CURSO INTRODUCCIÓN A LA GESTIÓN DE VERTEDEROSPOZO DE RECOGIDA DE LIXIVIADOS CAPA DE MONITOREO...

1

Biogás de Vertederos. Nely Carreras

CURSO

INTRODUCCIÓN A LA GESTIÓN DE

VERTEDEROS Complejo Medioambiental de la Costa del Sol

Casares-Málaga(16-17 de Junio de 2010)

Biogás de Vertederos

Nely Carreras

2


BIOGÁS DE VERTEDERO

1. INTRODUCCIÓN

2. VERTEDERO CONTROLADO

3. LA DIGESTIÓN ANAEROBIA O BIOMETANIZACIÓN

4. BIOGÁS DE VERTEDERO1. Etapas de formación2. Composición3. Evolución histórica4. Impacto medioambiental5. Problemas potenciales y soluciones6. Diseño e infraestructura de control y extracción del biogás de vertedero7. Opciones para el tratamiento y la valorización del biogás8. Estudios de viabilidad9. Evolución del aprovechamiento del biogás en los vertederos españoles10. Consideraciones sobre el Biogás

5. VERTEDERO BIORREACTOR6. CASO PRÁCTICO

3


BIOGÁS DE VERTEDERO

BIOMASA

GasificaciónCombustión Pirólisis Extracción FermentaciónAlcohólica

Digestión Anaerobia

Gas caliente

Gas PobreGas Síntesis

HidrocarburosChar

GasesAceites Etanol Metano

PROCESOS TERMOQUÍMICOS PROCESOS FISICO-QUÍMICOS PROCESOS BIOQUÍMICOS

Electricidad Combustibles diversos Biodiesel Etanol Metano

VaporCalor

Electricidad

RESIDUOS

4


¿QUÉ ES EL BIOGÁS?

El biogás es un gas producido por bacterias durante el proceso de biodegradación de material orgánico en condiciones anaeróbicas (sin aire).

Este proceso puede ocurrir de manera forzada en digestores anaeróbios o de manera natural en vertederos controlados de residuos sólidos urbanos (RSU).

5


Representación esquemática de la generación y utilización del biogás

Digestores anaerobios

Vertedero controlado

Fertilizante

Productos

Residuos

6


COMPOSICIÓN MEDIA DE LOS RU EN ESPAÑ A

Componente

Media Ponderada

sobre Total Nacional

Materia Orgánica 44,0

Papel y Cartón 21,0

Plástico 10,6

Vidrio 7,0

Metales férricos 3,4

Metales no férricos 0,7

Madera 1,0

Otros 12,3

TOTAL 100,0

Se estima que el 26% del total son envases .Fuente: II Plan Nacional de Residuos Urbanos. MMA. 2007.

7


TRATAMIENTO APLICADOS A LOS RSU

Es el conjunto de operaciones encaminadas a la eliminación de los desechos y residuos o al aprovechamiento de los recursos contenidos en ellos.

- Vertedero Controlado- Incineración- Compostaje- Reciclado

Tratamiento:

Métodos de tratamiento más utilizados:

8


Generación anual y tratamiento aplicado a los RU en los países constituyentes de la UE

Fuente: EUROSTAT 2010

9


Evolución de la generación de residuos urbanos en España

Fuente: OSE a partir de datos de MARM de 2009

10


EVOLUCIÓN DE LA GENERACIÓN DE RESIDUOS URBANOS EN EUROPA

Fuente: OSE a partir de datos de MARM para España y de Eurostat para la UE (2009)

11


Gestión de RU per capita destinados a incineración y vertederos en la UE-27

Fuente: MARM 2008.

12


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Vertedero Incineración Reciclado Otros

Residuos domésticos

Residuos comerciales

Residuos de construcción

Otros residuos industriales

Residuos controlados

Distribución de los distintos tratamientos dados a los residuos en países desarrollados

Fuente: Williams, P.T. 1998

Más utilizado: Vertedero ð Bajo coste, disponibilidad, aplicaci ón a grandes cantidades de residuos

TRATAMIENTO DE RESIDUOS

13


EVOLUCIÓN DE SISTEMAS DE GESTIÓN DE RESIDUOS URBANOS EN ESPAÑA

Fuente: MMA, 2006

14


Fuente: Ministerio de Medio Ambiente, 2006.


15



Fuente: MARM (2009)

16



Fuente: Elaboración propia

8,42%7,79%4,75%Recogida selectiva

6,20%

0,05%

5,93%

0,07%

5,31%

0,034%

IncineraciónCon recuperación de energíaSin recuperación de energía

28,14%27,39%58,77%Compostaje

53,29%55,51%12,82%Vertido controlado

3,90%3,51%18,01%Vertido Incontrolado

200420021999

AÑOSISTEMAS DE GESTIÓN DE

RU

17


Fuente: Ministerio de Medio Ambiente, 2006.

(*) Diferencia entre residuos generados, los recogidos selectivamente, los tratados y los eliminados

SISTEMAS DE ELIMINACIÓN Y TRATAMIENTO DE RU EN ESPAÑA (2004)

SISTEMA DE TRATAMIENTO

t/año

Porcentaje

Nº de Centros

Vertido Incontrolado (*)

836.443

3,90

-

Vertido Controlado 11.427.951 53,29 187 Compostaje 6.034.603 28,14 65 Incineración con recuperación de energía

1.328.784

6,20

9

sin recuperación de energía 10.051 0,05 1 Recogida selectiva 1.806.873 8,42 -

Total 21.444.705 100,00 262

18


Gestión de los residuos urbanos en España (2007)

Fuente: MARM 2008.

19


VERTEDERO CONTROLADO

VENTAJAS

- Procedimiento relativamente económico para tratar controladamente los residuos

- Su inversión es baja- Técnicas de tratamiento y mantenimiento sencillas- Convierte un terreno árido en un terreno rico en materia

orgánica

INCONVENIENTES

- Necesita mucho terreno- Producción de gases:

. Malos olores

. Explosiones

. Incendios- Producción de lixiviados: Líquido muy contaminante

20


IMPERMEABILIZACIÓN

MASA DE RU

LÁMINA DE POLIETILENO (E=1,5 mm)

BARRERA GEOLÓGICA

DRENAJE DE LIXIVIADOS (GRAVAS E=0,50 m)

REGULARIZACIÓN DEL TERRENO

GEOTEXTIL DE POLIESTER (300grs/m2)

GEOTEXTIL DE POLIESTER (500grs/m2)

21


ESQUEMA DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN DE LIXIVIADOS

Drenajes transversales

Drenaje longitudinal

Drenaje longitudinal

22


DREN DEL FONDO DEL VASO

23


- DESCARGA

- EXTENDIDO

- COMPACTACIÓN

- CUBRICIÓN CON TIERRA O MATERIALES APROPIADOS

OPERACIONES QUE SE REALIZAN EN UN VERTEDERO CONTROLADO

24


SELLADO

COBERTURA TIERRAE = 1 m

CAPA DRENANTE (GRAVA 40/200) E = 0,5 m

CAPA IMPERMEABLEE = 0,25 m

MASA DE RU

CAPA DRENANTE (GRAVA 40/200) E = 0,25 m

25


LEYENDA:

1: Extracción de tierras para: - Reperfilado del fondo- Cubrición diaria- Sellado de regeneración

2: pozo de extracción de lixiviados3: Extendido y compactación de RU

DIAGRAMA DE PROCESO I

A PLANTA DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS

1

3

2

26


DIAGRAMA DE PROCESO II

27


SECCIÓN DE UN VERTEDERO

GRAVA para drenaje de aguas subterráneas con tubería40 cm

50 cm

50 cm

50 cm

ARCILLA impermeabilizante (bentonita)

Geotextil

Conjunto Geotextil-Polietileno-Geotextil

Conjunto Geotextil-Polietileno-GeotextilGRAVA DREN de seguridad,de aguas limpias con tubería

GRAVA DREN LIXIVIADOS contubería porosa para su recogida

7 a 8 mCapa de residuos compactados y capas de arena de cubrición

30 cm

30 cm

20 cm

1 m

Conjunto Geotextil-Polietileno-Geotextil

Cobertura de tierra

Grava para drenaje de pluviales

Arcilla impermeabilizante

Grava para drenaje de gases

Generación de Energía

Suelo orgánico

Aguas limpias

Aguas subterráneas

28


CLASIFICACIÓN DE LOS VERTEDEROS CONTROLADOS

En función de:a) Si existe o no tratamiento previo

- Con trituración- Sin trituración

b) Grado de compactación- Baja Densidad- Densidad Media- Alta Densidad

c) La forma de vertido- Zanja- Área- Mixta- Cantera

29


POZO DE CAPTACIÓN

MASA DE RESIDUOS (RU) E=3m

BARRERA DE IMPERMEABILIZACIÓNARTIFICIAL (ARCILLAS E=0,25m)

CAPA DRENANTE DE GASES(GRAVA 40/200 E=0,25m)

TIERRA CUBRICIÓN DIARIA DE 0,20m

COBERTURA TIERRA (E=1,00m)

BARRERA DE IMPERMEABILIZACIÓN ARTIFICIAL

CAPA DE DRENAJE PARA AGUAS PLUVIALES (GRAVA 40/200 E=0,50m)

COBERTURA TIERRA (E=1 m)TUBERÍA DE DRENAJE DE AGUAS PLUVIALES

BARRERA GEOLÓGICA

BARRERA DE IMPER. ART.CAPA DE DRENAJE

DE LIXIVIADOS

POZO DE RGULACIÓNDE LIXIVIADOS TUBERÍA DE DRENAJE

POZO DE RECOGIDA DE LIXIVIADOS

CAPA DE MONITOREO

TUBERÍA DE DRENAJE DE LIXIVIADOS

A RED LIXIVIADOS

TUBERÍA DE DRENAJE DE AGUAS PLUVIALES

BARRERA GEOLÓGICA ARTIFICIAL

BARRERA DE IMPERMEABILIZACIÓN ARTIFICIAL

CAPA DE DRENAJE DE LIXIVIADOS

EXPLANACIÓN DEL TERRENO NATURAL

BERMA PERIMETRAL

VIAL DE ACCESO

4%4%2

1

CAPA DE DRENAJE PARA AGUAS PLUVIALES (GRAVA 40/200 E=0,25m)

CAPA DE DRENAJE PARA AGUAS PLUVIALES (GRAVA 40/200 E=0,50m) 1

4%

1

2

PENDIENTE MIN 2%

CELDA DE VERTIDO: SECCIÓN LONGITUDINAL AL DREN DEL FONDO

30


- Tanto la generación de biogás en digestores anaerobios como la extracción y utilización del biogás generado en los vertederos de RSU son procesos de interés en el área de la producción energética.

- Además en ambas situaciones se produce una mejora medioambiental importante ya que, la extracción del biogás de vertedero ofrece la posibilidad de reducir las emisiones de metano y dióxido de carbono, gases que contribuyen de manera notable al efecto invernadero, y la digestión anaerobia de los residuos reduce considerablemente el poder contaminante de éstos.

- La degradación anaerobia de la materia orgánica se resume en la siguiente ecuación:

materia orgánica + nutrientes + microorganismos

↓

CH4 + CO2+ NH3 + H2S + mat.orgánica (ef.<100%)+nuevos m.o. (Y≤10%)

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA O BIOMETANIZACIÓN

31


- La bioquímica y microbiología de los procesos anerobios es mucho más complicada que en los procesos aerobios, esto se debe a la existencia de numerosas rutas que puede utilizar una población bacteriana anaerobia para la bioconversiónde la materia orgánica.

- Las rutas y mecanismos no se conocen al detalle, pero en los últimos años se han escrito amplias líneas de estos procesos.

- El mecanismo anaerobio puede representarse como un proceso en 4 fases:

1. Fase de Hidrólisis

2. Fase de Acidogénesis3. Fase de Acetogénesis4. Fase de Metanogénesis

MECANISMO ANAEROBIO

32


DEGRADACIÓN ANAEROBIA DE LA MATERIA ORGÁNICA: FORMACIÓN DE BIOGÁS

Materia orgánica. Polímeros. (hidratos de carbono, proteínas, l ípidos)

Hidrólisis Vh

Materia orgánica soluble. Monómeros. (azúcares, aminoácidos, ácidos grasos)

Acidogénesis V A Ácidos orgánicos, Alcoholes, H 2, CO2 Acetogénesis Va

Ácido acético

Metanogénesis V m1 Vm2

C H4 + C O2 C H4

Donde: V h< Vm1<Va<VA<Vm 2

33


MO - compuestos orgánicos complejos(carbohidratos, proteínas, lípidos)

HidrHidróólisis lisis compuestos orgánicos simples

(azúcares, aminoácidos…) (ácidos grasos, alcoholes…)

PROCESO DEGRADATIVO DE LA D.A.

HidrHidróólisis:lisis: los compuestos orgánicos complejos (material particulado) son transformados en material disuelto más simple, por medio de enzimas producidas por bacterias fermentativas.

34



AcidogAcidogéénesisnesis

H2 + CO2 ácido acético

compuestos orgánicos simples(azúcares, aminoácidos…) (ácidos grasos, alcoholes…)

productos intermedios(ácidos propiónico, butírico, valérico, etc)


AcidogAcidogéénesisnesis:: los productos solubles son convertidos en productos intermedios y ácido acético, CO2, H2 por la acción de las bacterias fermentativas acidogénicas.

HidrHidróólisis lisis

35



H2 + CO2 ácido acéticoAcetogAcetogéénesisnesis




AcetogAcetogéénesisnesis:: los productos generados en la etapa anterior son transformados en sustrato para las bacterias metanogénicas.



36



MetanogMetanogéénesisnesis:: finalmente se produce metano a partir de acetato (bacterias metanogénicas acetoclásticas) y de H2 y CO2 (bacterias metanogénicas hidrogenotróficas).



CH4 + CO2



CH4 + H2O

MetanogMetanogéénesisnesis

AcetogAcetogéénesisnesis



37



H2S + CO2


SulfurogSulfurogéénesisnesis:: cuando hay sulfatos las bacterias sulfato reductoras compiten por el sustrato con las demás (se genera H2S, baja la producción de CH4 y hay problemas de olores e inhibición).



CH4 + CO2


CH4 + H2O

38


CH4 (55% - 65%)

H2S, H2, otrs. (<5%)

CO2 (30% - 40%)

COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS

El metano, principal componente del biogás, es el gas que le confiere las características combustibles al mismo. El valor energético del biogás por lo tanto estará determinado por la concentración de metano - alrededor de 20 – 25 MJ/m3, comparado con 33 –38MJ/m3 para el gas natural (Werner et al 1989).

39


EVOLUCIÓN HISTORICA (I)

1667 Shirley Descubridor del “Gas de los pantanos”

1776 Volte Relación entre la descomposición de la materia orgánica y la presencia de gas

1804 Dalton Presencia de metano en el gas

1808 Davy Generó metano en el laboratorio

1884 Pasteur Cuantificó el gas producido

1890 Van Senus Relación de actividades de microorganismos

1896 El biogás obtenido de la digestión de lodos fue utilizado para el alumbrado de la calle

(Gran Bretaña)

40


1908 Soehngen Demostró la formación de metano a partir de H2 y CO2

1927 Castellini Estudió las relaciones simbióticas entre los diversos microorganismos

1950 - La madurez que va adquiriendo la tecnología queda de manifiesto en los puntos:

1º Reconocimiento de los m.o. Metanogénicos como un conjunto

2º Desarrollo del diseño de diversos digestores3º Ejecución de digestores en granjas e industrias4º Comienzo de la explotación del Biogás en Vertederos

EVOLUCIÓN HISTORICA (II)

41


Esquema de la generación de energía a partir de RU en vertederos controlados

RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

VERTEDEROVERTEDERO

CALORELECTRICIDAD

BIOGÁSBIOGÁS

LIXIVIADOLIXIVIADO Tratam.

42


• Fase I: Aerobia (15 días)• Fase II: Anaerobia, en ausencia de CH4 (2 meses)• Fase III: Anaerobia, con formación en aumento de CH4 (2 años)• Fase IV: Anaerobia, de estabilización de CH4 ( 20-30 años)

FASES DE LA DEGRADACIÓN ANAEROBIA DE LOS RESIDUOS EN UN VERTEDERO

43


• Fase I: Aerobia (15 días)• Fase II: Anaerobia, en ausencia de CH4 (2 meses)• Fase III: Anaerobia, con formación en aumento de CH4 (2 años)• Fase IV: Anaerobia, de estabilización de CH4 ( 20-30 años)

FASES DE LA DEGRADACIÓN ANAEROBIA DE LOS RESIDUOS EN UN VERTEDERO

44


CARACTERÍSTICAS DE LOS PRINCIPALES CONSTITUYENTES

• METANO: Incoloro inodoro e inflamable. Efecto invernadero.

• DIÓXIDO DE CARBONO: Incoloro inodoro y no inflamable. Efecto invernadero.

• NITRÓGENO Y OXÍGENO: Constituyentes del aire.

• HIDRÓGENO: Se produce en las primeras fases. Es “no tóxico” y muy ligero.

• MONÓXIDO DE CARBONO: Muy tóxico. Presente en concentraciones muy pequeñas (0,001%)

• AMONIACO: Puede encontrarse en concentraciones elevadas (30 mg/m3)

• SULFURO DE HIDRÓGENO: Muy tóxico e inflamable. Muy corrosivo.

• VOC´S: Se estima que pueden encontrarse 350 compuestos traza diferentes (hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos halogenados, alcanos,....). Pueden representar entre el 1-2% en volumen. Es importante conocerlos desde el punto de vista medioambiental.

45


CONVENIENCIAS DE LA EXTRACCIÓN DEL BIOGÁS

DESDE EL PUNTO DE VISTA MEDIOAMBIENTAL:

Ø Se eliminan compuestos que contribuyen al efecto invernadero Ø Se evita el escape a la atmósfera de compuestos tóxicos Ø Se eliminan posibles riesgos de explosión Ø Se evitan riesgos de incendios Ø Se eliminan posibles daños en la vegetación de la zona Ø Se evita la producción de olores desagradables

DESDE EL PUNTO DE VISTA ENERGÉTICO: Ø Puede constituir un potencial energético importante

46


INFRAESTRUCTURA DE EXTRACCIÓN Y APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS

• POZOS DE CAPTACIÓN

• LÍNEAS DE CONDUCCIONES

• ANTORCHA

• ESTACIÓN DE REGULACIÓN Y MEDIDA

• SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE AGUA

• SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE COMPUESTOS

CORROSIVOS

47


DETALLE DE POZO DE CAPTACIÓN Y SELLADO EN MESETA

48


POZO DE CAPTACIÓN DE BIOGÁS

VÁLVULA TOMAMUESTRAS

CAPA DRENANTE GASESGrava 40/200 e= 0,25 m)

MATERIAL CALIBRADO

ARQUETA PREFABRICADA

LÁMINA PLÁSTICA

CABEZAL

COBERTURA TIERRA (e=1 m)TIERRA NATURAL

Capa impermeable e=0,25 m

CANALIZACIÓN SECUNDARIA A COLECTOR GENERAL

CAPA DRENANTE GASESGrava 40/200 e= 0,50 m)

SONDEO DE 450

TUBO PERFORADO DE PEAD Diámetro 110

49


SONDAS DE EVACUACIÓN Y CABEZALES DE SONDA EN UN VERTEDERO CLAUSURADO

50


CORTE TRANSVERSAL DE UN POZO SIN CABEZAL DE EVACUACIÓN DE BIOGÁS

51


LEYENDA:

1: COBERTURA

2: TIERRA DE CUBRICIÓN

3: RESIDUOS COMPACTADOS

4: CABEZAL DEL POZO DE EXTRACCIÓN DE BIOGÁS

5: TUBER ÍA DE CONDUCCIÓN DE BIOGÁS

6: TUBER ÍA RANURADA

7: BRIDA EMPALME DE TUBERÍAS

SECCIÓN DE VERTEDERO CON POZO DE EXTRACCIÓN DE BIOGÁS

1

2

3

4

5

6

7

52


SISTEMA DE EXTRACCIÓN GLOBAL DEL BIOGÁS EN UN VERTEDERO

Radio de acción aproximado 20-30 m

53


ESQUEMA DEL PROCESO

54


ESTRUCTURA COMPLETA DE UNA PLANTA DE CAPTACIÓN Y VALORIZACIÓN DE BIOGÁS DE VETEDERO

55


EXPORTACIÓN

TRANSFORMACIÓN

GENERACIÓN

CELDA SELLADA

ALMACENAJE

TRATAMIENTO

COMBUSTIÓNEXCEDENTES

LÍNEA DESDE CELDA

POZO

ERM

ELEMENTOS PRINCIPALESDE LA PLANTA DE CAPTACIÓNY VALORIZACIÓN DE BIOGÁS

VERTIDO

PLANTA DE CAPTACIÓN Y VALORIZACIÓN DE BIOGÁS DE VETEDERO

56


ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO EN UN VERTEDERO CONTROLADO

1 Tonelada RSU (50% m.o.)------- 200 m3 metano

Aprovechamiento-------------------- 80%

1 Tonelada RSU--------------------- 5-20 m3 biogás/año

1 m3 biogás (60% metano)--------- 5.500 Kcal

57


ANÁLISIS DEL BIOGÁS (I)

ANALISIS BIOGÁS

Componentes Principales Concentración (%)MetanoDióxido de carbonoOxígenoNitrógeno

Hidrocarburos halogenados Concentración (mg/m3)1,1,1 - TricloroetanoTricloroetenoTetracloroetenoDiclorobencenoCloruro de vinilo1,1 - Dicloroetenocis 1,2-Dicloroetenotrans 1,2- DicloroetenoDiclorometanoTriclorometanoTetraclorometano1,1 - Dicloroetano1,2 - Dicloroetano

Acidos Inorgánicos Concentración (mg/m3)Ácido ClorhídricoÄcido FluorhídricoÄcido Sulfhídrico

58


Hitrocarburos aromáticos Concentración (mg/m3)BencenoToluenoEtilbencenom+p xilenoo-xilenoPropilbencenoTrimetilbencenoIsopropilbencenop-Cimenoa-PinenoCanfenob-Pinenod-carenoLimoneno

Mercaptanos Concentración (mg/m3)Etil mercaptanoMetilmercaptanon-Butilmercaptano

Otros ConcentraciónHumedad relativaTemperaturaPartículasAmonio (NH4+)NO2SO2

Silanos y SiloxanosAnálisis cuantitativo Concentración (mg/m3)Hexametilociclotrisiloxanos Octametilociclotetrasiloxanos Decametilociclopentasiloxanos Octametiltrisiloxano

ANÁLISIS DEL BIOGÁS (II)

59


1 motor de 1063 kWe1 motor de 1063 kWe1 motor de 1415 kWe

199820002003

Mula (Murcia)

2 motores de 636 kWe1 motor de 630 kWe

19982001

Gardelegui (Álava)

1 motor de 725 kWe1997Góngora (Navarra)

2 motores de 496 kWe2 motores de 480 kWe1 motor de 480 kWe

199619992003

Meruelo (Cantabria)


19951996

San Marcos (Guipúzcoa)

1 motor de 220 kWe6 motores de 740 kWe2 motores de 910 kWe1 motor de 450 kWe

1990199219992001

La Zoreda (Asturias)


19921997

Artigas (Vizcaya)

POTENCIA INSTALADAAÑOVERTEDERO

GENERACIÓN DE ENERGÍA EN VERTEDEROS ESPAÑOLES (I)

60


1 motor de 624 kWe1999Valladolid

2 motor de 850 kWe1999Coll Cardús (Barcelona)

1 motor de 480 kWe12 motores de 1063 kWe

19992003

Garraf (Barcelona)

1 motor de 1063 kWe1 motor de 1063 kWe

20012003

Les Valls (Barcelona)

2 motores de 1063 kWe1 motor de 1063 kWe1 motor de 1063 kWe

200120032005

Montemarta-Cónica (Sevilla)

1 motor de 475 kWe2001Sasieta (Guipúzcoa)

3 motores de 725 kWe2001Cerceda (Coruña)

4 motores de 660 kWe2000Arico (Tenerife)

1 motor de 480 kWe1998Logroño (La Rioja)


GENERACIÓN DE ENERGÍA EN VERTEDEROS ESPAÑOLES (II)

61


1 motor de 1063 kWe2002Can Mata (Barcelona)

2 motores de 1065 kWe2003Basseta Blanca (Valencia)

11 motores de 1415 kWe2003Pinto (CAM)

1 motor de 1063 kWe2003Alicante

8 motores de 2124 kWe2003Valdemingómez

1 motor de 624 kWe2003Viznar (Granada)

1 motores de 1063 kWe3 motores de 1415 kWe

2005Colmenar Viejo (CAM)

1 motor de 470 kWe2005Salamanca

1 motor de 625 kWe2004Abanilla (Murcia)

1 motor de 480 kWe2004Jata (Vizcaya)

1 motor de 480 kWe2004Igorre (Vizcaya)


GENERACIÓN DE ENERGÍA EN VERTEDEROS ESPAÑOLES (III)

62



2007Antequera (Málaga)

1 motor de 1131 kWe1 motor de 1415 kWe

2007Montalbán (Córdoba)

2 motores de 1063 kWe2005Málaga

1 motor de 1063 kWe2005Toledo


GENERACIÓN DE ENERGÍA EN VERTEDEROS ESPAÑOLES (IV)

63


EVOLUCIÓN DE LA POTENCIA INSTALADA EN LOS VERTEDEROS ESPAÑOLES

020000400006000080000

100000120000

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006

año

kWe

64


EVOLUCIÓN DEL NÚMERO DE MOTORES INSTALADOS EN LOS VERTEDEROS ESPAÑOLES

020406080

100120

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006

año

nº d

e m

otor

es

65


0,7 l de fuel-oil

1,5 Kg de madera

0,8 Kg de carbón1,2 l de alcohol

combustible 0,8 l de gasolina

6,8 kwh teóricoselectricidad

0,60 m3 degas natural

1 m3 de Biogás

70% CH4 + 30% CO2

6.000 Kcal

EQUIVALENCIAS DEL BIOGÁS CON OTROS COMBUSTIBLES

66


APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS

• La utilización del biogás como fuente de energía va aumentando día a día, según se va dando mayor importancia a las energías renovables como alternativa a las fuentes tradicionales de energía de origen no renovable (petróleo, gas, carbón, etc.).

• El biogás puede utilizarse en prácticamente las mismas aplicaciones energéticas desarrolladas para el gas natural. Su utilización ha ido evolucionando a lo largo de los años. Sus primeras aplicaciones energéticas fueron en cocinas familiares y lámparas en países como China e India.

Lámpara

Potencia mecánica

MotoresCogeneración

Electricidad Calor Iluminación

QuemadoresEstufas-Infrarrojo

Biogás

67


CONSUMO Y RENDIMIENTO DE ALGUNAS DE LAS APLICACIONES DEL BIOGÁS

La tabla muestra el consumo y rendimiento de los principales aparatos/equipos que utilizan biogás en países menos desarrollados.

Hasta 90%1 kW elect0,5 m/kWh

2 kW térmicos

Cogenerador

95-99%30 l/hInfrarrojo de 200 W

80-90%2 m3/hQuemador de 10 kW

25-30%0,5 m3/kWhMotor a gas

20-30%30-75 l/hNevera de 100 l

30-50%120-170 l/hLámpara de mantilla (60 W)

50-60%300-600 l/hQuemador de cocina

RendimientoConsumoAparato

68


APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS

• En la actualidad, las aplicaciones de mayor interés son: generación de calor mediante combustión, generación de electricidad, integración en la red de gas natural, combustible para vehículos y combustible de pilas de combustible . De éstas, las más comunes son la combustión directa para la producción de calor y la generación de energía eléctrica. No obstante, existe un interés creciente por otras alternativas como son su aplicación como combustible de automoción y su integración en la red de gas natural.

Un metro cúbico de biogás en su total combustión es suficiente para:- Generar 1.25 kw/h de electricidad.- Generar 6 horas de luz equivalente a una bombilla de 60 watt.- Poner en funcionamiento un refrigerador de 1 m3 de capacidad durante 1hora.- Hacer funcionar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante 30 minutos.- Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas

69


APLICACIONES ACTUALES DEL BIOGÁS DE MAYOR INTERÉS

Vertedero

Digestores Anaerobios

Calor

Integración en líneas de gas natural

Combustible para vehículos

Pilas de combustible

Biogás

Electricidad y calor con motores de cogenera-ción

70


OBTENCIÓN DE CALOR POR COMBUSTIÓN DIRECTA

El biogás se puede utilizar en la generación de calor, a través de su combustión.

El biogás mezclado con aire puede ser quemado en un amplio espectro de artefactos descomponiéndose principalmente en CO2 y H2O. La combustión completa sin el exceso de aire y con oxígeno puro, puede ser representada por las siguientes ecuaciones químicas:

CH4 + 2O2 ð CO2 + 2 H2O H2S + 3/2 O2ð SO2 + H2O

71


OBTENCIÓN DE CALOR POR COMBUSTIÓN DIRECTA

Aplicaciones: calefacción y agua caliente , calentamiento de los digestores, incinerar o esterilizar desechos provenientes del sector médico, para el secado de forraje, y en calentadores, cocinas de gas, lámparas o quemadores-estufas, tanto de uso industrial como doméstico.

También se puede aplicar en otros aparatos, como refrigeradores domésticos o quemadores infrarrojos, comúnmente utilizados en la calefacción de ambientes en ganadería (criaderos o parideras). Recientemente, se han desarrollado equipos para el enfriamiento de leche y/u otros productos agrícolas, lo que abre un importante campo de aplicación directa y rentable del biogás.

El principal inconveniente que presenta el biogás en este caso es la necesidad de ubicar la zona de consumo de calor lo más cerca posible de la zona donde se genera, ya que debido al bajo poder calorífico del biogás, este no puede ser trasladado de forma rentable por tuberías. Por ello, lo habitual es que el calor generado por la combustión del biogás sea utilizado en las propias instalaciones productoras.

Como ejemplo en España está el horno de incineración de residuos hospitalarios ubicado en el vertedero de La Zoreda (Asturias).

72


Estas aplicaciones son principalmente para países poco desarrollados

-Las cocinas y calentadores son fácilmente modificables, agrandando el paso del gas de los quemadores. La amplia disponibilidad de este tipo de equipos hace prometedora e interesante su utilización a gran escala. .

- Las lámparas a gas tienen una muy baja eficiencia y el ambiente donde se las utilice debe estar adecuadamente ventilado para disipar el calor que generan.

Lámpara y cocina que funcionan con biogás.

Cocinas, Calentadores y Lámparas

73


• F Las neveras domésticas constituyen un interesante campo de aplicación directa del biogás debido a que tienen un consumo parejo y distribuido a lo largo de las 24 horas del día lo cual minimiza la necesidad de almacenaje del gas. Estos equipos funcionan bajo el principio de la absorción (generalmente de ciclo amoníaco refrigerante – agua absorbente). Recientemente se han desarrollado equipos para el enfriamiento de leche y/u otros productos agrícolas lo que abre un importante campo de aplicación directa y rentable del mismo.

F Los quemadores infrarrojos comúnmente utilizados en la calefacción de ambientes (especialmente en criadores y parideras) presentan como ventaja su alta eficiencia lo cual minimiza el consumo de gas para un determinado requerimiento térmico. .

Neveras domésticas y Quemadores Infrarrojos

Estas aplicaciones son principalmente para países poco desarrollados

74


GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

Esta aplicación es, sin duda, el uso más interesante que tiene el biogás en la actualidad.

El biogás puede ser usado para generar electricidad de tres formas diferentes:

· Motores de combustión que van unidos a generadores de electricidad.

· Turbinas o microturbinas de gas.

· Pilas de combustible estacionarias

75


GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD MEDIANTE MOTORES DE COMBUSTIÓN

El biogás se puede usar como combustible para motores de combustión interna, tanto de gasolina (motores de ciclo Otto) como de gasóleo (diesel), pero previamente deben ser eliminadas las impurezas que pueden afectar al rendimiento y mantenimiento de los mismos. El biogás tiene un octanaje que oscila entre 100 y 110, lo que hace que sea muy adecuado para su uso en motores de alta relación volumétrica de compresión, aunque como contrapartida tiene una baja velocidad de encendido.

El rendimiento del biogás en los motores de ciclo Otto es muy adecuado, ya que sólo existe una merma de la potencia máxima de entre un 20% y un 30%, y pueden funcionar usando un 100% de biogás. Sólo para el arranque es necesario usar otros combustibles.

Con relación a los motores diesel, generalmente usan un sistema mixto de biogás y diesel, que permite aplicar distintas proporciones de ambos combustibles y el paso de uno a otro de forma rápida y fiable. Para ello, estos motores disponen de un mezclador de gases con un sistema de control, manteniendo el sistema de inyección convencional. Además de la generación de electricidad, estos motores se utilizan en otras aplicaciones (bombeo de agua, etc.).

Actualmente esta tecnología es la más empleada en España para el biogás de vertedero, existiendo en la actualidad una potencia instalada de 100MW.

76


GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD MEDIANTE TURBINAS DE GAS

FEl uso de las turbinas de gas ha aumentado considerablemente al ser menos contaminantes debido a su mejor rendimiento. Este crecimiento se ha visto favorecido por el incremento de actividad en el sector del gas y además por el crecimiento sostenido de la demanda. Una de las ventajas de las turbinas es que requieren menor tiempo de instalación que otros sistemas equivalentes, por lo que resultan muy adecuadas para proyectos de desarrollo rápido. FTiene mayor rendimiento si se utiliza en ciclos combinados. FA pesar de su buen funcionamiento, debe tenerse en cuenta la fuerte dependenciaque presentan estos sistemas a determinados parámetros como la humedad o la presión, y que condicionan tanto la potencia que la turbina es capaz de producir como su rendimiento.FVarias empresas han desarrollado turbinas de pequeña potencia, en torno a los 30 kW, específicamente para uso de biogás. Estas microturbinas se pueden utilizar en zonas residenciales o pequeñas industrias. Algunas de estas empresas son: Capstones, IR PowerWorks, Turbec (ABB/Volvo), o Elliot Energy System.FEn España, se tiene un ejemplo del uso de turbinas de gas mediante biogás generado en el Ecoparque de La Rioja

77


GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD MEDIANTE TURBINAS DE GAS

Algunas de sus ventajas son:

• Pueden producir electricidad y calor simultáneamente (cogeneración).• Prácticamente todo el calor de proceso se puede recuperar (alto rendimiento).• Pueden operar conectados a la red eléctrica de forma continua.• Bajo nivel de contaminantes y ruidos.• Pueden trabajar en ciclo combinado (gas y vapor) aumentando su rendimiento.• Permiten el uso de combustibles de bajo poder calorífico (biogás).

78


SISTEMAS DE COGENERACIÓN

• Estos sistemas buscan la mayor eficiencia en el aprovechamiento de la energía contenida en el biogás.

• En estos casos la potencia mecánica provista por el eje del motor es aprovechada para generar electricidad a través de un generador. Simultáneamente y por medio de una serie de intercambiadores de calor ubicados en los sistemas de refrigeración (agua y aceite) del motor y en la salida de los gases de escape, se recupera la energía térmica liberada en la combustión interna. De este modo se logra un mejor aprovechamiento de la energía que la lograda mediante la generación convencional de electricidad, donde el calor generado en el proceso se pierde.

• Una central de cogeneración de electricidad-calor funciona con turbinas, motores de combustión o pilas de combustible , ya que cualquiera de estas tecnologías libera calor en el proceso de generación de electricidad.

• La difusión de estos sistemas estará condicionada por la rentabilidad final. Sin embargo, representa la utilización más racional del biogás ya que se obtiene una forma de energía extremadamente dúctil como la electricidad al mismo tiempo que una fuente de calor muy necesaria para la calefacción de digestores en zonas frías.

79


SISTEMAS DE COGENERACIÓN

• El sistema de cogeneración se utiliza de forma habitual en las instalaciones donde se pueden producir grandes cantidades de biogás (grandes explotaciones agrarias/ganaderas, plantas de tratamiento de aguas residuales, vertederos, etc.), ya que el calor producido es reutilizado en diversas fases del proceso de generación del biogás (para el calentamiento de los digestores anaeróbicos, por ejemplo).

• Las centrales de cogeneración de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energético del orden del 90%. Además, el procedimiento es más ecológico, ya que durante la combustión se libera menos CO2 y NOx, que usando fuentes de energía tradicionales (carbón o petróleo).

• En la actualidad, se está empezando a hablar de trigeneración. Es un proceso similar a la cogeneración en el que se produce frío, además de energía eléctrica y calor,típicos de la cogeneración, utilizando un único combustible, como es el biogás.

• El biogás también puede ser utilizado en plantas preparadas para la trigeneración. De hecho, ya existen empresas que han ideado equipos de trigeneración que usan específicamente el biogás como combustible (AB Energy, Deutz Power SystemsGMBH).

80


HIDRÓGENO Y PILAS COMBUSTIBLES

• La progresiva disminución de las reservas de combustibles fósiles y los problemas medioambientales asociados a su combustión obligan a la búsqueda de nuevas alternativas energéticas. En este contexto, el hidrógeno surge como un nuevo "vector energético", es decir, un transportador de energía primaria hasta los lugares de consumo que ofrece, además, importantes ventajas. El hidrógeno se presenta así como uno de los mejores candidatos para ser "el combustible del futuro".

• Se puede obtener hidrógeno a partir de fuentes de energía renovables como la eólica, fotovoltaica o hidráulica, mediante la electrólisis del agua, constituyendo un proceso cíclico totalmente limpio. También puede producirse a partir de la biomasa por descomposición térmica o biológica, o bien de los propios combustibles fósiles como el gas, el petróleo o el carbón.

• Las tecnologías en procesos de hidrógeno y pilas de combustible son un nuevo campo prometedor que va encaminado hacia la nueva economía llamada del hidrógeno, que se espera sea comercial en los próximos años y que requeriráun gran número de técnicos muy especializados en la materia.

81


HIDRÓGENO Y PILAS COMBUSTIBLES

• Las pilas de combustible son sistemas electroquímicos en los que la energía de una reacción química se convierte directamente en electricidad. A diferencia de la pila eléctrica o batería, una pila de combustible no se acaba ni necesita ser recargada, ya que funciona mientras el combustible y el oxidante le sean suministrados.

• .

• .

Una pila de combustible consiste en un ánodo en el que se inyecta el combustible, comúnmente hidrógeno, amoníaco o hidracina, y un cátodo en el que se introduce un oxidante, normalmente aire u oxígeno. Los dos electrodos de una pila de combustible están separados por un electrolito iónico conductor.

Su principio de funcionamiento es inverso al de la electrólisis del agua, en la que se separa este compuesto en hidrógeno y oxígeno, mediante aporte de energía eléctrica. En el caso delas pilas de combustible, se obtiene energía eléctrica por medio de la reacción entre hidrógeno y oxígeno, generándose vapor de agua:

H2 + O2 H2O + Electricidad

82


INTEGRACIÓN EN LA RED DE GAS NATURAL

• Gracias a la posibilidad del tratamiento del biogás elevándolo a calidad de gas natural han surgido nuevas perspectivas de aprovechamiento.

El biogás, previamente depurado para que alcance los requerimientos de calidad del gas natural, se puede introducir en su red de distribución, ya que, al igual que el gas natural, está constituido

principalmente por metano, y con ello, el uso en grandes centrales eléctricas o en el sector de transportes.

• Algunos países, como Alemania o Suecia, han introducido

especificaciones de calidad para que el biogás pueda ser introducido en la línea de distribución del gas natural.

83



• Entre las ventajas de este uso destacan:

– la red conecta la zona de producción con las áreas de mayor densidad de población, lo que permite que el gas llegue a nuevos consumidores.

– es posible aumentar la producción en un lugar remoto y todavía utilizar el 100 % del gas.

– permite mejorar la seguridad de suministro local, factor muy importante ya que la mayor parte de los países consumen más gas natural del que producen.

F La integración del biogás en las redes de gas natural ha sido probada con cierto éxito en varios países de la UE (Suiza, Suecia, Alemania y Francia) y en los Estados Unidos.

F Desde diciembre de 2006, las primeras plantas de biogás alimentan en la red de gas natural alemana. Hasta la fecha han seguido este camino aproximadamente una docena de plantas, estando en planificación o en construcción aproximadamente otra docena.

84



F Según un estudio realizado, hasta el año 2030 se cree que existe un potencial de biogás disponible para alimentación de 100.000 millones de kilovatios/hora anuales, solamente en Alemania. Esta cantidad corresponde aproximadamente a un 10 % del consumo de gas natural actual en el país.

F En España, la primera experiencia la va a llevar a cabo el Ayuntamiento de Madrid con el biogás obtenido de la biometanización de la FORSU en el Parque Tecnológico de Valdemingómez.

F Proyecto Europeo LIFE BIOGRID: Biogas inyection into natural gas grid and use as vehicle fuel by upgranding it with a novel CO2 capture andstorage technology. Lugar: Tineo (Asturias) y Bilbao. Periodo: 1-1-2009 hasta 31-12-2011. Socios: Coordinador: Naturgas Energía, Asociados: Biogas Fuel Cell (ES), GasTreatmentServices BV (NL), Ingrepro BV (NL) y Urbaser (ES)

85


COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS

• Junto con la generación de electricidad, ésta es la aplicación con más futuro del biogás.

• El biogás puede ser usado como combustible de automoción en pilas de combustible, como se ha visto y en motores de

explosión.

• El biogás puede sustituir al gas natural en los vehículos

propulsados por este combustible, previo refinado del biogás para eliminar impurezas (CO2, SH2 , NH3, agua y partículas sólidas) y, de esta forma, elevar los niveles de metano hasta casi el 95% (IEA-

Bioenergy, 2001).

86



• En el año 2005, Volvo presentó un motor desarrollado específicamente para usar gas natural o biogás como combustible de automoción (principalmente para autobuses de transporte urbano).

• En España son varias las ciudades donde ya existen vehículos que utilizan biogás, sobre todo en transporte urbano. En Madrid, el biogás generado en las plantas de biometanización del Parque Tecnológico de Valdemingómez será incorporado a la red y abastecerá a 400 autobuses de la EMT.

• En Suecia, donde funciona un tren de transporte de pasajeros y los autobuses de Helsingborg funcionan con biogás.

87


• El uso vehicular del biogás se ha empleado desde hace bastante tiempo. Sin embargo su difusión está limitada por una serie de problemas:

– A fin de permitir una autonomía razonable el gas por su volumen debe ser almacenado en contenedores cilíndricos de alta presión (200 a 300 bar.); este tipo de almacenamiento implica que el mismo deba ser purificado antes de su compresión.

– Mayor tiempo de llenado y menor autonomía de conducción

– La conversión de los motores es cara (instalación similar a la del GNC) y el peso de los cilindros disminuye la capacidad de carga de los vehículos.

– La falta de una adecuada red de abastecimiento y la energíainvolucrada en la compresión a gran escala de este tipo de uso.


88


GRADO DE REFINADO PARA LAS APLICACIONES DE MAYOR INTERÉS

Vertedero

Digestores Anaerobios

Calor

Integración en líneas de gas natural

Combustible para vehículos

Pilas de combustible

Biogás

Electricidad y calor con motores de cogenera-ción

Refinado

-

+

89


NECESIDAD DEL TRATAMIENTO DEL BIOGÁS EN FUNCIÓN DEL USO

Fuente: Weiland, 2006

Desulfuración Purificación del gas

Compresi ón Bombeo Reformado

CalderaAlmacenamiento

de Gas Odorizaci ón Pila de Combustible

Calor Electricidad Combustible Red Gas Natural

Desulfuración Purificación del gas Purificación del gas

Cogeneración

Calor Calor Electricidad

Biogás

El biogás debe ser refinado previamente en cualquiera de sus aplicaciones energéticas. En este sentido, las operaciones de depuración varían en función del uso del biogás,

90


LIMPIEZA DEL BIOGÁS

• Los requerimientos de calidad son mayores cuando se utiliza como combustible de automoción, se inyecta en las líneas de distribución del gas natural o se utilizan en pilas de combustible.

• La purificación del biogás incluye la eliminación de CO2, SH2, NH3, agua y siloxanos.

• La proporción de H2S en el biogás causa deterioros en las válvulas de admisión y de escape de determinados motores obligando a un cambio más frecuente de los aceites lubricantes. El grado de deterioro en los motores varía considerablemente y los resultados obtenidos experimentalmente suelen ser contradictorios.

• Los siloxanos, en el proceso de combustión del motor de gas, se convierten ensilicatos y cuarzo microcristalino que hacen disminuir el volumen de la cámara de combustión y contribuyen a la abrasión del motor.

91


CH4 (55% - 65%)

H2S, H2, otrs. (<5%)

CO2 (30% - 40%)

CONSIDERACIONES SOBRE EL BIOGÁS

Ø Previsiones y Evolución del consumo

Ø Evolución de la producción energética

Ø Consumo en España y la Unión Europea

Ø Líneas de innovación tecnológica

Ø Marco de referencia en la Unión Europea y en España

Ø Análisis del recurso

92


Fuente: IDAE

Evolución del consumo de biogás y previsiones en el marco del Plan de Fomento de las Energías Renovables en términos de energía primaria

93


Evolución del consumo de biogás y previsiones en el marco del Plan de Fomento de las Energías Renovables en términos de potencia instalada

Fuente: IDEA, 2005

94


Ø 2003 à 52 nuevos MW


Ø 2005 à : 11 nuevos MW


A finales de 2006, se había cubierto un 20% del

objetivo de incremento del PER 2005-2010.

EVOLUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DEL BIOGÁS

95


POTENCIA DE BIOGÁS Y PREVISIONES (2007)

Fuente IDEA, 2007

96


CONSUMO DE BIOGÁS EN ESPAÑA (2004)

Fuente: IDEA, 2005

TOTAL:

266.724 TEP

27.875 TEP

14.483 TEP

88.265 TEP

24.956 TEP 3.719 TEP

2.824 TEP

1.765 TEP

8.492 TEP

55.271 TEP5.910 TEP

1.523 TEP

16.783 TEP

8.456 TEP

405 TEP

4.896 TEP

1.106 TEP

TOTAL:

266.724 TEP

27.875 TEP27.875 TEP

14.483 TEP14.483 TEP

88.265 TEP88.265 TEP

24.956 TEP24.956 TEP 3.719 TEP3.719 TEP

2.824 TEP2.824 TEP

1.765 TEP1.765 TEP

8.492 TEP8.492 TEP

55.271 TEP55.271 TEP5.910 TEP5.910 TEP

1.523 TEP1.523 TEP

16.783 TEP16.783 TEP

8.456 TEP8.456 TEP

405 TEP405 TEP

4.896 TEP4.896 TEP

1.106 TEP1.106 TEP

97


CONSUMO DE BIOGÁS EN LA UNI ÓN EUROPEA (2003)

2

18

28

42

56

62

64

76

147

154

155

257

322

685

1.151

0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400

Luxemburgo

Finlandia

Irlanda

Grecia

Bélgica

Dinamarca

Austria

Portugal

Suecia

Holanda

Italia

España

Francia

Alemania

Reino Unido

KtepFuente: IDEA, 2004

98


PRODUCCIÓN DE ENERGÍA PRIMARIA A PARTIR DE BIOGÁS EN LA UNIÓN EUROPEA EN 2007 (EN KTEP)

Biogás de vertedero

Otras procedencias (plantas descentralizadas de biogás agrícola, etc)

Biogás de lodo depuradora

Fuente: EurObserv'ER 2007

99

Biogás de Vertederos. Nely CarrerasFuente:Fachverband Biogas e.V .

EVOLUCIÓN DE LAS PLANTAS DE BIOGÁS EN ALEMANIA (1992-2007)

100


Æ LIBRO BLANCO:

ð OBJETIVO GENERAL: APORTACION DE LAS FUENTES DE ENERGIA RENOVABLES EN UN PORCENTAJE DEL 12% DE LA ENERGIA PRIMARIA DEMANDADA EN LA UNION EUROPEA EN EL AÑO 2010

ðOBJETIVO BIOGÁS: AUMENTAR EN 15 MTEP/AÑO EL CONSUMO DE BIOGÁS EN LA UNIÓN EUROPEA EN EL AÑO 2010

ESTO SIGNIFICA:

ð APROVECHAR EL 19% DEL POTENCIAL ESTIMADO DEL RECURSO EN LA UNIÓN EUROPEA

ðIMPORTANTE CONTRIBUCIÓN AL DESCENSO DE EMISIONES DE GASES DE INVERNADERO (METANO)

Æ DIRECTIVA 1999/31/CE, relativa al vertido de residuos

EL BIOGÁS: Marco de referencia en la Unión Europea

Ciudad Real - Junio -2007

101


Anexo I:

Requisitos generales para todo clase de vertederos

Anexo II:

Procedimientos de control y vigilancia en las fases de explotación y

mantenimiento posterior

DIRECTIVA EUROPEA DE VERTEDEROS: Directiva 1999/31/CE

102


En lo que respecta al control de gases dice:

1. Se tomarán las medidas adecuadas para controlar la acumulación y emisión de gases de vertedero (Anexo III)

2. Los gases se recogerán, se tratarán y se utilizarán. Si no pueden utilizarse para producir energía se quemarán.

3. El apartado 2 se llevará a cabo de tal forma que reduzca al mínimo el daño o deterioro del medio ambiente y elriesgo para la salud humana

ANEXO I:

REQUISITOS GENERALES PARA TODA CLASE DE VERTEDEROS


103


ANEXO III:

PROCEDIMIENTOS DE CONTROL Y VIGILANCIA EN LAS FASES DE EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO POSTERIOR

Este anexo hace referencia a los gases en el punto 3 que se expone a continuación:

3. Datos de emisión: control de aguas, lixiviados y gases

El control de los gases deberá ser representativo de cada sección del vertedero. La frecuencia de la toma de muestras y análisis figura en el Cuadro I


104



105


Regula la eliminación de Residuos mediante Depósito en Vertedero

Artículo 5:

a) A más tardar el 16 de julio de 2006, RU Biodegradables destinados a vertedero <75% de 1995

b) A más tardar el 16 de julio de 2009, RU Biodegradables

destinados a vertedero <50% de 1995

c) A más tardar el 16 de julio de 2016, RU Biodegradables

destinados a vertedero <35% de 1995

REAL DECRETO 1481/2001

106


• Deberán recogerse muestras de lixiviados y aguas superficiales, si las hay, en puntos representativos.

• El control de las aguas superficiales, si las hay, deberá llevarse a cabo en un mínimo de dos puntos, uno aguas arriba del vertedero y otro aguas abajo.

• El control de gases deberá ser representativo de cada sección del vertedero.

Frecuencia de la toma de muestras y análisis:

Fase de explotación Fase de mantenimiento posterior (1)

Volumen de los lixiviados Mensualmente (3) y (4) Cada seis meses

Composición de los lixiviados (2) Trimestralmente (3) Cada seis meses

Volumen y composición de las aguas superficiales (7) Trimestralmente(3) Cada seis meses

Emisiones potenciales de gas y presión atmosférica Mensualmente (3) y (5) Cada seis meses(6)(CH4, CO2, O2, H2S, H2, etc.)(4)

(1) La frecuencia de la toma de muestras podría adaptarse en función de la morfologías de los residuos del vertedero (en túmulo, enterrado, etc.).(2)Los parámetros que deban medirse y las sustancias que deban analizarse variarán conforme a la composición de los residuuos depositados, deberán indicarse en el documento de autorización y reflejar las caracter ísticas del lixiviado de los residuos.(3) Si la evaluación de los datos indica que mayores intervalos son igualmente efectivos, los mismos podrán adaptarse. Para los lixiviados, siempre se deberámedir la conductividad como mínimo una vez al año.(4) Estas mediciones se refieren principalmente al contenido de materia orgánica en el residuo(5) CH4, CO2, O2 periodicamente; otros gases según proceda, conforme a la composición de los residuos depositados para reflejar sus propiedades de lixiviabilidad(6) Deberá comprobarse periódicamente la eficacia del sistema de extracción de gases.(7) Sobre la base de las caracter ísticas del emplazamiento, las Comunidades Autónomas podrán determinar que dichas mediciones no son necesarias, e informarán de ello al Ministerio de Medio AmbirenteN.B.: Los controles sobre el volumen y la composición de los lixiviados se aplicarán sólo cuando tenga lugar la recogida de liviados (véase el apartado 2 del anexo I).

FASE DE EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO POSTERIOR: PROCEDIMIENTOS DE CONTROL Y VIGILANCIA DE AGUAS, LIXIVIADOS Y GASES (RD 1481/2001)

107


Marco de referencia en España

A ESCALA NACIONAL:

ÆLEY 54/1997, DEL SECTOR ELECTRICO

ðESTABLECE: - UN REGIMEN ESPECIAL PARA LAS E. RENOVABLES (< 50 MW)

- GARANTIA DE ACCESO A LA RED

- UNA PRIMA PARA LAS E. RENOVABLES

ðREQUIERE: - UN PLAN DE FOMENTO DE LAS E. RENOVABLES.

ÆREAL DECRETO 436/2004 DE 12 DE MARZO

ðOBJETO: - PROCEDIMIENTO ADMTVO. DE INCLUSIÓN EN EL RÉGIMEN ESPECIAL

- ESTABLECE INCENTIVOS

- CONCRETA EL RÉGIMEN ECONÓMICO

ÆPLAN DE ENERGÍAS RENOVABLES EN ESPAÑA 2005-2010 (agosto de 2005)

ÆREAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo, por. el que se regula la actividad de producción de. energía eléctrica en régimen especial. ð Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por. el que se regula la actividad de producción de. energía eléctrica en régimen especial.

A ESCALA AUTONÓMICA:

ÆPROCEDIMIENTO ADMINISTRATIVOS PARA LA AUTORIZACIÓN DE INSTALACIONES


108


Real Decreto 661/2007: Criterios particulares Biomasa (grupo B7)

• Tarifa Regulada 2006 g 6,7 c€/kWh

Normativa. Real Decreto 661/2007. Nueva tarifa

Biogás de Digestores 9,760013,0700P <= 500 kWb.7.2

5,77749,6800P => 500 kW

3,0844

3,7784

Prima de referencia

5,3600

7,9920

Tarifa regulada

Potencia

b.7.3.

b.7.1.

Grupo

Estiércoles y Biocombustibleslíquidos

Biogás de vertedero

RETRIBUCIÓN c€/kWh

109


El BIOGÁS: Análisis del recurso

§ RESIDUOS GANADEROS

ü Explotaciones intensivas

ü Digestión anaerobia para alta concentración de ganado

ü Situación actual: baja utilización

§ FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS R.S.U.

ü En vertederos controlados de más de 200-250 t/día de capacidad

ü Desgasificación del vertedero

ü Digestión anaerobia en bioreactoresvs compostaje directo aerobio

ü Situación actual: utilización creciente

§ RES. IND. BIODEGRADABLES

ü Industria cervecera, azucarera, alcoholera, lácteos, oleícola, etc.

ü Digestión anaerobia

ü Situación actual: apreciable grado de aplicación

§ LODOS DE DEPURACIÓN DE A.R.U.

ü Interesante desde 100.000 hab-eq de nivel de vertido

ü De tratamientos primario y secundario

ü Digestión anaerobia

ü Situación actual: apreciable grado de aplicación

Fuente: IDAE, 2004

110


BIOGÁS: PROYECTOS EN EXPLOTACIÓN (1999-2004)

379,8150.000186.33330TOTAL

316,955.986177.43824Gas de vertederos

6,826.5391.7981Residuos Industriales

50,77.6433.8752Residuos ganaderos

5,459.8323.2223Tratamiento de aguas residuales

Cumplimiento del objetivo (%)

Objetivo del plan 2010 (tep)

Energía Primaria (tep)

Número de proyectos

Madrid y Cataluña son las Comunidades Autónomas con mayor consumo de biogás, con m ás del 50% del total en relación directa con el desarrollo de estas comunidades en proyectos relacionados con el aprovechamiento energético del biogás generado en el tratamiento de los residuos urbanos.

Fuente: IDAE

111


ð Avances tecnológicos ligados al empleo de pequeñas cantidades de residuo

(ganadero, industrial o de lodos de depuradora) para el aprovechamiento

energético del biogás producido en su digestión anaerobia

ð Mejoras técnicas en el ámbito del rendimiento de los motores

ð Mejora de eficiencia en los procesos de producción de biogás

ð Desarrollo de sistemas de codigestión de los residuos biodegradables

ð Optimización y mejora de los procesos de depuración y limpieza del biogás

ð Desarrollo de sistemas para la inyección del biogás en la red de gas natural


EL BIOGÁS EN EL PER 2005-2010. LÍNEAS DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

112


ð Avances tecnológicos ligados al empleo de pequeñas cantidades de residuo

(ganadero, industrial o de lodos de depuradora) para el aprovechamiento

energético del biogás producido en su digestión anaerobia

ð Mejoras técnicas en el ámbito del rendimiento de los motores

ð Mejora de eficiencia en los procesos de producción de biogás

ð Desarrollo de sistemas de codigestión de los residuos biodegradables

ð Optimización y mejora de los procesos de depuración y limpieza del biogás

ð Desarrollo de sistemas para la inyección del biogás en la red de gas natural


EL BIOGÁS EN EL PER 2005-2010. LÍNEAS DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

113


VERTEDERO BIORREACTOR

• EPA’s Office of Research and Development’s (ORD) definition of a bioreactor is:

“Bioreactors are landfills where controlled addition of non-hazardous liquid wastes or water accelerate the decomposition of waste and landfill gas generation.”

Further• ORD states a bioreactor is:

“A landfill designed and operated in a controlled manner with theexpress purpose of accelerating the degradation of MSW inside a landfill containment system.”

114



OBJETIVO:

ACELERAR EL PROCESO DEGRADATIVO DE LOS RESIDUOS ORGÁNICOS QUE

TIENE LUGAR EN EL INTERIOR DE LAS PLATAFORMAS DE VERTIDO

COMO CONSECUENCIA DE PROCESOS MICROBIOLÓGICOS

VERTEDERO ADAPTADO PARA ESTABILIZAR LA MATERIA ORGÁNICA BIODEGRADABLE

EN UN PLAZO MÁS CORTO DE TIEMPO (DE 5 A 10 AÑOS).

METODOLOGÍA

LLEVAR A CABO LA OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO MICROBIOLÓGICO MEDIANTE LA ADICIÓN CONTROLADA DE LÍQUIDOS Y/O LIXIVIADOS.

115


F Se acorta el tiempo de generación de biogás → Energéticamente el biogás se aprovecha antes, mayor rentabilidad energética.

VENTAJAS DE LOS VERTEDEROS BIO-REACTORES

F Evita la formación de biogas hasta 30 y 100 años → Reducen al m ínimo los riesgos ambientales para las generaciones futuras asociados a ladescomposición del residuo.

F Se reduce la carga de efecto invernadero →El metano (50-60% del biogás) es cerca de 24,5 veces más potente como gas invernadero que el CO2.

F Se crea espacio adicional de vertido → Se podría potencialmente alargar la vida de un vertedero un 20%.

F Se reduce la presencia de gases tóxicos presentes en el biogás de vertedero

F Se reducen considerablemente los costes de operación y mantenimiento de los sistemas de control posclausura del vertedero (durante 30 años) y del tratamiento de lixiviado (disminución de la concentración de la mayoría de los componentes del lixiviado).

116


VOLUMEN ACUMULADO DE METANO A LO LARGO DEL TIEMPO

TIEMPO (años)0 1 2 3

CELDA CONTROL

CELDA BIORREACTOR

RANGO NORMAL ESPERADO

l/kg m.s.

60

50

40

30

20

10

0

117


05

10152025

3035404550

0 20 40 60 80 100

AÑO

Met

ano

(m3 /

min

)

Tradicional

Biorreactor

30 después de la clausura

COMPARACIÓN EN LA GENERACIÓN DE BIOGÁS

Vertedero tipo de 1000 t/d que ha operado durante 20 años

118


EMISIONES DE METANO DE VERTEDEROS DE RU

Fuente: USEPA 2006. Global Anthropogenic Non-CO2. GreenhouseGas Emissions: 1990-2020

119



Fuente: Environmental Protection Agency(USEPA) 2006

120



Fuente: Environmental Protection Agency(USEPA) 2006

121


PORCENTAJE DE ASENTAMIENTO A LO LARGO DEL TIEMPO

TIEMPO (años)0 1 2 3 4

CELDA BIORREACTOR

CELDA CONTROL

ASE NTAMIENTO

122


RELACIÓN ENTRE EL VERTEDERO CONVENCIONAL Y EL VERTEDERO BIO-REACTOR

PARÁMETROS

VERTEDERO CONVENCIONAL

VERTEDERO BIO-REACTOR

GENERACIÓN Y RECUPERACIÓN DE METANO. CONTROL DE LAS EMISIONES ATMOSFÉRICAS

FUGA DE GASES. RECUPERACIÓN DEL 55-80%. LENTA GENERACIÓN POR ENCIMA DE 20 AÑOS. MENOS EFICIENCIA DE RECOLECCIÓN DEL BOGÁS.

MAYOR EFICIENCIA DE RECUPERACIÓN DEL BIOGÁS LA MAYOR RECUPERACIÓN SE PRODUCEEN UN PERIODO CORTO DE 5 A 10 AÑOS. PERMITE UNA RECUPERACIÓN MÁXIMA EN MENOR TIEMPO

PROLONGACIÓN DE LA VIDA DEL VERTEDERO

0 AÑOS GANADOS

SE ALARGA LA VIDA DE L VERTEDERO EN UN 20%

RIESGOS DE CONTAMINACIÓN DEL LIXIVIADO

DE MEDIO A ALTO (ORGÁNICOS Y METALES) A LARGO PLAZO

MENOR CONCENTRACIÓN DE ORGÁNICOS Y METALES A CORTO PLAZO

123


MAYOR RENTABILIDAD ENERGÉTICA

MENOR AFECCIÓN AL MEDIO AMBIENTE

SE REDUCEN LOS COSTOS DE MANTENIMIENTO

DE 30 A 10 AÑOS

CONCLUSIONES ESPERADAS

• Se acelera el proceso degradativo, acortándolo a 10 años.• El biogás tiene un mayor contenido de metano

• Se reduce el efecto invernadero del metano• Se alarga la vida del vertedero en un 20%• Se reduce la presencia de gases tóxicos• Se produce mayor cantidad de biogás

124


Tuberías Cubierta AlternativaInterna Permeable

Fuente: Waste Management Technology Center, Inc.

SISTEMAS DE INYECCIÓN DE LIXIVIADOS

125



Recuperación de Biogás Tratamiento

del Lixiviado

Recirculación del Lixiviado

Celda Activa del BiorreactorColocación del Residuo en la Celda

126



Recuperación del Biogás

Almacenamientode Lixiviado

Sistema de Inyección de LixiviadoSistema de Recogida de LixiviadoSistema de Extracción de Biogás

Fuente: Waste Management Technology Center, Inc.

127



Adición de Lixiviado/LíquidoExtracci ón de Biogás

Almacenamiento de Líquidos

Extracci ón de Biogás para generar de energía eléctrica

Monitorización del agua subterránea

BiorreactorBiorreactor AnaerobioAnaerobio

128


Datos de Caracterización del Vertedero/Biorreactor

Diseño del Biorreactor

Construcción del Biorreactor

Operar con el Biorreactor

Recogida y Evaluación de los datos del Biorreactor

DiseñoOptimizado

del Biorreactor

Elementos de Rediseño del Biorreactor

PROCEDIMIENTO DEL ESTUDIO DEL BIOREACTOR

129


Desgasificación del Parque Forestal de

Valdemingómez

(antiguo vertedero de Madrid)

130


CARACTERÍSTICAS DEL ANTIGUO VERTEDERO DE VALDEMINGÓMEZ

• El vertedero de Valdemingómez se creó en el año 1978 y fue clausurado en el año 2000

• En este período se han vertido más de 20 millones de toneladas de RSU, 58.000 toneladas de residuos clínicos, se han incinerado 7.000 toneladas de animales muertos y se han recuperado cerca de 160.000 toneladas de material férrico para su reciclaje.

• Se han desarrollado una serie de actuaciones orientadas a la creación de una gran isla verde sobre los terrenos del ya clausurado vertedero de Valdemingómez.

• El sellado, la desgasificación y la valorización energética son algunas de estas actuaciones con las que se ha conseguido un único propósito final: recuperar ambientalmente la zona.

131


RESIDUOS DEPOSITADOS EN EL ANTIGUO VERTEDERO DE VALDEMINGÓMEZ (MADRID)

132


DETALLE DE POZO DE CAPTACIÓN Y SELLADO EN MESETA

133


ØCOLOCACIÓN LÁMINAS SINTÉTICAS-Extensión y soldaduras-Sellado cabezales pozos-Comprobación soldaduras

ØRED CONDUCCIÓN BIOGÁS DESDE CABEZALES POZOS HASTA ERM

SELLADO DEL VERTEDERO DE VALDEMINGÓMEZ: MATERIAL EMPLEADO

134


SELLADO DEL VERTEDERO DE VALDEMINGÓMEZ: MATERIAL EMPLEADO

• 2.010.000 m³ de tierra.

• 300.000 m³ de grava.

• 1.030.000 m² de láminas de polietileno

de alta densidad.

• 3.090.000 m² de geotextil.

• 2.520.000 m² de geodrenes.

• 53 Km de tuberías y cunetas.

• 17 Km de gaviones y muros.

135


DESGASIFICACIÓN

• Para evitar cualquier riesgo que se pueda derivar de las emanaciones gaseosas, se ha ejecutado un proceso de

desgasificación que consiste en:

– La extracción

– Conducción

– almacenamiento

– y alimentación de grupos motogeneradores del biogás acumulado en el vertedero.

• Con la extracción del biogás y su aprovechamiento energético se producirá una reducción de 4,2 millones

de toneladas de CO2.

136


• El objetivo: Producir energía eléctrica y reducir la emisión de gases de efecto invernadero procedentes de la descomposición de materiales orgánicos depositados en el vertedero, tal y como se ha desarrollado en el apartado relativo a la desgasificación.

• Equipamiento de las instalaciones:

– 280 pozos de captación

– 140 líneas de entrada de biogás a 10 estaciones de regulación (ERM) dotadas de medidores automáticos para determinar su composición.

– 8 motogeneradores de 2.124 KW

– Una caldera y una turbina de vapor

– Soplantes de la instalación de desgasificación

– Estación de regulación y medida de gas natural (90% biogás y 10% gas natural)

– Instalación de tratamiento del biogás (eliminación H2S).

EQUIPAMIENTO DE LA INSTALACIÓN DE DESGASIFICACIÓN

137


POTENCIA INSTALADA

• La potencia eléctrica total instalada es de 18,7 MW que se obtiene del biogás que, tras un acondicionamiento previo, es utilizado como combustible (90% biogás, 10% gas natural) en los motores de cogenaración para producir energía.

• Para optimizar el rendimiento energético de la instalación, el calor residual de los gases de escape de los motores se aprovecha paraalimentar una caldera de recuperación.

• El excedente de biogás que no se emplea para la generación de energía eléctrica es eliminado a través de antorchas de alta temperatura.

138


Se ha considerado factible la valorización energética del biogás generado, hasta el año 2017.

La máxima cantidad de biogás captable puede alcanzar valores próximos a los 9.000 N/m3.

La potencia eléctrica total instalada es de 18,7 MW (8 grupos

motogeneradores), y se dispone asimismo de un generador de vapor y de turbogenerador para el aprovechamiento del calor de los gases de escape de los motogeneradores (cogeneración).

VALORIZACIÓN ENERGÉTICA

139


EL VERTEDERO DE VALDEMINGÓMEZ EN CIFRAS

140


EL VERTEDERO DE VALDEMINGÓMEZ EN CIFRAS

141

ITE. MASTER EN ENERGÍAS RENOVABLES. MÓDULO BIOMASA. 2008

DESGASIFICACIÓN Y APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS DE VERTEDERO NelyCarreras

ESTUDIO DE MODELOS DE CÁLCULO DE EMISIONES

• Modelo de cálculo de emisiones de gases procedentes de vertederos de RSU propuesto por EPA. LandGEM 3.02.

• Modelo de cálculo de emisiones de gases procedentes de vertederos de RSU propuesto por IPCC. Método “First Order Decay”.

142



MODELO EPA

LANDFILL GAS EMISSIONS MODEL

(LandGEM)

ESTUDIO DE MODELOS DE CÁLCULO DE EMISIONES

143



MODELO EPA

• El “Landfill Gas Emissions Model” (LandGEM) es una herramienta de estimación automatizada, encuadrada en el programa de cálculo “Microsoft Excel”, utilizada para poder estimar las emisiones producidas en un vertedero de RSU, tanto de biogás, como de cada uno de los gases componentes del mismo como el metano, el dióxido de carbono, los componentes orgánicos que no sean metano y otros tipos de contaminantes atmosféricos que se podrían producir en el mismo, debido a la naturaleza heterogénea de los RSU vertidos.

• El modelo se basa en una ecuación de primer orden donde se estima la cantidad de metano al año que se produce en el vertedero y a partir de la misma, se estiman el resto de las cantidades de emisiones de los demás gases contaminantes.

QCH4=Sni=1S1j=0.1 k L0 Mi/10 (e –ktij)

144



• La ecuación cuenta con unos factores de emisión o parámetros

esenciales en la misma, ya que proporcionan la información adecuada para poder estimar con m ás precisión la cantidad y tipo de emisiones que se forman en un vertedero de RSU.

• Estos parámetros incluyen factores tan importantes en la producción de biogás como pueden ser la humedad, la

temperatura, la cantidad de nutrientes disponibles para los microorganismos, el pH, la composición de los RSU, la presencia de residuos peligrosos… ya que la formación de biogás se basa

en reacciones biológicas anaerobias, en las que los factores ambientales externos influyen de una manera importante.

MODELO EPA

145



• El modelo utiliza dos tipos de factores de emisión por defecto: la k (constante de generación de biogás) y la L0 (potencial de generación de biogás). La primera está influida por la temperatura, humedad, disponibilidad de nutrientes para los microorganismos y el pH y la segunda, por el tipo y la composición de los RSU.

• Los factores por defecto son los basados en:

1. Factores de la CAA (Clean Air ACT) : Basado en normativa de EEUU (regulaciones federales de vertederos de RSU) expuestas en la Ley de “aire limpio” (Clean Air Act). Determina si el vertedero en cuestión cumple los requerimientos de control expuestos en la Ley.

2. Factores de inventario: Basado en los factores de emisión de la AP-42 ( “Compilation of Air Pollution Emission Factors) de la EPA (U.S Environmental Protection Agency) y se utiliza para obtener un inventario de estimaciones de las emisiones cuando no se dispone de datos calculados.

• Estos últimos son los que la EPA recomienda para estimar emisiones y realizar un inventario de las mismas, de un modo general, pudiéndose extrapolar a las condiciones normales que se dan en cualquier vertedero de RSU.

MODELO EPA

146



• También se da la opción de poder introducir estos factores de emisión estimados con los datos del vertedero sobre el que se quieran estimar sus emisiones. Esta opción sería la más acertada, ya que se tendr ían en cuenta las características y factores ambientales del vertedero en concreto, que como se ha comentado anteriormente, son tan importantes tenerlas en cuenta para poder conocer de un modo más fidedigno la cantidad de biogás, y de los gases que lo componen, que se generan en un vertedero.

• En este modelo, por primera vez, se tienen en cuenta factores de emisión para vertederos en los que se da la recirculación de sus lixiviados, ya que las condiciones serían distintas al resto de vertederos convencionales, en particular, en lo referente a la humedad. Es decir, existen tres tipos de parámetros para el tipo de factores de emisión de “inventario” que son el convencional, el de zona árida y el de vertedero con recirculación de lixiviados.

MODELO EPA

147



• Los datos que requiere el landGEM para estimar las emisiones que se van a producir en un vertedero de RSU, son básicamente el año de apertura, el de clausura y la cantidad anual de RSU depositados, así como los parámetros con los que desea estimar, L0 y k por defecto o calculándolas con los datos caracter ísticos de cada instalación y los gases contaminantes que se desee estimar.

• Si se desconoce el año de clausura el landGEM lo calcula, teniendo en cuenta la cantidad de RSU anual que se introduzca y la capacidad total calculada del vertedero, el modelo asume que la última cantidad de RSU que se ha introducido ser á la misma hasta el final de la vida del vertedero y así, sabiendo la capacidad del mismo puede calcular el año de clausura.

MODELO EPA

148



• El modelo limita a 80 años la vida del vertedero y estima el modelo de las emisiones que se producen en el mismo sólo en 80 años, es decir, para estimar las emisiones sólo tiene en cuenta los datos de entrada de RSU hasta los 80 años, considerado año de clausura, aunque la capacidad del mismo confirme que puede tener m ás vida.

• Si se puede seguir introduciendo RSU tras los 80 años, el landGEM se encargará de hacer otro modelo para poder capturar el total de las emisiones con los datos de cantidad de RSU introducidos; la hoja de cálculo de “METANO” informa de la cantidad total de RSU que hay al final de los primeros 80 años y la capacidad que queda, estos valores son utilizados para la estimación de las emisiones en el segundo modelo. En la hoja de cálculo de “RESULTADOS” aparecen las emisiones de los dos modelos, las cuales se pueden sumar para así poder obtener el total de emisiones que se producen en el vertedero.

MODELO EPA

149


Proyecto: Estudio teórico del biogás generado y captable

Modelo EPA: Modelo LandGEM (Landfill Gas Emissions Model)

Ecuación de primer orden: QCH4= ∑ ∑ kLoMi / 10 (e )

Siendo: K= constante de generación de gasLo= potencial de generación de gasMi= cantidad de residuos depositadas en el año (toneladas)

La ecuación cuenta con unos parámetros que proporcionan la información adecuada para poder estimar con precisión la cantidad y tipo de emisiones que se forman en un vertedero.

El modelo utiliza dos tipos de factores:K: constante de generación de biogás, se encuentra influenciada por T, H, pH y disponibilidad de nutrientesLo: Se encuentra influenciado por el tipo y la composición de RSU.

i=1n 1

j=0,1-kt

ij

150


Caso práctico: Estudio teórico del biogás generado en un vertedero. Modelo EPA

Para estimar las emisiones que se van a producir en un vertedero de RSU, básicamente hay que introducir en el modelo los valores de

- año de apertura- año de clausura- cantidad anual de RSU depositadas- parámetros con los que se desea estimar Lo y Kousando los valores por defecto y los gases contaminantes que se desee estimar.

Si se desconoce el año en que se clausuró, si se tiene en cuenta la cantidad de RSU anual y la capacidad total calculada del vertedero, el modelo asume que la última cantidad de RSU que se ha introducido serála misma hasta el final de la vida útil del vertedero y as í se puede calcular el año de clausura.

151


Caso práctico: Estudio teórico del biogás generado en un vertedero. Modelo EPA

Para estimar las emisiones que se van a producir en un vertedero de RSU, básicamente hay que introducir en el modelo los valores de

- año de apertura- año de clausura- cantidad anual de RSU depositadas- parámetros con los que se desea estimar Lo y Kousando los valores por defecto y los gases contaminantes que se desee estimar.

Si se desconoce el año en que se clausuró, si se tiene en cuenta la cantidad de RSU anual y la capacidad total calculada del vertedero, el modelo asume que la última cantidad de RSU que se ha introducido serála misma hasta el final de la vida útil del vertedero y as í se puede calcular el año de clausura.

152


El modelo consta de 9 hojas de c álculo:1. Introducción: Proporciona una visión general del modelo e instrucciones

para manejarlo.2. Entrada de datos: Se introducen los datos que solicita el modelo, tales

como las características del vertedero, los factores de emisión a utilizar, los contaminantes a estimar y la cantidad de residuos aceptados por año.

3. Contaminantes: Permite introducir datos de concentraciones umbral y añadir 10 contaminantes más.

4. Revisión de la entrada de datos: Permite a los usuarios revisar los datos introducidos.

5. Metano: Calcula la estimación de la cantidad de metano usando una ecuación de primer orden.

QCH4=Sni=1S1

j=0.1 k L0 Mi/10 (e – ktij)

MODELO EPA

153


MODELO EPA

6. Resultados: Muestra las estimaciones de las emisiones de los

contaminantes seleccionados y lo hace en varias unidades

7. Gráficos: Muestra los gráficos de las concentraciones de los

contaminantes (biogás total, CH4, CO2, NMOC) a lo largo del tiempo.

8. Inventario: Muestra los datos de las emisiones de todos los contaminantes,

del año en el que se realiza el registro, en distintas unidades.

9. Relación de datos : Es un resumen de todo el proceso del modelo, donde se

pueden observar los datos de entrada, los resultados, los

gráficos…donde se puede observar con facilidad y de una forma

integrada todo el informe, lo que permite una mejor relación de los

datos y parámetros que intervienen, para poder as í tener una visión

más clarificadora del modelo.

154


MODELO EPA

155


CURSO

INTRODUCCIÓN A LA GESTIÓN DE

VERTEDEROS Complejo Medioambiental de la Costa del Sol

Casares-Málaga(16-17 de Junio de 2010)

Biogás de Vertederos

Nely Carreras

CURSO INTRODUCCIÓN A LA GESTIÓN DE VERTEDEROSPOZO DE RECOGIDA DE LIXIVIADOS CAPA DE MONITOREO...

Documents

Transcript of CURSO INTRODUCCIÓN A LA GESTIÓN DE VERTEDEROSPOZO DE RECOGIDA DE LIXIVIADOS CAPA DE MONITOREO...