante el periodo 2005 al 2006 se proyecto que se generaron 5.413 m3 /hr
de biogás y 3.681 m3 /hr de metano.
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5.3.2.2. Modelo CORENOSTÓS.
La utilidad de este modelo fue muy útil por arrojar datos específicos de la
caracterización y cuantificación del biogás, entre los cuales se obtuvo que
5.248,4 m3 / hr. (3089,1 ft3/ min.) de biogás; 2.783,8 m3 / hr. (1638,5 ft3/ min.)
de metano y 2.441,5 m3 / hr. (1437,01 ft3/ min.) de CO232, para el periodo
2005 al 2006.
Durante el periodo de estudio realizado por el autor del Modelo
CORENOSTÓS, en los cuales determino que para los vasos 1, 2 y 3 se
producen 2.189,4 m3 / hr; vaso 4 se produjo 808,09 m3 / hr y 2.248,9 m3 / hr
para el vaso D33.
Estos datos fueron corroborados al correr dicho Modelo y alimentado con los datos
procesados del registro de residuos sólidos que ingresaron a Navarro en ese
tiempo.
5.3.3. Cuantificación de la recuperación potencial de energía.
Estos datos fueron estimados por dentro del procesamiento de datos del estudio:
A partir de los datos de recuperación de biogás del sistema de recolección
planeado, se estimo la energía bruta y el flujo de corriente eléctrica con
potencialidad de aprovechamiento (ver tabla 17).
32
Cálculo de la producción de gases y lixiviados en el sitio de disposición final de las basuras de Cali
(Navarro) y otros estudios realizados por el Ing. Héctor Collazos Peñalosa.
33
Cálculo de la producción de gases y lixiviados en el sitio de disposición final de las basuras de Cali
(Navarro) y otros estudios realizados por el Ing. Héctor Collazos Peñalosa.
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Dentro del aspecto energético para el País, se debe tener en cuenta que las
acciones específicas del Plan Energético Nacional 1997-2010 se propone la
implantación de programas pilotos para aplicación de fuentes alternativas
de energía, que es un elemento básico para los procesos de desarrollo rural.
Se calculó que el promedio de energía bruta generada por el biogás de
Navarro durante el 2009 y el 2025 sería de 330.914 Gj /año, el cual tendría
una potencia de promediada de 14 caballos de fuerza (hp).
El flujo de compuestos orgánicos no metanitos–NMOC- que se emitirán
durante el 2009 y 2025 sería de 17 ft3/ min.
El biogás promedio neto que podría aprovecharse a partir del 2009 hasta el
2025 será de 64.758,6 ft3/ min.
El contenido energético del biogás de Navarro se estimó en 4.302,9 Kcal /m3,
presumiendo un valor de 50% de metano, 49% de CO2 y 1% de NMOC. De
esta forma se clasifica como un “biogás rico” que puede ser utilizado en
operaciones rentables de plantas modulares para generar energía y calor
combinados34. Se debe tener en cuenta que a mayor poder calorífico del
biogás, mayor posibilidad de utilizarlo con fines de aprovechamiento en la
generación de energía.
La capacidad instalada de generación de energía bruta del flujo de biogás
que puede soportar Navarro se valoró en un máximo de 174 Kw y un
mínimo de 61 Kw para los motores de combustión interna, mientras que
34
Datos estimado con base en la tabla de datos técnicos y opciones de tratamiento de gas de relleno sanitarios
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
de la GTZ.
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para turbinas de ciclo combinados 245 Kw y 86,7 Kw como pico y mínimo
respectivamente durante el año 2009 y el 2025.
El mejor aprovechamiento para generar energía es la instalación de turbinas
de ciclo combinado, debido a que son más eficientes y generarían un total
de 19,32 Mwh durante el periodo estimado, debido a que la posible
instalación de motores de combustión interna generaría un total de 14,27
Mwh durante el mismo periodo.
La electricidad promediada anual neta proyectada durante el 2009 al 2025
sería de 1´976.229,7 Kwh, teniendo picos de 3,2 Mwh. y cuestas mínimas de
1,1 Mwh.
Se estimo que el biogás generado durante el 2009 y 2025 en Navarro (con
50% volumen en metano) tiene una equivalencia con tros combustibles de
170´740.890,6 m3 de gas natural; 251´046.987,4 litros de propano;
223´675.389,8 litros de butano; 164´350.165,1 litros de fuel oil y 71´142.037,73
kilogramos de carbón bituminoso, por cada 28.32 m3 del biogás. Se debe
tener en cuenta que usar directamente el biogás para compensar el uso de
otro combustible como el gas natural, carbón, fuel-oil, está ocurriendo en
cerca de la mitad de los proyectos actualmente operacionales.
5.3.3.1 Modelo propuesto por la Agencia para la Protección del Ambiente (EPA
U.S.).
La gráfica numero 6 (Ver anexos gráficas), estima la generación de Biogás
disponible en relación con la energía térmica disponible durante el periodo del
2005 y 2025. (EPA U.S. 2007).
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5.3.3.2. Modelo CORENOSTÓS.
El modelo CORENOSTÓS no esta diseñado para calcular la cantidad de
energía potencial que se puede aprovechar, pero caracteriza los
componentes disponibles (Hidrógeno, Carbono, Nitrógeno, Oxígeno,
Azufre, Cenizas) del biogás por cada tonelada de residuo dispuesto según
su característica (putrescible, papel, cartón, textiles y jardinería) y el
porcentaje de descomposición en el tiempo. Aspectos muy importantes para
determinar la calidad del metano generado, teniendo en cuenta la partir de
la caracterización de los residuos sólidos dispuestos en Navarro durante el
tiempo de apertura del sitio.
5.3.3.3. Resultados de la caracterización de los residuos sólidos.
A mayor porcentaje de residuos orgánicos más rápido se genera biogás, es por ello
que la caracterización de los residuos sólidos dispuestos en Navarro es una
información crucial en la toma de decisiones. En este sentido se pudo observar que:
La gráfica numero 7, nos lleva analizar que el mayor porcentaje de residuos
de tipo domiciliario dispuestos durante 5 años alcanzó un porcentaje del
69%, y que estos y otros tipos de residuos orgánicos alcanzarían hasta un
80,75% que aportan potencialmente a la producción de biogás y
aumentando la calidad de el mismo. Se debe tener en cuenta que la
degradación rápida de desechos vegetales y alimenticios se presenta de 1,5 a
2 años, la degradación media de 5 a 10 años; y la degradación lenta de
cartón, madera, cuero de 10 a 20 años o más35.
35
Factores asociados a la generación de biogás. FUNIBER.2006.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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5.3.4. Cuantificación de los beneficios ambientales causados, debido a la
reducción de emisiones a la atmósfera con el paso del tiempo.
Se utilizó la herramienta sistemática recomendada por la Agencia Protectora para
el Medio ambiente de los Estados Unidos (EPA U.S.) para estimar las proyecciones
de los beneficios ambientales y energéticos del biogás durante el periodo 2009 –
2025 por la reducción de emisiones, el cual determinó los siguientes resultados a
partir de los 22.935,1 ft3 / min (38.967 m3 /hr) de biogás generados en ese periodo:
Reducciones de emisiones equivalentes directas (reducción de metano
emitido directamente por el biogás), es equivalente a 2,4286 millones de
toneladas métricas de CO2 equivalente por año y unas 127.478 toneladas de
metano por año.
Emisiones fugitivas equivalentes directas (compensa de dióxido de carbono
que sale por el uso de combustible fósil), es equivalente a 0,2860 millones de
toneladas métricas de CO2 equivalente por año y 315.240 toneladas de
metano por año.
Con relación a los beneficios ambientales y energéticos anuales por reducción de
emisiones equivalentes directas se determino:
1. Remoción de emisiones equivalente a 469.657 vehículos.
2. Plantado de 270.840,2 hectáreas de bosque.
3. Previniendo el uso de 5.695.840 barriles de aceite.
4. Sustituyendo el uso de 267.704.496 galones de gasolina.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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Para el caso de los beneficios ambientales por reducción de emisiones fugitivas
equivalentes directas se estimo:
1. Remoción de emisiones equivalente a 55.305 vehículos.
2. Plantado de 31.893,2 hectáreas de bosque.
3. Previniendo el uso de 670.723 barriles de aceite.
4. Sustituyendo el uso de 31.523.978 galones de gasolina.
En la Tabla 18 se resumen los beneficios ambientales anuales totales proyectados
2009-2025 y los beneficios ambientales estimados por la quema de biogás están
estipulados en la grafica 836.
5.4. Validación y comparación de datos.
Los resultados arrojados por los dos Modelos matemáticos utilizados se comparan
a continuación.
La Agencia para la Protección ambiental de Estados Unidos EPA. U.S, estimo
preliminarmente por modelación que durante el año 2005 al 2006 una producción
de biogás de 5.303 m3 / hr con un 50% de biogás aprovechable para el 200837. Estos
datos se compararon con los resultados del presente estudio, que se estimaron en
5.413 m3 / hr para el mismo periodo, donde su semejanza es mayor en 2% del
estimado por la EPA U.S. Esta confrontar se realizo con el objeto de corroborar con
otros estudios realizados.
Con relación al modelo CORENOSTÓS, que se basa en un método simple y usado
en varios casos, da resultados con buena aproximación si las condiciones de
36
37
Documento visita preliminar a Navarro. E.P.A U.S, 2007.
Landfill biogas project opportunity. El Navarro Landfill. 2007.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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descomposición son óptimas. se debe aclarar que por estar basado en el método de
balance de masa y producción teórica de gas, donde no incluyen factores
temporales, considera que las emisión de metano se producen inmediatamente y
que produce estimaciones razonables si la cantidad y composición de residuos han
sido constantes o cambian lentamente, de otra manera se obtendrán tendencias
erróneas. El rango de precisión entre los datos del presente estudio y el Modelo
utilizado aumenta, debido a que este método estima que el biogás esta compuesto
de un 53% de metano38 y la estimación realizada por el presente estudio asume el
50% de metano. Por otro lado, los datos utilizados con relación a la fuente de los
datos metereologicos utilizados afecta el resultado. Aun así, sus índices de
semejanza es menor en 1% con relación al estimado por la EPA. U.S. (5.248 m3 / hr
para el mismo periodo).
Para el caso de datos metereologicos secundarios suministrados por otros entes, el
IDEAM considera que no se utilice los datos entregados por la instalación
hidrometeorológica de la Universidad del Valle que esta bajo el control del IDEAM,
considerando inconveniente la utilización de datos metereologicos para el estudio,
debido a que no ha cumplido con requerimientos técnicos y falta de datos
estaciónales, aunque la estación se ubique dentro del área de estudio (aprox. a 9
Km.). Es por ello que recomienda los datos oficiales para la ciudad de Santiago de
Cali medidos en la estación del IDEAM ubicada en el aeropuerto “Alfonso Bonilla
Aragón” que se encuentra aprox. a 20,6 Km. sean los utilizados, para no
comprometer los cálculos realizados en el presente estudio39. Estos datos utilizados
son coincididos y concuerdan con los arrojados por la estación metereológica
ubicada en la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca CVC, que ubica
aproximadamente a 7,3 Km. del área de estudio.
38
Por ser un modelo que utiliza el balance de masa y producción teórica de gas. Dato corroborado con
cálculos.
39
Oficio entregado por el IDEAM. Primer trimestre 2008.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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6. USOS POSIBLES DEL BIOGÁS COMO FUENTE DE ENERGÍA.
Actualmente, el biogás que se produce en Navarro se quema y en otros casos
escapa al aire debido a fugas que presenta en el sistema de recolección, este gas
puede ser capturado o convertido para ser utilizado como fuente de energía. Al
usar este compuesto se ayuda a reducir algunos olores característicos que se
presentan en algunas temporadas del año en sectores cercanos, debido a que el
viento lleva estos gases hacia el sur de la ciudad.
El sistema de drenaje del biogás en Navarro, esta constituido por chimeneas de
extracción cada 40 metros en sentido transversal y cada 10 metros en sentido
longitudinal que poseen forma cilíndrica de 1,0 metro de diámetro y se construyen
con malla electro soldada calibre 4 mm y piedra de diámetro entre 15-30 cm. Estas
se prolongan conforme aumente el nivel de la basura al interior del vaso, la
instalación de la antorcha definitiva, se lleva a base de hormigón40. Esta red es muy
útil debido a que el material orgánico recibido en Navarro es mayor al 60% -que
producen gases fermentables-.
El biogás en Navarro puede ser utilizado directamente para generar electricidad
extrayéndolo de la serie de pozos (compuesta por 71 unidades), que se pueden
interconectar en un punto central donde se pueda procesar el biogás como
combustible, implementando un sistema de filtros de purificación para mejorar su
calidad41; luego este flujo podrá ser dirigido hacia un compresor conectado a un
motor (de C.I.) que puede funcionar con diesel42 (este biogás puede reemplazar
hasta el 80% del a.c.p.m.) que generé el flujo eléctrico, que deberá ser llevado a un
40
41
Programa de monitoreo del vertedero antiguo y relleno transitorio de Navarro. Octubre 2001.
Los contaminantes presentes en el biogás pueden causar corrosión, abrasión y desgaste excesivo de las
cámaras de combustión.
42
La baja capacidad de ignición del biogás no permite reemplazar la totalidad del a.c.p.m. en este tipo de
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
motores que carecen de bujía para la combustión.
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transformador y luego a la red eléctrica local o regional o en mejor caso para
consumo propio o aledaño (este biogás podrá ser utilizado para cocinar en
combustión directa en estufas simples). Sin embargo, también puede ser utilizado
para iluminación o calefacción.
Los resultados de este estudio arrojo que los beneficios energéticos -basado en la
proyección numérica equivalentes del biogás- estimó que en la relación de casas
con calefacción dando como resultado 74.690 de estas viviendas, durante el
periodo que se le estimó su aprovechamiento.
Para el caso de aprovecharlo con el uso de motores a gasolina, el biogás puede
reemplazar la totalidad de la misma, pero para Navarro se propone inicialmente
utilizar motores diesel, considerando que se trata de un motor más resistente, se
encuentra con mayor frecuencia en el medio rural43 y se encuentran disponibles en
diferentes tamaños, lo que pueden irse adicionando al sistema respondiendo a los
incrementos en la generación de gas. Además, Este tipo de motores son eficientes y
más baratos que otras alternativas y se recomiendan para aquellos proyectos
capaces de generar entre 1 y 3 MW. La oferta de generadores para proyectos de
este tipo varía entre los 800 kW y los 3 MW, sin embargo hoy en día proyectos
menores también están utilizando motores de combustión interna44.
La EPA señala que actualmente se pueden instalar microturbinas desde 30 kW a
100 kW, lo que hace posible que rellenos sanitarios pequeños también puedan
generar energía eléctrica o reducir emisiones. Para este proyecto se estimó que se
puede utilizar para autoconsumo del relleno o para vendérselo a consumidores
cercanos (una turbina de 30 kW alcanzaría para alimentar el equivalente a 20 casas).
Sin embargo, la inversión requerida para estas turbinas es bastante alta, entre U$
43
44
Utilización del biogás para generación de electricidad. Alvaro Zapata Cavidad, Fundación CIPAV.
Manual “Landfill Gas to Energy” de la EPA (1996).
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4.000 y U$ 5.000 para turbinas de 30 kW y entre U$ 2.000 y U$ 2.500 para turbinas
mayores (200kW)45.
Para este proyecto se debe apreciar las condiciones climáticas debido a que los
motores de combustión interna sufren de corrosión debido al contenido de ácidos
en el biogás, no así las turbinas a gas. Pero estas últimas son más caras, necesitan
un gas de calidad consistente y una mayor presión de entrega, lo que aumenta los
costos por concepto de instalación y operación de compresores. Como el biogás de
Navarro generaría en promedio 2,0 MW durante el 2009 y el 2025, se podría
instalar turbinas para aprovechar economías de escala, ya que el costo de
generación por cada kW cae en la medida que el tamaño de la turbina se
incrementa. La cantidad y calidad del biogás determinarán el tamaño de la planta
y darán tranquilidad al operador y a los prestamistas financieros del proyecto.
Además, a partir de aquí, se puede hacer una estimación del costo de capital de la
instalación.
La rentabilidad de generar electricidad con el biogás de Navarro depende
fuertemente de las inversiones que para ello deban hacerse. Para este caso como el
relleno ya existe, las inversiones consideradas serán, la construcción de la red de
recolección de biogás, la compra e instalación de la planta de tratamiento del gas y
del bloque de potencia, lo cual significaría una inversión máxima de
$20.774´126.90646 que podrá suministrar energía a unas 96 casas por medio de una
turbina con una potencia promedio de 145 Kw, durante el 2009 y el 2025.
Hay que tener muy en cuenta las características del biogás, puesto que esto lo
define para ser usado en turbinas o máquinas de combustión interna que accionen
45
46
Manual “Landfill Gas to Energy” de la EPA (1996).
El Costos de generación máxima se estima a $1200 por Kwh.
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generadores eléctricos47. Se pueden requerir de algunos sistemas de control y
algunos tratamientos adicionales, según sea la caracterización del biogás, ejemplo,
para eliminar la presencia de compuestos tóxicos o lesivos para la operación de los
motores y para la salud humana, entre otros.
El biogás es combustible, tiene un alto valor calórico de 4.700 a 5.500 Kcal. /m3.
Dentro de este compuesto el aporte calórico fundamental lo ofrece el metano cuyo
peso especifico es de alrededor de 1 kg/m3. El uso del biogás en motores de
combustión interna permite que se soporten altas compresiones sin detonaciones48.
Debido a los resultados de la caracterización hecha para los residuos sólidos
presentes en Navarro su alto porcentaje de tipo orgánico influyo en el alto poder
calorífico promedio, el cual fue estimado para el biogás en 4.302,9 Kcal. /m3 y una
peso especifico de 0,6 kg/m3 el cual se recomienda para realizar cálculos
posteriores. Una ventaja de esto es que el biogás tiene un alto poder calorífico lo
que permite utilizarlo como un combustible útil en un sistema de cogeneración.
Se identifico que potencialmente el uso del biogás en Navarro, puede ser utilizado
para generación eléctrica para autoabastecimiento del sitio; generación eléctrica
para venta de energía a otros consumidores (conexión a la red); en caso de
generación eléctrica a partir de biogás, se obtendrían reducciones de emisiones
adicionales, en la medida que disminuirían las emisiones de CO2 de plantas de
generación eléctrica en otros lugares de la red de la Ciudad o el Departamento;
venta de biogás como combustible alternativo para usuarios externos (uso agrícola)
calderas, hornos cementeros, procesos de secado, etc, y como combustible para
evaporación de lixiviados que se generan en el sitio.
47
48
Biogás de rellenos sanitarios para producción de electricidad. 2003.
Considerations on the use of the biogás. Methodology for the construction of a small plant of biogás.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
Universidad de Granma- Cuba– www.monografías.com
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Entre las tecnologías para el aprovechamiento del biogás identificadas, se
encontraron:
Motores recíprocos de combustión interna49- electricidad 48%.
Turbinas de gas – electricidad 4%.
Otros – electricidad 6%.
Uso térmico directo 7% (calderas, evaporación de lixiviados, invernaderos,
gas natural licuado, combustible para vehículos, síntesis de metano, motores
de Stirling -motor de combustión externo-, de motores orgánicos del ciclo de
Rankine).
Otras tecnologías como turbinas de vapor, ciclo combinado, cogeneración,
micro turbinas que es utilizada en rellenos más pequeños y celdas de
combustible que son utilizados pero en menor proporción50.
En el mundo, las aplicaciones directas innovadoras incluyen la cerámica de la leña
y los hornos que soplan del cristal; los invernaderos que accionan y de
calefacciones y un hielo patinan; y agua de la calefacción para una operación de la
acuacultura (piscicultura). Las industrias actuales que usan biogás incluyen la
fabricación
auto,
producción
química,
transformación
de
los
alimentos,
farmacéutico, cemento y fabricación del ladrillo, tratamiento de aguas residuales,
electrónica y los productos de consumidor, producción del papel y del acero, y las
prisiones y los hospitales, apenas para nombrar algunos.
Adicionalmente, existe una serie de tecnologías experimentales para aprovechar
tanto el CO2 como el gas metano generado en los rellenos sanitarios como lo son,
uso de celdas de combustible de ácido fosfórico (PAFCs) para la generación de
49
El motor de combustión interna es la tecnología más utilizada en rellenos sanitarios para la recuperación
energética del biogás, el cual está siendo utilizado en aproximadamente el 80% de los 330 proyectos de
energía de biogás de rellenos sanitarios actualmente operando en EE.UU. (Methane Outreach Program, EPA).
50
Boada Saenz Ingenieros. Bogotá, 2003.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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energía eléctrica y calor; conversión del metano en gas comprimido para su uso en
vehículos; operación de rellenos como bioreactores aeróbicos o aneróbicos;
producción de metanol, producción de CO2 industrial; y uso del biogás para
calefacción de invernaderos y para aumentar su contenido de CO2.
En cuanto a las turbinas de vapor para el aprovechamiento de la energía térmica
del biogás, este proceso presenta mayor eficiencia que la combustión en motores de
combustión interna. El sistema es bastante tolerante en cuanto a la composición del
biogás
y
presencia
de
impurezas,
con
requerimientos
moderados
de
mantenimiento y bajos costos de operación.
En las turbinas a gas, la combustión se realiza dentro estos equipos, que tienen
características casi idénticas a las utilizadas en aviación y progresivamente ganan
más aceptación para uso del biogás. Una variante del sistema de turbinas a gas es
el llamado “ciclo combinado”, que consiste en la instalación de una unidad
adicional de generación, que mediante una turbina de vapor que aprovecha el
calor que desprende la turbina a gas en la generación primaria. Se utiliza para
incrementar la eficiencia de generación del sistema.
Después de la generación, el sistema de transformación y distribución de la energía
eléctrica generada, siguen el diseño asociado con la aplicación de los criterios
estándares para el transporte y alimentación a la red o para uso en el entorno del
relleno sanitario.
Para proyectos grandes con objetivos como inyección de metano procedente del
biogás para los gasoductos, es necesario separar no sólo el CO2, sino también
depurar el metano que se separó del biogás51.
51
La normatividad sobre calidad está dada por la Resolución 71 de 1999 de la CREG.
Autor: Wilfrido Vallejo Patiño.
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Las compañías que instalan sistemas de recuperación de biogás indican que para
un proyecto sea económicamente viable a gran escala se deben reunir las siguientes
condiciones:
1. El relleno debe contener como mínimo 1´000,000 de ton. Mientras mayor sea
el contenido orgánico es mejor.
2. El sitio debe estar en operación o tener cinco años de haber cerrado.
3. El espesor de los estratos de residuos sólidos debe ser como mínimo de 12 m.
4. El material de cobertura es necesario que sea impermeable para reducir el
movimiento del biogás.
Actualmente, el sitio de disposición de residuos sólidos de Navarro cumple con
más del 93% de las recomendaciones, dando así una clara visión de la viabilidad y
el interés de varias compañías en realizar inversiones en dicho sitio.
La generación de energía a partir del biogás de Navarro puede funcionar con
instalaciones sencillas, sin infraestructuras sofisticadas. Los límites de la valoración
térmica son los siguientes:
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