Producción de Biogás en Rellenos Sanitarios

Producción de Biogás en

Rellenos Sanitarios M en I Milton Chávez Gasca

ABB México

El metabolismo urbano de las ciudades

Una ciudad es un organismo vivo.

• Entradas: alimentos, agua, energía, materias primas en

general

• Generación de bienes, servicios y de desechos

• Salidas: RSU, líquidos y gaseosos

En la naturaleza todo se recicla, sin embargo ésto no ocurre en

las ciudades. Las ciudades requieren instrumentos de gestión

político-social, técnico-económico y ambiental para controlar

su crecimiento y hacerla sostenible. (Chávez Alfonso, 2010)

El metabolismo urbano de las ciudades

Baja eficiencia, la energía y las materias primas son utilizadas en una alta proporción (discriminada) y el metabolismo es lineal, las ciudades toman lo que necesitan y se deshacen de los residuos. (Chávez, 2010)

Alta eficiencia, son ciudades que aplican principios de sustentabilidad. El

metabolismo tiende a ser circular. Gradualmente una proporción de los

residuos, se puede reutilizar en el sistema de producción, reduciéndose

con ello el volumen de los desechos. (Chávez, 2010)

Producción de Biogás en Rellenos Sanitarios

Existen muchas maneras de eliminar los RSU.

• Incineración

• Compostaje

• Relleno Sanitario

• Reciclaje

• Tiraderos a cielo abierto

• Bioreactores

¿Tratarlos o disponerlos adecuadamente?


Los Rellenos Sanitarios son en la actualidad la

forma más utilizada como medio de disposición

final de RSU en nuestro país.


¿Qué es un Relleno Sanitario?

• Obra de Ingeniería para el confinamiento de los RSU

• Minimizar los impactos sobre el Medio Ambiente y la Salud Pública

• Selección adecuada del sitio

• Proyectado las obras de infraestructura y protección

• Diseñado celdas

• Impermeabilización

• Control de los lixiviados

• Control del biogás

• Monitoreo ambiental

Construcción y

operación Prototipo

INFR

AEST

RU

CT

UR

A

CERCA PERIMETRAL CORTINA ARBOREA DREN PERIMETRAL CAMINO PERIMETRAL OFICINAS Y AREAS PARA EMPLEADOS ESTACIONAMIENTO TALLERES CONSTRUCCION DE CELDA DRENES PARA LIXIVIADOS LAGUNA DE LIXIVIADOS

Relleno Sanitario

Figura obtenida de PMAMx

ACCESO Y CASETA DE CONTROL

OPER

AC

ION

BASCULA PLANTA DE SEPARACION DISPOSICION EN CELDA TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS Y BIOGAS

Prototipo

Construcción y

operación

Relleno Sanitario


TERRENO NATURAL Y MANTO ACUIFERO CERCA PERIMETRAL PROTECCION ARBOREA CAMINO PERIMETRAL DREN PERIMETRAL EXCAVACION GEOTEXTIL GEOMEMBRANA GEOTEXTIL MATERIAL FILTRANTE Y DRENES DESECHOS SÓLIDOS COMPACTADOS EN CELDA DIARIA CUBIERTA INTERMEDIA POZOS DE VENTEO

Corte esquemático

Cerca perimetral

Construcción y

operación

Relleno Sanitario



RSU - Alto contenido de materia orgánica.

En las condiciones normales que existen en un Relleno Sanitario, puede darse la proliferación de poblaciones de microorganismos contenidos en los RSU y con ello la degradación biológica de dicha fracción orgánica (Bookter y Ham, 1982; Ham y Bookter, 1982; Barlaz et al., 1989; Attal et al., 1992).

Resultado de ésta actividad biológica, se va a una fase acuosa a través de los RSU produciendo un lixiviado caracterizado por un alto grado de concentración de contaminación orgánica y a la vez de productos gaseosos (Biogás) (De Walle et al., 1978; Harz et al., 1982).


La producción de emisiones de Biogás varía en el tiempo

y con las condiciones ambientales en las cuales ocurre.

(Stegman, 1983; Pohland y Harper, 1985).

Existen diversos modelos para predecir aspectos sobre la

generación de biogás y los lixiviados.

Para que los microorganismos puedan asimilar la materia

orgánica ésta debe estar en solución acuosa. (Borzaconi,

et al., 2005)


Aspectos generales del proceso de degradación biológica

Se considera un comportamiento homogéneo del material particulado exclusivamente de la fracción orgánica. Despreciando la incidencia de los microorganismos aerobios, al suponer que el O2 atrapado inicialmente en los RSU se agota rápidamente y no se repone. (Borzaconi, et al., 2005)

Curvas de Biogás y Lixiviados

Las emisiones varían en cantidad y en composición a lo largo del tiempo. 1. Fase inicial: Se disponen los RSU, existe O2 atrapado en ellos 2. Transición: Se consume el O2, inician condiciones anaerobias; desciende

el pH 3. Acidogénica: Se alcanzan picos de DQO y AGV y el más bajo pH 4. Metanogénica: Se estabiliza la población metanogénica, las curvas

descienden, debido a la degradación biológica que produce metano, se alcanzan valores de pH neutro

5. Maduración: Desciende la producción de biogás y en el lixiviado es baja la concentración de material biodegradable (Pohland y Harper, 1985)


A finales del siglo XVIII el físico italiano Alessandro Volta

identificó por primera vez el metano (CH4) en las

burbujas que emergían de los pantanos.

India en los 60´s impulsó notablemente la tecnología de

producción de biogás a partir de excretas con el doble

propósito del aprovechamiento energético y la obtención

de un biofertilizante.


En China, en los 70´se ha fomentado la construcción de

digestores, mediante programas de ámbito nacional.

El biogás ha despertado gran interés en los últimos años,

se utiliza en todo el mundo como una fuente de

combustible tanto a nivel industrial como doméstico. Su

explotación ha contribuido a impulsar el desarrollo

económico sostenido y ha proporcionado una fuente

energética renovable alternativa.


El producto final del proceso de biometanización es una

mezcla de gases (Biogás) generados por las reacciones

microbiológicas, compuesto por:

·Metano: (50% - 75%)

·Dióxido de Carbono: (25% - 50%)

·Otros gases: Nitrógeno, Hidrógeno, Sulfuro de

Hidrógeno... Entre un 1% y un 5%.

La composición varía por diversos factores, el tipo de

sustrato utilizado para la reacción (el residuo), el tiempo

durante el que se prolonga la reacción, etc.


Componentes del biogás en función del sustrato utilizado


Rangos de producción potencial de biogás en función del residuo agroindustrial

utilizado. (AINIA,2007)


Para determinar la calidad (rentabilidad) del biogás

producido (Metano contenido de la mezcla de gases.) El

objetivo ideal es acercarse a un contenido en metano de

aproximadamente el 92%, que es el contenido existente

en el gas natural.

Si logramos obtener este porcentaje, el biogás podrá

utilizarse para los mismos usos que el gas natural


El interés del biogás no es otro que su aprovechamiento

energético y evitar que se libere a la atmósfera.

Las características energéticas esenciales del biogás son

las siguientes:

·El poder calorífico inferior (PCI) del biogás con un

porcentaje del 60% de metano es de 5.500 kcal/Nm3.

·El PCI del metano es de 13.187 kcal/kg, siendo la

densidad del metano de 0,67 kg/m3 con lo que el PCI

expresado en volumen sería de 8.835,29 kcal/Nm3.

·La producción media eléctrica bruta por m3 de biogás

(con un contenido del 60% de metano) es de 2,07 kWh,

mientras que la producción calorífica media es de 2,3

termías por m3 (2,67 kWh).


Los motores de cogeneración son la tecnología más

desarrollada para el aprovechamiento de biogás de

depósito controlado.

No obstante, sólo resultan viables en instalaciones a

partir de 500 KW, con lo que existen numerosos Relenos

Sanitarios en los que a causa de una baja producción de

biogás o de una baja calidad de éste, en cuanto a

concentración de metano se refiere, no se está

aprovechando esta fuente de energía.


Ante esta problemática, las microturbinas se presentan como

una alternativa tecnológica a los motores de cogeneración:

• Elementos modulares con capacidades unitarias entre 30 y

200 kW que pueden agruparse en serie y por tanto son aptas

para cualquier tipo de instalación.

• Permiten el funcionamiento con gases de bajo poder

calorífico, lo que en el caso del biogás se traduce en un

contenido en metano mínimo de un 30-35 %, inferior al 40 %

requerido en un motor de cogeneración.

• Se trata de elementos compactos y con pocas partes móviles

por lo que presentan menor costo de mantenimiento.

• Presentan menores emisiones atmosféricas y sonoras en

relación con los motores térmicos.


La generación de energía eléctrica a partir del uso del biogás

en motores de combustión interna consiste en la adaptación de

pequeños grupos electrógenos, tanto de encendido por chispa

(gasolina) como Diesel, para trabajar con biogás, para lo cual

se han efectuado algunas modificaciones, principalmente, en

el sistema de alimentación de combustible.

Estas modificaciones se caracterizan por el uso de tecnología

sencilla y la economía de su realización.


Una vez se ha depurado el biogás, eliminando compuestos

como el H2S, y aumentando la concentración de metano en la

mezcla, el biogás enriquecido resultante, con un contenido de

metano en torno al 91-95% puede inyectarse en las redes de

transporte de gas, del mismo modo que el gas natural.

De este modo, el biogás puede emplearse como combustible

doméstico para calefacción, o como materia prima en el

ámbito industrial.


Potencial de Calentamiento de los Gases de Efecto Invernadero(ONU)


Mercado de Carbono (Pagar por los servicios ambientales de

secuestro de emisiones de GEI)(Captura de metano y

generación de electricidad)

• Regulados: (Está regulado por regímenes obligatorios de

reducción de carbono, ya sean nacionales, regionales o

internacionales)

• Voluntarios: (el comercio de créditos se produce sobre una

base facultativa.


El Protocolo de Reporte de Proyectos en Relleno Sanitario

de la Reserva de Acción Climática (la Reserva) ofrece una

guía para registrar y reportar las reducciones de

emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) asociadas

con la instalación de un sistema de recolección y

destrucción del gas metano de un relleno sanitario.


La Reserva es una organización privada sin fines de lucro

que lleva un registro voluntario de GEI. Su objetivo es

promover y facilitar la medición, monitoreo y reducción

de las emisiones de GEI. Los participantes registran y

verifican sus emisiones de GEI de acuerdo con los

protocolos de la Reserva.

Producción de Biogás en Rellenos Sanitarios

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