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)
Enviado por Wilfrido Vallejo Patiño
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 11 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. 2008.
Página 12 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
generadores de combustión interna, turbinas, micro turbinas o puede utilizarse como combustible en calentadores de agua u otras instalaciones, etc. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 13 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 14 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 15 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 16 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 17 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 18 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. flexibilidad. 1998.
Página 19 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 20 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 21 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 22 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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/. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 23 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 24 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 25 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 26 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 27 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 28 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 29 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 30 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 31 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 32 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 33 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 34 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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). Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 35 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 36 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 37 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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). Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 38 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 39 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. relleno.
Página 40 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 41 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 42 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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 Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. del Cauca 2002-2012.
Página 43 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 44 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 45 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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.
Página 46 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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). Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 47 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 48 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 49 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 50 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 51 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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.
Página 52 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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). Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 53 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Autor: Wilfrido Vallejo Patiño. Página 54 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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
Página 55 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 56 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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. Página 57 de 125 Móvil: 300 -8254737.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Gerencia Ambiental y Desarrollo Sostenible Empresarial 2008
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:
| Página siguiente |