trabajo de biogas

UNIVESIDAD NACIONAL DELCALLAO

XX CURSO DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL

PRODUCCION DE BIOGAS APARTIR DE RELLENOS

SANITARIOS

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

1. MARCO TEÓRICO

1.1. Producción y usos de biogás

1.1.1. Biodigestores1.1.2. Evolución de la composición del biogás

1.2. Principios del funcionamiento de un relleno sanitario1.3. Factores asociados a la generación de biogás1.4. Recuperación de biogás en Estados Unidos y en el mundo1.5. Consideraciones generales en Colombia sobre la iniciación de un estudio para recuperaciónde biogás1.6. Requerimientos mínimos de diseño para un relleno sanitario

1.6.1. Panorámica de los componentes de un relleno sanitario1.6.2. Composición usual del biogás y propiedades de los componentes1.6.3. Contaminantes usuales

1.7. El metano y el GPW1.8. Duración de la producción de biogás1.9. Captación pasiva y otros sistemas de captación

1.9.1. Sistemas de captación1.9.2. Drenajes horizontales1.9.3. Pozos verticales de gas1.9.4. Colectores1.9.5. Estación de bombeo, regulación y controles1.9.6. Coberturas finales1.9.7. Valoración energética y deshidratación del biogás1.9.8. Inventario del manejo de lixiviados en Colombia1.9.9. CO2 como subproducto del biogás

1.9.10. Opción de refinación del biogás1.9.11. Equivalencias volumétricas1.10. Protocolo de Kyoto

1.10.1. Países del Anexo I del protocolo de Kyoto1.10.2. Costo de reducción de emisiones1.10.3. Artículo 12 del Protocolo de Kyoto1.10.4. Ejemplos en Colombia de proyectos MDL1.10.5. Estrategia nacional para la utilización del MDL1.11. Modelos predictivos

1.11.1. Modelo mexicano

1.11.1.1. Consideraciones de ajustes para k y Lo

Datos requeridos

1.11.1.1. Desarrollo del valor de L0

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1.11.1. 4. Desarrollo del valor de k

1.11.1.5. Aplicación del modelo1.11.1.6. Eficiencia del sistema de recolección1.11.2. Modelo Scholl Canyon

1.11.2.1. Descomposición de la materia orgánica

1.11.3. Referencia sobre parámetros utilizados por USEPA para un estudio de caso1.11.4. Modelo EPA v.302 de 2005

1.12. Generación de energía eléctrica1.13. Ejemplos de rellenos sanitarios

1.13.1. Relleno Sanitario Puente Hills en Los Angeles- California(USA)1.13.2. Relleno sanitario Salinas Victoria, México1.13.3. Relleno sanitario Pozo La Feria, Chile1.13.4. Relleno Sanitario de Tilburg, Holanda1.13.5. Relleno Sanitario de Wijster, Holanda1.13.6. Relleno Sanitario Pinto y Valdemingomez- España1.14. Consideraciones complementarias

1.14.1. Estimación de generación de biogás

1.14.1.1. Soporte de validación (Caso de estudio del relleno sanitario de Olavarría,Argentina)

1.15. Generación per cápita y producción de RSU

1.15.1. Inventario de procedimientos de disposición de RSU y procesos delicenciamiento de rellenos sanitarios

1.16. Modelo de simulación EPA de primer orden para estimación de la generación de metano1.17. Modelo SWANA

1.17.1. Modelo de orden cero (SWANA)1.17.2. Modelo simple de primer orden (SWANA)1.17.3. Modelo modificado de primer orden (SWANA1.17.4. Modelo multifase de primer orden (SWANA)

1.18. Legislación1.19. Normatividad más específica sobre rellenos sanitarios y otras2. DIAGNÓSTICO DE LOS RSU EN COLOMBIA

2.1. Potencialidades de la producción de biogás en Colombia

2.1.1. Caracterización y perspectivas de la producción de biogás en Colombia

2.1.1.2. El proyecto del Relleno Sanitario La Esmeralda – Manizales

2.2. Inventario de rellenos sanitarios y botaderos a cielo abierto2.3. Otros proyectos regionales2.4. Caracterización parcial de RSU de varias ciudades2.5. Producción per cápita2.6. Degradabilidad2.7. Indicador de generación de metano

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2.8. Metales pesados en lixiviados2.9. Seguimiento de los PGIRS2.9.1. Otras consideraciones asociadas con los PGI

2.10. Los rellenos sanitarios en Estados Unidos2.11. Los rellenos sanitarios en Colombia2.11.1. Relleno Sanitario Doña Juana

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFIA

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GLOSARIO

Aprovechamiento: Proceso mediante el cual , a través de un manejo integral de los residuossólidos, los materiales recuperados se reincorporan al ciclo económico y productivo en formaeficiente, por medio de la reutilización, el reciclaje, la incineración con fines de generación deenergía, el compostaje o cualquier otra modalidad que conlleve beneficios sanitarios, ambientaleso económicos.

Biogás: Mezcla de gases, producto del proceso de descomposición anaeróbica de la materiaorgánica o biodegradable de los RSU, cuyo componente principal es el metano.

Botadero: Sitio de acumulación de residuos sólidos que no cumple con las disposiciones vigentes ocrea riesgos para la salud y seguridad humana o para el ambiente en general.

Centros de gran generación: Lugares en los cuales se genera diariamente una gran cantidad deresiduos sólidos, que por sus características, deben almacenarse en forma segura, higiénica ysanitaria.

CER: Certificado de reducción de emisiones de CO2 equivalente.

Combustible: Materiales que pueden ser incinerados a una temperatura específica, en presenciade aire para liberar energía calorífica.

Combustión: Combinación química de oxígeno con una sustancia, produciéndose calor ynormalmente luz.

Combustión completa: Combustión en la cual el combustible es totalmente oxidado.

Combustión con exceso de aire: Combustión con oxígeno en exceso sobre las necesidadesestequiométricas del mismo.

Combustión estequiométrica: Combustión con la cantidad de oxígeno exactamente necesariapara que se produzca la combustión total de los residuos sólidos.

Combustión incompleta: Combustión en la cual el combustible no es totalmente oxidado.

Compost: Material estable que resulta de la descomposición de la materia orgánica en procesosde compostaje.

Compostaje: Proceso mediante el cual la materia orgánica contenida en los RSU se convierte a unaforma más estable, reduciendo su volumen y creando un material apto para cultivos yrecuperación de suelos.

CONMs: Compuestos orgánicos no metánicos.

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Contaminante: Toda materia o energía en cualquiera de sus estados físicos o formas, que alincorporarse o actuar en la atmósfera agua, suelo, flora o fauna, o cualquier elemento ambiental,altere o modifique su composición natural y degrade su calidad.

COV: Compuestos orgánicos volátiles

Cultura de la no basura: Es el conjunto de costumbres y valores de una comunidad que tienden ala reducción de las cantidades de residuos generados por cada uno de sus habitantes y por lacomunidad en general, así como al aprovechamiento de los residuos potencialmente reutilizables.

Dióxido de nitrógeno (NO2): Resultado de la combinación del óxido nítrico con oxígeno en laatmósfera. Es el mayor componente del smog fotoquímico.

Dioxinas: Miembros de la familia de los compuestos orgánicos conocidos comopoliclorodibenzodioxinas (PCDD). Una molécula de la familia PCDD está formada por unaestructura de triple anillo en la que dos anillos del benceno están interconectados por un par deátomos de oxígeno.

Disposición final de residuos sólidos peligrosos: Actividad de incinerar en dispositivos especiales odepositar en rellenos de seguridad residuos peligrosos, de tal forma que no representen riesgo nicausen daño a la salud o al ambiente.

Disposición final de residuos: Proceso de aislar y confinar los residuos sólidos en forma definitiva,en forma definitiva, efectuado por las personas prestadoras de servicios, disponiéndolos enlugares especialmente diseñados para recibirlos y eliminarlos, obviando su contaminación yfavoreciendo la transformación biológica de los materiales fermentables, de modo que norepresenten daños o riesgos a la salud humana y al medio ambiente.

Fuente fija puntual: Fuente fija que emite contaminantes al aire por ductos o chimeneas.

Fuente fija: Fuente de emisión situada en un lugar determinado e inamovible, aun cuando ladescarga de contaminantes se produzca en forma dispersa.

Gestión integral de residuos: Conjunto de operaciones y disposiciones encaminadas a dar a losRSU, el destino global más adecuado desde el punto de vista ambiental, de acuerdo con suscaracterísticas, volumen, procedencia, costos de tratamiento, posibilidades de recuperación,aprovechamiento, comercialización y disposición final.

Lixiviado: Líquido residual generado por la descomposición biológica de la parte orgánica obiodegradable de los RSU bajo condiciones aeróbicas y anaeróbicas o c0omo resultado de lapercolación de agua a través de los residuos en proceso de degradación.

Monóxido de carbono (CO): Gas venenoso, inodoro, incoloro, producido de la combustiónincompleta de un combustible fósil.

Nivel freático: Profundidad de la superficie de un acuífero libre con respecto a la superficie delterreno.

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Óxidos de nitrógeno (NOx): Productos de la combustión de fuentes fijas y móviles. Es uno de losmayores contribuyentes de la formación de ozono en la troposfera y de la precipitación de ácidos.

Permeabilidad: Propiedad que tiene los cuerpos de permitir el paso de un fluido a través de él.

PMA: Plan de manejo ambiental.

Presentación: Actividad del usuario de empacar y envasar todo tipo de residuos sólidos para sualmacenamiento y entrega a la entidad prestadora del servicio de aseo para aprovechamiento,recolección, transporte, tratamiento y disposición final.

Recuperación: Acción que permite retirar y recuperar de los RSU aquellos materiales que puedensometerse a un nuevo proceso de aprovechamiento, para convertirlos en materia prima útil en lafabricación de nuevos productos.

Reducción en el origen: Forma más eficaz de reducir la cantidad y toxicidad de residuos, así comoel costo asociado a su manipulación y los impactos ambientales, por esta razón se encuentra enprimer lugar en la jerarquía de una gestión integrada de residuos sólidos

Relación carbono-nitrógeno: Parámetro utilizado como control de calidad de los residuos sólidosdentro de un sistema, utilizando como base la materia orgánica.

Relleno de seguridad: Relleno con características especiales para el confinamiento y aislamientotemporal de residuos sólidos peligrosos, hasta tanto se desarrollen tecnologías que permitan sudisposición final.

Relleno sanitario: Lugar técnicamente diseñado para la disposición final controlada de los residuossólidos, sin causar peligro, daño o riesgo a la salud pública, minimizando los impactos ambientalesy utilizando principios de ingeniería. Confinación y aislamiento de los residuos sólidos en un áreamínima, con compactación de residuos, cobertura diaria de los mismos, control de gases ylixiviados, y cobertura final.

RSU: Todo material o sustancia sólida o semisólida de origen orgánico e inorgánico, putrescible ono, proveniente de actividades domésticas, industriales, comerciales, institucionales, de servicios einstituciones de salud, que no ofrece ninguna posibilidad de aprovechamiento, reutilización orecirculación a través de un proceso productivo. Son residuos sólidos que no tienen ningún valorcomercial, no se reincorporan al ciclo económico y productivo, requieren de tratamiento ydisposición final y por lo tanto generan costos de disposición.

Residuo sólido: Cualquier objeto, material, sustancia o elemento sólido que se abandona, bota orechaza después de haber sido consumido o usado en actividades domésticas, industriales,comerciales, institucionales, de servicios e instituciones de salud y que es susceptible deaprovechamiento o transformación en un nuevo bien, con valor económico. Se dividen enaprovechables y no aprovechables.

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Residuos peligrosos: Aquellos que por sus características infecciosas, combustibles, inflamables,explosivas, radiactivas, volátiles, corrosivas, reactivas o tóxicas pueden causar daño a la saludhumana o al medio ambiente. Así mismo, se consideran residuos peligrosos los envases,empaques y embalajes que hayan estado en contacto con ellos.

Residuo sólido combustible: Residuo peligroso que exhibe las características de combustibleestablecidas en la definición de residuo peligroso. .

Residuo sólido comercial: Residuo generado en establecimientos comerciales y mercantiles talescomo almacenes, depósitos, hoteles, restaurantes, cafeterías y plazas de mercado.

Residuo sólido corrosivo: Residuo peligroso que exhibe las características de corrosivoestablecidas en la definición de residuo peligroso.

Residuo sólido domiciliario: Residuo que por su naturaleza, composición, cantidad y volumen esgenerado en actividades realizadas en viviendas o en cualquier establecimiento asimilable a éstas.

Residuo sólido especial: Aquellos por su naturaleza, composición, tamaño, volumen y peso, nopueden ser manejados, tratados o dispuestos normalmente, a juicio de la entidad prestadora delservicio de aseo.

Residuo sólido (explosivo, industrial, infeccioso, inflamable, institucional, radioactivo, reactivo,tóxico, volátil, sólidos urbanos, y con características especiales): Según la naturaleza de cada uno.

Residuos: Residuos generados en viviendas, parques, jardines, vía pública, oficinas, mercados,comercios, demoliciones, construcciones, instalaciones, establecimientos de servicios y, engeneral, todos aquellos generados en actividades urbanas que no requieran técnicas especialespara su control.

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ABREVIATURAS

b ó bbl Barril, 42 gal

CAR Corporaciones autónomas regionales, Colombia

CFC Compuestos clorofluorocarbonados

CRE ó CER Certificado de reducción de emisiones, t CO2 equivalente

CMNUCC Convención Marco de la Naciones Unidas para el Cambio Climático

(UNFCCC) (United Nations framework convention for climate change)

CONM Compuestos orgánicos no metánicos

COV Compuestos orgánicos volátiles

CRA Comisión de regulación de agua potable y saneamiento básico, Colombia

CREG Comisión de regulación de energía y gas, Colombia

DANE Departamento administrativo nacional de estadística, Colombia

DEA Dietanol amina

DNP Departamento nacional de planeación, Colombia

EPA Agencia para la protección del medio, USA

GEF Goblal environment facilities

GEI Gases de efecto invernadero

GWP Gross warming potencial (Potencial de calentamiento global)

ICP Instituto colombiano del petróleo, Colombia

IDEAM Instituto hidrología, meteorología y estudios ambientales, Colombia

IPCC Panel intergubernamental sobre cambio climático

Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial. Anteriormente MMA,

MAVDT ministerio del medio ambiente, Colombia

PM o MP Material particulado.

PPC Producción per cápita de RSU

ppm y ppb Partes por millón y partes por billón (v, en volumen; w en masa)

psia libras por pulgada cuadrada absolutas

psig Libras por pulgada cuadrada manométricas

PVT Relaciones presión-volumen-temperatura

Reglamento técnico de agua potable y saneamiento básico, MAVDT,

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RAS Colombia

RSU, RSM Residuos sólidos urbanos, residuos sólidos municipales

SOx SO2 más SO3

SSPD Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios, Colombia

SST Sólidos totales suspendidos

UESP Unidad especial de servicios públicos, Colombia

UPME Unidad de Planeación Minero Energética, UPME, Colombia

USEPA Agencia de protección del medio ambiente de Estados Unidos

ZNI Zonas no interconectadas.

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SISTEMA DE UNIDADES

tm atmósfera

año año

BTU British thermal unit

ºC grados centígrados

cal calorías

cm2 centímetro cuadrado

cm3 centímetro cúbico

día día

ºF grados Fahrenheit

gal U.S. galón, aprox. 3.785 l

g gramo

h hora

ha hectárea

hab habitante

Kº grados Kelvin

kg kilogramo

kJ kilojulio

km kilómetro

km2 kilómetro cuadrado

kN kilonewton

kPa kilopascal

kV kilovoltio

kWh kilowattio hora

l litro

m metro

mg miligramo

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min minuto

μm micra

mm milímetro

MPa megapascal

MW megawattio

N Newton

p3 pié cúbico

Pa Pascal

s segundo

t tonelada

W Wattio

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RESUMEN

La utilización de biogás rellenos sanitarios es una alternativa de valorización energética que puede utilizarse para la formulación deproyectos de Mecanismo de Desarrollo Limpio del Protocolo de Kyoto (MDL), que van desde el flameado para disminuir la emisión degas efecto invernadero y la utilización de la energía térmica como alternativa de valorización energética para la sustitución de otrosenergéticos, hasta la generación de vapor de agua y/o energía eléctrica en turbinas de vapor o de gas. Esta tesis propone unametodología para la estimación preliminar del potencial energético y de mejoramiento ambiental derivado de la implementación deestas opciones tecnológicas, que permite hacer el primer estimativo de generación de biogás de rellenos sanitarios, con base en losresultados de la simulación de dos modelos predictivos. Debido a que en Colombia la investigación experimental demostrativa paravalidar los resultados de los modelos apenas está en vía de discusión, además que la calidad de la información primaria necesitadepurarse, se recurre a valores dados por la literatura y se plantean escenarios como opción de atenuar la incertidumbre asociada coneste tipo de análisis, con el fin de tener una mejor aproximación para lograr valores confiables de orden de magnitud, dentro delcriterio de ingeniería conceptual. Los resultados de la simulación con los modelos que se utilizaron son coherentes con las expectativasy constituyen una opción aplicable para la estimación preliminar de la generación de biogás de rellenos sanitarios. Los resultadoslogrados se confrontan exitosamente con un proyecto que opera actualmente en Argentina, y se utilizaron para el cálculo de otrosparámetros como emisión de CO2 equivalente dejado de emitir cuando se implementan proyectos MDL de recolección de biogás,flameado y/o generación eléctrica de rellenos sanitarios, y para el estimado de Certificado de Reducción de Emisiones -CERs- transablescomo plataforma para la estructuración de proyectos MDL. El documento presenta el análisis y los comentarios de los resultados de lasestimaciones de un caso piloto de generación de biogás y los articula con el potencial de aplicación para casos de estudio concaracterísticas similares al piloto de referencia. También se discuten los comportamientos de generación de biogás, asociados con lacaracterización de los RSU, las prácticas de disposición final, las opciones tecnológicas de recolección y la operación de los rellenossanitarios. Además, se presentan las consideraciones que deben ponderarse durante la evaluación de una propuesta de desarrollo delos proyectos de recolección de biogás de rellenos sanitarios, así como la necesidad de contextualizar los componentessocioeconómicos, culturales y climatológicos del entorno, entre otros, de tal manera que el proceso de la estructuración y la evaluaciónde los proyectos se fundamente en un ambiente técnico, multidisciplinario y sinérgico.

PALABRAS CLAVES

Biogás, RSU, modelos, metano, calentamiento global, MDL.

ABSTRACT

Recollection, flaring and utilization of LFG are options to formulate MDL Kyoto projects in order to reduce net emissions of GEG, up tousing it as alternative fuel for steam generation and/or electric power from steam or gas turbines.

This work deals with a methodological conceptual engineering proposal to outline a primary evaluation methodology for recollectionand/or use of LFG in Colombia. The foreseen framework sequence to estimative the LFG generation ranges from characterization,production and final disposal of MSW in landfill up to LFG production, recollection and use options. During these paths validation oftwo predicitive simulation models is supported by a case study in operation in Olavarría, Argentina. In addition, by assuming scenariosof MSW recollection, coverage and technical final disposal, usefull alternatives as flaring, electricity generation and CDM projectspossibility bases of Kyoto Protocol from LFG are predicted.

Also this work calls for the need to insert technical, cultural and socioeconomic scenarios components to the first stage evaluationanalysis of LFG projects, as well as a synergic and multidisciplinary approach to focus properly the complexity of factors associates tothis type of projects. .

KEY WORDS

Landfill gas, MSW, models, methane, global warming, CDM

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INTRODUCCIÓN

En el ambiente generalmente anaeróbico de los rellenos sanitarios, el metano se produce pordescomposición bacteriana del material orgánico, tales como residuos de jardín, desechos decomida y del hogar y papel. El metano genera riesgo de explosión en concentración volumétricaigual o mayor de 5%, además de ser un poderoso gas de efecto invernadero. El biogás tambiéncontiene compuestos orgánicos volátiles que contribuyen a la formación de ozono en las capasinferiores de la atmósfera.

La estimación de la producción de emisiones contaminantes, en particular del biogás de rellenossanitarios, plantea una expectativa ambiental y económica muy importante, que obliga a teneruna aproximación, bien sea del impacto ambiental que generan, y/o del potencial técnico-económico que permita su valoración, mediante su recolección y utilización energética.

El comportamiento de la generación de biogás a partir de cada RSU y estimado por la simulaciónde los modelos en función del tiempo de disposición, representa el uso potencial para aplicacionesenergéticas, lo que amplía la oferta de la canasta y acopia experiencia y desarrollo tecnológicosobre el uso de energías no convencionales.

Entre los beneficios de los proyectos de recuperación energética de biogás de los rellenossanitarios, están: i) reducción de los riesgos de incumplimiento de la normatividad ambiental, ii)ingreso por venta del energético o de la energía recuperada, iii) generación de empleo, iv)reducción del riesgo de incendio, v) reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero yde la formación de ozono en las capas inferiores de la atmósfera y v) reemplazo de energéticosconvencionales. El beneficio global se centra en la eliminación de una fuente importante decalentamiento de la biosfera.

Los rellenos sanitarios se pueden describir como un inmenso biodigestor anaeróbico que generametano; este gas tiene un potencial de calentamiento atmosférico -GWP- 21 veces superior al delCO2. Como ejemplo de otras fuentes de metano, están los cultivos de arroz, las plantasanaeróbicas de tratamiento de aguas residuales y el ganado bovino, y, en general, ladescomposición anaeróbica de la materia orgánica. En Colombia, se estima que entre 9% y 15% delas emisiones de CH4 son emitidas por los rellenos sanitarios. [33]

Desde la óptica de desarrollo sostenible, el análisis de la cadena de producción, uso y disposiciónde bienes generadores de RSU debe incluir realidades y percepciones que afectan directa oindirectamente todos los estamentos sociales, políticos y económicos, y debe aportar susexperiencias, objetivos y metas como base de discusión para una gestión ambientalmenteamigable, gestión que debe ser receptiva también a los aportes multidisciplinarios y a laparticipación comunitaria. En este sentido, el diagnóstico de la situación de los RSU y laspropuestas de mejoramiento del manejo integral de los RSU es transversal a todo el desarrollosocioeconómico de las comunidades, de los sectores productivos y de la gestión de las entidadesgubernamentales, particularmente las asociadas al medio ambiente y al sector energético.

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Las consideraciones que se deben estudiar para la implementación de un proyecto de captacióny/o uso de biogás de rellenos sanitarios, están asociadas con la cadena productiva de lageneración de RSU. En este sentido, deben evaluarse cuidadosamente todos los componentestecnológicos -que van desde los entornos geográficos para la ubicación del relleno hasta laidiosincrasia de producción y consumo de bienes y servicios- para que se constituyan en unsoporte sólido que sirva como insumo para el diseño de la ingeniería de proceso y la ingeniería dedetalle de los proyectos. Esta dinámica ha generado una oferta tecnológica en continuo desarrollo,con particularidades y limitaciones según cada contexto. Es así como se han desarrolladoexperiencias exitosas, entre las cuales se pueden mencionar las de países como Estados Unidos,México, Chile, Italia, Holanda, España y los países nórdicos.

Esta tesis contiene una propuesta metodológica producto del análisis de la información disponible-conceptual y de trabajos desarrollados y en vía de desarrollo, así como de varios ejemplos deproyectos de recuperación y uso del biogás- que contextualiza y proyecta su aplicación enColombia, mediante la utilización de tres modelos predictivos de estimación de generación debiogás: EPA, México y Scholl Canyon.

También estima el aporte potencial -con base en escenarios de recuperación- del biogás a lacanasta energética nacional y a la estructuración de proyectos MDL. Toma como referencia laaplicación de la simulación a un caso regional de Colombia, y considera las opciones sólo derecolección y quema del biogás y/o valorización energética para generación eléctrica.

El ejercicio de simulación se sustenta en las bases de datos existentes en tres instanciasgubernamentales relacionadas con la producción de biogás de rellenos sanitarios, y establece lacalibración requerida para su uso en modelos, en atención a las técnicas de disposición final de losRSU existentes, a la cantidad y caracterización de éstos, a su ubicación geográfica y a laclimatología, proyectados según las expectativas trazadas por los programas institucionales ylegislación sobre la gestión integral de los RSU.

Dentro del marco de las asignaturas del programa de Master en Gestión y Auditorías Ambientales,se aplican los conocimientos adquiridos de los módulos relacionados con el desarrollo de estatesis, particularmente sobre gestión de RSU, valorización energética y educación ambiental. Elcontenido de las asignaturas sirve como plataforma para explorar la metodología de aplicaciónpara el análisis y propuestas de solución para problemas puntuales de los RSU.

Durante el desarrollo de la tesis se hicieron las comparaciones de tres propuestas de simulacióncon modelos estándares para cuantificación de la generación de biogás, según las características delos RSU, los tipos de rellenos sanitarios y el contexto de cada estudio de caso. El propósito de laaplicación de estas tres opciones es explorar la coincidencia y validez de los resultados que seobtengan de la aplicación de estos modelos a los casos de estudio en Colombia. En este sentido seestimó la proyección de generación de biogás para diversos escenarios, se definió la metodologíaaplicable como prototipo para una primera aproximación de estimación de generación de biogáspara casos puntuales, y se analizó su validez para aplicar este mismo ejercicio a otros

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contextos locales y regionales de características similares, con opciones de poder sustentar laestructuración de proyectos MDL y/o de generación eléctrica.

El resultado de las simulaciones de generación de biogás permite estimar las opciones sobre elpotencial de generación de energía térmica y/o eléctrica y sobre la estructuración de proyectosMDL, según el contexto de cada relleno, asociado con la complejidad de los rellenos sanitarios y delas condiciones medioambientales. En este orden de ideas, estos resultados permiten establecer lapertinencia de la implementación de este tipo de proyectos sobre manejo integral de RSU con loscriterios universales de desarrollo sostenible, mediante la aplicación de alternativas de valoraciónenergética, disminución de las emisiones de GEI y de vertimientos contaminantes. Debido al fuertecomponente de participación comunitaria, estos proyectos son una oportunidad de desarrollo decultura ambientalista, dentro del marco de participación comunitaria y sinergias interdisciplinarias,tanto transgeneracionales como intergeneracionales.

Con base en el alcance preestablecido para esta tesis, que va hasta la ingeniería conceptual, seprevé que el desarrollo de la ingeniería básica de proceso y la ingeniería de detalle, estánarticuladas con la ampliación de un desarrollo tecnológico -y el potencial de su apropiación- muysignificativo, para lo cual este estudio aporta la secuencia metodológica piloto aplicable aColombia, con base en la información primaria disponible en las diversas instituciones oficiales,además del análisis de criterios técnicos aplicables para el logro de una primera aproximación a laestimación de la generación de biogás de rellenos sanitarios.

Esta tesis aporta elementos claves para adoptar las mejores soluciones al abordar la gestión delbiogás de RSU, tal como acontece actualmente con la estrategia que impulsa la UESP para elmanejo y operación del sistema integrado de biogás del relleno sanitario de Doña Juana enBogotá, uno de los vertederos más grandes del mundo.

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1. MARCO TEÓRICO

Se discuten los diferentes componentes que sustentan la estructuración del marco teórico, comofundamento conceptual para el desarrollo de la tesis. En este sentido se presenta la informaciónasociada con i) rellenos sanitarios y biogás, desde la descripción de la descomposición de lamateria orgánica hasta la infraestructura para su captación, conducción y aprovechamiento,además de la caracterización de los RSU y los factores determinantes -climatología, composición, yprácticas de manejo, recolección y disposición final de los RSU, manejo- de la calidad y cantidaddel biogás generado; ii) criterios técnicos sobre diseño de infraestructura de la cadena dedisposición final, que incluye rellenos, recolección de biogás y tratamiento de biogás y lixiviados;iii) relación de los proyectos de manejo integral de los RSU como fundamento para laestructuración de proyectos MDL del Protocolo de Kyoto; iv) discusión sobre propuestas demodelos de simulación de generación de biogás de rellenos sanitarios; v) ejemplos de proyectosimplementados en el mundo; vi) análisis de la información institucional disponible utilizada para laestimación de insumos para la simulación de los modelos vii) los factores sociales, políticos yambientales necesarios para la evaluación de las propuestas de proyectos de rellenos sanitarios yrecolección de biogás.

1.1. Producción y usos de biogás

1.1.1. Biodigestores

La biodigestión es un proceso de conversión o estabilización de la materia orgánica (biomasa) encondiciones anaerobias, mediante el cual los ácidos orgánicos se convierten en biogás a través de laacción de las bacterias. También, debe considerarse que sólo una fracción de este carbono esdegradable por microorganismos mediante procesos aeróbicos o anaeróbicos; los primerosgeneran CO2 durante una etapa corta, cuando el relleno está expuesto a la presencia de aire; y losúltimos, durante la etapa de confinamiento de la carga en el propio relleno, generan CH4, ademásde CONM.

El biodigestor es la instalación donde se efectúa este proceso de manera controlada y queresponde a la necesidad la minimización de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos.Con el biogás se genera en forma simultánea un abono orgánico o compost. Aunque los rellenossanitarios se conciben como un enorme biodigestor, no siempre se diseñan para producir compostcomo producto comercial.

A diferencia de los biodigestores, en los rellenos la biodigestión no se efectúa de maneracontrolada. En los rellenos, el monto de las inversiones para captar y/o aprovechar el biogásproducto, puede constituirse en un obstáculo para desarrollar estos proyectos, obstáculosasociados con el precio del BTU y a la normatividad.

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1.1.2. Evolución de la generación y composición, y usos finales usuales del biogás

La transición desde la descomposición aerobia a la anaerobia y la producción de metano, seefectúan en una serie de fases sucesivas:

♦ La primera fase se produce en condiciones aeróbicas y dura el tiempo requerido paraagotar el O2 atrapado; suele durar como máximo unos dos meses, aproximadamente.

♦ La segunda fase comienza cuando las condiciones devienen anaeróbicas, y se degrada lamateria orgánica presente. El principal gas producido es el CO2 y, en menor grado, el H2. Aesta etapa se la conoce como fase anaerobia de fermentación ácida y tiene una duraciónde aproximadamente 2 años.

♦ La tercera fase está marcada por la aparición gradual de metano y la disminución drásticadel volumen de nitrógeno. A esta fase se la conoce como fase anaerobia de metanizacióninestable y tiene una duración aproximada de 8 años.

♦ En la cuarta fase, la concentración de metano se estabiliza y es relativamente constante(en un intervalo de 40-60% en volumen de biogás), lo mismo que el dióxido de carbono(entre 35 y 55% en volumen de biogás). En esta fase se alcanzan condicionespseudoestacionarias. También se la denomina fase anaerobia de metanización estable ytiene una duración superior a 10 años. En esta etapa se inicia la metanización estable ytodavía queda en el vertedero controlado un 50% de la producción total de biogás.

♦ La última fase corresponde a la fase de maduración del vertedero. En este estadio,disminuye significativamente la producción de biogás, ya que la fracción biodegradableque se descompone rápidamente (comida, papel, etc.) ya se ha descompuesto, quedandoúnicamente la fracción de degradación lenta (goma, madera, etc.).

La figura 1 esquematiza el comportamiento cualitativo de generación de los diversos gases que segeneran por la descomposición de la materia orgánica en los rellenos sanitarios, desde la aperturahasta la clausura y postclausura.

Durante la fase anaerobia se producen compuestos de azufre y carbono en concentraciones traza,principalmente sulfuros y ácidos orgánicos. El H2S es el compuesto predominante en el gas crudode los rellenos sanitarios.

La generación del biogás tiene lugar un cierto tiempo, de semanas a meses, después de ladisposición de la materia orgánica fermentable de los RSU en el relleno. El tiempo de generaciónpuede durar más de 30 años en su fase más productiva, y la mayor parte de la producción de gas seefectúa durante los 20 años posteriores a la clausura del relleno, aunque la producción es másintensa durante los primeros 5 años. La producción de gas disminuye gradualmente y puedecontinuar durante muchos años.

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Figura 1. Comportamiento de emisión de gases de rellenos sanitarios

Durante la hidrólisis, que es una etapa preliminar que un grupo amplio de microorganismos actúasobre los polímeros orgánicos (glúcidos, lípidos, polisacáridos y proteínas) convirtiéndolos enmoléculas más sencillas y solubles.

Posteriormente, durante la etapa de acidogénesis, que efectúan las bacterias acidogénicas, losmonómeros solubles se fermentan en cadenas cortas de ácidos grasos orgánicos volátiles yalcoholes. Dentro de esta etapa también se pude considerar la acetogénesis, producida tambiénpor bacterias acetogénicas, que producen -a partir de las cadenas más largas de la etapa anterior-,ácido acético, CO2, hidrógeno, etanol, metanol y butiratos, entre otros.

Finalmente las bacterias metanogénicas producen CH4 a partir del ácido acético y los acetatos, asícomo del metanol, el etanol, el hidrógeno, los butiratos y el CO2. La generación de CH4 depende dela caracterización y la biodegradabilidad de la fracción orgánica de los RSU, e implica ausencia deaire en el proceso, así como de condiciones óptimas de humedad y temperatura. Entre 20 ºC y 40ºC (condiciones mesofílicas) y entre 50 ºC y 60ºC (condiciones termofílicas) las bacterias tienen uncrecimiento óptimo. Para los RSU, se suele optar por trabajar en el rango de temperaturastermofílicas, y un pH neutro o ligeramente básico para asegurar la fermentación. También, lapresencia de residuos peligrosos o venenosos, como antibióticos, insecticidas y metales pesados,pueden reducir la eficiencia del proceso de generación de CH4.

Internamente, en la masa del relleno sanitario, el proceso de biodegradación, puede visualizarsesegún la figura 2, que esquematiza la secuencia de descomposición de las diversas familias decompuestos orgánicos presentes en los RSU. La secuencia muestra desde las familias primarias -como lípidos y proteínas- y las familias secundarias -como aromáticos y aminoácidos-, hasta losproductos intermedios -compuestos o grupos de compuestos, como formiatos, metanol ybutiratos-, para terminar con la etapa de metanogénesis, que produce metano y dióxido decarbono, que son los compuestos principales que forma el biogás. No se mencionan otros factorescomo la caracterización de los RSU en descomposición, la climatología y el efecto de sustancias ocompuestos orgánicos o inorgánicos que pueden actuar como catalizadores que pueden controlarde alguna forma la rata y la composición de los compuestos -o familias- de una determinada etapade descomposición de la biomasa.

1.2. Principios del funcionamiento de un relleno sanitario

Un relleno sanitario es un gigantesco biodigestor anaerobio que tiene el potencial de producirenergía renovable a partir del metano contenido en el biogás, como lo indica el cuadro derecho dela figura 3. Alternativamente, a escala mucho menor, puede llevarse a cabo un tratamiento defermentación aeróbica controlada (es decir, un proceso de compostaje) para la producción decompost, como lo indica el cuadro izquierdo de la figura, utilizando materia orgánica,particularmente restos vegetales y de alimentos, así como papel y demás productos celulósicos.

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Residuos orgánico

Figura 3. Biodigestión aeróbica y anaeróbica [27]

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1.3. Factores asociados a la generación de biogás

Los principales factores que influyen sobre la producción de biogás en el tiempo son:

Cantidad, calidad y edad de los desechos dispuesto. Después de un incremento rápido, laproducción de 1 m3 de biogás disminuye regularmente. Según los tipos de desechos, se considerantres tipos de velocidad de degradación del carbono:

♦ Degradación rápida; desechos vegetales y alimenticios, 1.5 a 2 años;♦ Degradación media; desechos vegetales y alimenticios, 5 a 10 años;♦ Degradación lenta; cartón, madera, cuero, 10 a 20 años o más

Según la composición media de los desechos, se puede estimar la degradabilidad media delcarbono, según las siguientes consideraciones:

Agua. La presencia de agua es un factor necesario para la producción de biogás. Si falta el agua, laproducción de biogás disminuye rápidamente y hasta se suspende, como puede ocurrir en losdesiertos; pero lo contrario no es cierto, o sea, que un aumento de la cantidad de agua no influyesignificativamente sobre la producción de biogás.

Temperatura. Al interior del cuerpo del relleno influye muy significativamente en la velocidad dedegradación del material orgánico y en la producción de biogás. A mayor temperatura es más altala rata de producción y la cantidad de biogás que se produce.

Productos químicos. La mezcla de desechos industriales puede limitar o a veces aumentar lavelocidad de producción de biogás; en efecto, la presencia de ácidos o bases, de metales o dedesechos tóxicos, puede disminuir o suprimir parcialmente la producción. Al contrario, lapresencia de lodos orgánicos provenientes de las PTAR, puede acelerar la producción.

Finalmente, el estado físico de los desechos, como una buena compactación o una buena reduccióndel tamaño de los desechos, pueden aumentar la producción de biogás

Otras consideraciones importantes dentro de este contexto, se muestran en la figura 4, queenumera los factores determinantes del proceso de generación de biogás y lixiviados. Las variablesy parámetros que se indican determinan la cantidad y caracterización del biogás producido así: i)cantidad, caracterización, climatología y humedad de los RSU, y ii) percolación, evapotranspiración,y procesos químicos y microbiológicos, característicos del contexto geográfico y del diseño puntualdel relleno sanitario. Además se indican genéricamente los desechos y los subproductos que seproducen durante el tratamiento opcional del biogás y de los lixiviados, todo lo cual depende delcomportamiento de las variables y parámetros involucrados, y del tiempo de disposición de losRSU.

Esta figura también resume las etapas de generación de biogás y el tratamiento para su uso y susaplicaciones. El primer cuadro indica las fuentes usuales de biogás; el segundo, la composición quese mencionó en la discusión anterior sobre la caracterización y etapas aeróbicas y anaeróbicas.

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Figura 4. Factores determinantes del proceso de generación de biogás y lixiviados [30]

La figura 5 resume los parámetros deseables que influyen y los rangos deseables para elincremento de la producción de biogás.

RSU:

Cantidaddepositada

Humedad

Composición

Antigûedad

Tamaño de la población

Mayor de 500,000 habitantes

Precipitación anual, mín. y máx.

200 - 1000 mm

Temperatura promedio anual

15 ºC - 30 ºC

Factoresasociados a lageneración debiogás

^

Figura 5. Parámetros deseables para la producción de biogás[27

Los cuatro cuadros de la penúltima columna, presenta opciones de tratamientos fisicoquímicos,que son usuales en los procesos de tratamiento y purificación de gas combustible, según losobjetivos de la purificación y los requerimientos normativos y ambientales. Los cuatro cuadros dela última columna presentan varias opciones de uso final del energético.

El potencial de generación de biogás es función muy importante de la caracterización de los RSU:desde este punto de vista, los datos del gráfico 1 siguiente -comparados con promedios de otrospaíses- indican un buen rango general de contenido de materia orgánica.

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Figura 6. Composición, depuración y usos del biogás [31]

La caracterización de RSU de varias ciudades, que muestra contenidos altos, tanto de materiaputrescible, como de la suma de otros orgánicos de degradación lenta y media -constituido depapel y cartón, más plásticos y más textiles y cueros- equivale a un referente de buena calidadpara la generación de biogás.

Gráfico 1. Muestra de municipios con materia orgánica de rápida degradación

La tabla 1muestra el rango aproximado de contenido de carbón en las diferentes fracciones de losRSU.

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Desechos Proporción de carbono orgánico, kg C / t RSU

Desechos urbanos 260

Desechos vegetales y alimenticios 450

Carne 600

Papel 440

Cartón 470

Plástico 420 – 850

Madera 500

Generalmente sólo una fracción de este carbono se considera degradable.

Tabla 1. Rango aproximado de contenido de carbón[28]

Generalmente esta proporción de materia orgánica no se conoce, pero se puede estimar en 25% -30% de carbono en los desechos urbanos.

Con relación al uso final, el gráfico 2 adaptado por Boada Saénz Ingenieros, presenta lainformación de la EPA sobre las tendencias de las diferentes metodologías usadas en los rellenosde los Estados Unidos para el aprovechamiento del biogás de rellenos sanitarios, tomando comobase la operación en 2000.

METODOLOGIAS PARA EL APROVECHAMIENTO DEL BIOGAS

9% 7%

48%

Motores recíprocos de

combustión interna -

Electricidad

Turbinas de Gas - Electricidad

Otros - Electricidad

Uso térmico directo

Gráfico 2. Tecnologías para el uso del biogás.Boada Saenz Ingenieros, [24 ]

26%

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1.4. Recuperación de biogás en Estados Unidos y en el mundo

También en Estados Unidos, cerca del 67% de los rellenos sanitarios que tienen sistemas deaprovechamiento de biogás generan energía eléctrica, con una capacidad total

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instalada de 900 MW. En el gráfico 3 se presenta las opciones tecnológicas de uso final delenergético en Estados Unidos. Sin embargo, hoy en el mundo, la utilización del biogás para suutilización en microturbinas para generación eléctrica, cada vez está ganando más aceptaciónsobre las otras aplicaciones. De acuerdo con información de la EPA, se han identificado en losEstados Unidos 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 serealiza algún tipo de aprovechamiento del biogás y por lo menos 500 más son candidatos para eldesarrollo de un proyecto de aprovechamiento.

Boada Saenz Ingenieros, reporta la información sobre proyectos en el mundo, re operación,construcción y diseño con tecnologías para la generación de electricidad.

PROYECTOS EN OPERACION, CONSTRUCCION Y DISEÑO CON TECNOLOGIAS PARAGENERACION DE ELECTRICIDAD

■ Motores recíprocos de combustióninterna

■ Turbinas de gas

DTurbinas de Vapor

DCiclo combinado

■ Cogeneración

■ Celdas de combustible

■ Microturbinas

Gráfico 3. Situación reciente de usos del biogás [24]. Boada, Saenz, Ingenieros, Bogotá, 2003.

0%-y 6% /1%

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1.5. Consideraciones generales en Colombia sobre la iniciación de un estudio pararecuperación de biogás

En el momento de plantear un proyecto de relleno sanitario, es necesario prever muchas etapas,entre las cuales pueden priorizarse:

♦ Documentar una metodología pormenorizada de manejo integral de los RSU y lacaptación y/o uso del biogás.

♦ Solicitar asesoría de la Oficina de Cambio Climático del MAVDT para lograr laestructuración del proyecto, a la cual debe suministrarse toda la informaciónacopiada, así como las ventajas y desventajas que conllevarían la implementación delproyecto.

♦ Establecer indicadores que permitan evaluar el impacto del proyecto y su potencialapalancamiento dentro del marco general de los postulados del Protocolo de Kyoto.

Entre los países con proyectos exitosos de utilización del biogás como energético, se tienenArgentina, Brazil, Italia, Reino Unido, España, Holanda, Francia, México y Estados Unidos. EnEstados Unidos más de 140 rellenos sanitarios utilizan el gas como energético para la industriamanufacturera y generadoras de energía eléctrica.

Para casos de interés local, la diversidad de la utilización del biogás, va desde su utilización térmicapara uso doméstico que puede reemplazar al gas natural y los derivados del petróleo, hasta usosindustriales in situ para la evaporación de lixiviados del mismo relleno, y en secadores, hornos,invernaderos y, mediante procesos de purificación, como gas combustible automotriz, según seacompetitivo su costo de producción para enmarcarlo con la normatividad vigente.

1.6. Requerimientos mínimos de diseño para un relleno sanitario

Los parámetros mínimos que deben anticiparse a cualquier proyecto de captación y/outilización del biogás, están asociados con el análisis de la información disponible, y los planes,programas y estrategias relacionadas con:

♦ Cantidad y caracterización de los RSU.

♦ Inserción de todos los estándares técnicos incorporados en las buenas prácticas de diseño,manejo y mantenimiento, bajo la óptica del manejo integral de los residuos sólidosurbanos, con fortalecimiento de la difusión y adopción de buenas prácticas de consumo ydisposición.

♦ Compactación y confinamiento de los RSU en celdas adecuadas con membranas deimpermeabilización y sistemas de pozos o chimeneas de captación, zanjas de extracción yred de captación del biogás, además de un sistema de extracción activa para garantizaruna efectiva remoción del biogás y

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minimizar su emisión a la atmósfera, además del diseño de la cobertura, la compactaciónde los RSU y la profundidad del relleno, así como la humedad de los RSU y parámetrosclimatológicos.

♦ La adecuación de un sistema para la recolección de biogás es muy costosa, si no imposiblee impráctica, cuando se propone realizarla después de la clausura del relleno, cuando nose ha previsto esa reconversión en el diseño preliminar del relleno.

♦ Según los objetivos del diseño se puede necesitar una planta de tratamiento del biogás,para lograr enmarcar la caracterización del biogás o del metano producido alcumplimiento de estándares sobre contenido de humedad, CO2, SO2 y COV.

La cobertura de disposición final en rellenos sanitarios, potencia la generación de biogás y sumanejo ambiental sostenible. Los proyectos de biogás-energía están reconocidos como fuentescompetitivas de energía renovable que generan las 24 h/día y están disponibles más del 90% deltiempo y que puede competir con alternativas energéticas como gas natural, carbón y derivadosdel petróleo, particularmente en el área de influencia del relleno. Su uso puede ir desde cultivo depeces, evaporación de lixiviados e invernaderos, hasta inyección a gasoductos de gas natural usocomo combustible vehicular.

1.6.1. Panorámica de los componentes de un relleno sanitario

La figura 7 indica la ubicación general típica de los componentes y cobertura de un rellenosanitario. Aquí se esquematizan el transporte y disposición de los RSU, las etapas progresivas derelleno y ubicación de las celdas, el drenaje de lixiviados, el equipo de compactación, la cunetaperimetral de escorrentías, la valla perimetral, las teas, los pozos de perforación y la empradizaciónde las zonas clausuradas. En este esquema todo el gas se quema en las teas, no hay utilizacióntérmica del biogás.

Figura 7. Disposición general de componentes y cobertura de un relleno sanitario [27]

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La figura 8 presenta algunos detalles de la adecuación de una celda para la disposición final del losRSU en el relleno sanitario de Doña Juana. La implementación de estas celdas necesita deldiagnóstico detallado de la geología y geomorfología, así como de la hidrología del entorno, quepermita el diseño adecuado de la celda, en cuanto al manejo de lixiviados y el control del flujo delbiogás generado. .

Figura 8. Celda y construcción de una celda de disposición final (Fuente propia)

1.6.2. Composición usual del biogás y propiedades de los componentes

La tabla 2 presenta rangos de composición típica de biogás en varias ciudades colombianas, quedepende, entre otras consideraciones, de la caracterización de los RSU, de las condicionesmeteorológicas, hábitos y componentes culturales del entorno.

Composición típica del biogás de varias ciudadescolombianas

Componente % Vol.Metano 40 - 60Bióxido de carbono 40 - 60Nitrógeno 2 - 5Oxígeno 0.1 - 1.0Sulfuros, bisulfuros, mercaptanos, etc. 0 - 1.0Amoníaco 0.1 - 1.0Hidrógeno 0 - 0.2Monóxido de carbono 0 - 0.2Otros constituyentes trazas 0.01 - 0.6Temperatura, °C 35 - 65Humedad saturadoPoder calorífico superior, kcal/m3 800 - 1 200Manejo y disposición final de residuos municipales, SENA, 1997. Sistemade información del servicio integrado de aseo para Medellín y sus cincocorregimientos –SIAMS-EEVVME.S.P.- U. DE A., 1998.

Tabla 2. Composición típica de biogás en varias ciudades colombianas.

La siguiente tabla 3 sobre los rangosuniversales del biogás, sirve de referente

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para comparación con la información enColombia.

Propiedad CHt COí Hfi H¿

% vol. 54-70 27 - A S <1/10 <1/10

Valor energético(Kcal/I)

8 847.0 1-10

Rango explosivo %vol.

5-15 4-46 2.9

Densidad (gr/1) 0.72 1.98 1.54 6-71

Gravedad 0.55 1.55 1.2 0.07

Olor Inodoro Inodoro Huevo podrido Inodoro

Temperatura °C 31.10 100.4

Presión (atrn) 45.8 73.0 88.9 12.8

Tabla 3. Composición típica de biogás reportadapor FUNIBER en España [29].

1.6.3. Contaminantes usuales

Para rellenos que reciben una carga de RSU noseleccionada ni controlada, la gama decontaminantes es muy grande, tal como lomuestra la tabla 4.

CONTAMINANTE

Antimonio y sus compuestos

Asbestos en todas sus formas, incluido elamianto

Berilio y sus compuestos

Carbonilos metálicos

Cianógenos y sus compuestos

Compuestos de cobre

Compuestos aromáticos halogenados y nohalogenados

Compuestos inorgánicos de flúor

Compuestos orgánicos halogenados, incluidoslos bifenilos policlorados y polibromados

Dibenzofuranes policlorados

Éteres

Fenoles compuestos fenólicos

Fósforo y sus compuestos

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Fluoroacetato y fluoroacetamida

Níquel y sus compuestos

Peróxidos, cloratos, percloratos y nitratosorgánicos

Plutonio y sus compuestos

Solventes orgánicos halogenados y nohalogenados, incluidos los usados y residuos de

recuperación de los mismos

Talio y sus compuestos

Telurio y sus compuestos

Titanio y sus compuestos

Vanadio y sus compuestos

Zinc y sus compuestos

Medicamentos vencidos

Residuos de plaguicidas

Fuente: Ministerio del Medio Ambiente.Resolución 189 de 1994.

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1.7. El metano y el GPW

Se ha determinado que el metano es uno de los compuestos más contaminantes asociado con elefecto invernadero, por lo tanto, su estrategias para la reducción de sus emisiones, ofrece unmecanismo eficiente de mitigación del calentamiento global, que representa cerca del 18% de losgases de efecto invernadero.

La concentración de metano en la atmósfera se ha incrementado alrededor de 0.6%/año, lo querepresenta actualmente más del doble en los últimos doscientos años (IPCC, 1990), en contrastecon el bióxido de carbono, que incrementa su concentración en la atmósfera alrededor de0.4%/año.

El metano tiene una vida media de once años en la atmósfera, mientras que el bióxido de carbonopermanece más de 120 años (IPCC, 1992); así, que el metano con su alto poder de absorción lasradiaciones y su vida corta, hace que tenga un impacto inmediato en el cambio climático.También, el biogás generado puede generar riesgo de explosión, incendio e intoxicación según seala caracterización del mismo y el tiempo de exposición.

La importancia de la recolección y equivalencia a CO2, y su incidencia en el calentamiento global porsu carácter de gas de efecto invernadero, se deduce del GWP (gross warming potencial) quemuestra la tabla 6.

Gas Tiempo de vida en la

atmósfera (años)

GWP, horizonte de 90 años

co2 50 – 200 1

CH4 12 21

N20 104 296 - 39

Perclorofluorocarbonados 6 500

Hidroclorofluorocarbonados 12,000

SF6 3,200 22,200

Fuente: IPCC, 2001, Syntesis Report, p. 189.

Tabla 6. GWP de metano y otros gases [32]

1.8. Duración de la producción de biogás

La producción total de biogás depende de la composición de los desechos, y la duración de laproducción depende de los factores mencionados arriba. En climas templados se cuenta con unaproducción fuerte durante diez a veinte años después de depositados los desechos. La producciónen el tiempo forma una curva de campana que disminuye en

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forma asintótica. En climas fríos la producción puede ser más prolongada, y en climas calientesmás corta.

Conociendo la historia de un relleno y los pronósticos de desarrollo; es decir, de la cantidad y de lacalidad de los desechos dispuestos, se puede desarrollar un modelo de cálculo para estimar laproducción en el tiempo futuro. El modelo puede calibrarse mediante el conocimiento de unospocos datos de producción, el sistema de captación y la tea. Para otros casos, se hacen variashipótesis para ver la variación posible de la estimación de producción con la variación de estashipótesis.

En un relleno nuevo, la producción de biogás puede empezar después de varios meses, pero enrellenos existentes se nota generalmente una producción de biogás ya después de unas semanasde operación. La cantidad de biogás producido por los desechos depende de la composición y muydirectamente de la proporción de materia orgánica degradable, que depende del tipo dedesechos. Durante estas etapas es común la práctica de captación pasiva del biogás, comomuestra la figura 9 esquemática. Para su transporte y quemado, se puede necesitar sistemas decompresión según lo determine la ingeniería de proceso para la recolección, transporte yquemado de este gas.

1.9. Captación pasiva y otros sistemas de captación

La siguiente composición fotográfica muestra la secuencia general de captación pasiva del biogás,que se utiliza para las etapas productivas de generación que producen la presión suficiente para surecolección y transporte.

Etapas de captación pasiva

CAPTACIÓN

CONDUCCIÓN

QUEMADO

Figura 9. Captación pasiva, conducción y quemado del biogás[27]

Quemador

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Para recolectar el biogás se necesitan instalaciones específicas que dependen de las característicastécnicas del relleno.

Las metas de un sistema de captación del biogás son:

1. Captación y destrucción del metano y de los gases tóxicos y malolientes.

2. Valoración energética Las principales

dificultades son las siguientes:

1. La necesidad de separar el biogás del aire atmosférico porque genera riesgos de explosión,lo cual, a su vez, restringe significativamente las posibilidades y el interés de la valoraciónenergética.

2. La saturación con agua del biogás. Esta agua condensa a la temperatura más baja delentorno del relleno, lo cual causa riesgos de taponamiento o acumulación en los tramosmás bajos de las tuberías de conducción o drenaje del biogás.

3. El asentamiento de los residuos por causas geotécnicas y de su misma degradación, puedellegar a disminuir hasta 30 % la altura de los depósitos de los rellenos sanitarios. Esteasentamiento genera puntos bajos donde se acumula agua en los tubos y generaesfuerzos importantes en las tuberías hasta provocar rupturas, para lo cual debenimplementarse las medidas preventivas en el diseño de la red, que debe caracterizarse porser versátil, dinámico y bien mantenido.

La promoción de proyectos de captación de biogás de rellenos sanitarios necesita i) acciones decapacitación y asistencia técnica especializada, ii) diseño de un plan piloto institucional como guíametodológica para el desarrollo de los proyectos que conduzcan a una estrategia nacional queimpulse la viabilización de la utilización del biogás como fuente alterna energética,particularmente en rellenos regionales, con material didáctico de apoyo; iii) análisis de escenariosque incluyan el diseño de biodigestores y producción de compost para ZNI, iv) esquemas departicipación comunitaria.

1.9.1. Sistemas de captación

Generalmente son una combinación de los siguientes elementos:

1.9.2. Drenajes horizontales

Las perforaciones de estos se ubican hacia abajo para el drenaje de condensados. Estos sistemasdeben colocarse unos dos o tres metros por debajo de la superficie para inhibir la entrada de aire.Un drenaje práctico y eficaz, como uno de plástico, debe estar rodeado de un volumen muyimportante de material muy permeable al gas, como piedras, ladrillos, llantas o desechos gruesos.

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1.9.3. Pozos verticales de gas

Estos pozos necesitan un diámetros grande, de aproximadamente 1 m, y es preferible hacerlosdurante el llenado del relleno, a medida que sube el nivel de los residuos depositados, medianteuna armadura metálica que se sube progresivamente a medida que sube el nivel de los RSU, y quepueden llenarse con piedras grandes u otro material que permita fácilmente la subida del biogásque se esté generando. El resultado es una columna permeable y continua en toda la altura delrelleno. Este sistema se puede mejorar colocando un tubo de drenaje vertical. Los pozos puedenservir de sistema de recolección de los drenajes horizontales, puestos radialmente a diferentesniveles.

La figura 10 muestra una visión general y de talle de los pozos de extracción de biogás.

Figura 10. Pozos de extracción de biogás[24, 27]

1.9.4. Colectores

Aseguran la recolección del biogás de los diferentes pozos y drenajes. En lo posible el colectorprincipal se coloca en la periferia del relleno, apoyado en un suelo estable para evitar elasentamiento. A estos colectores se colocan los colectores secundarios, los cuales puedenequiparse, según la necesidad, con algún tipo de medidores de calidad, flujo, presión y válvulas deseguridad. Un buen diseño de colectores debe asegurar el funcionamiento a pesar delasentamiento que se presenta en las diversas zonas del relleno debido a la disminución de la masadel mismo .

1.9.5. Estación de bombeo, regulación y controles

La estación de bombeo asegura la aspiración del biogás y la regulación de la presión y del caudal.Los diferentes colectores se equipan con válvulas para la regulación de la presión. Como se estámanejando un gas combustible, deben hacerse las previsiones de alarma y control automático decalidad, flujo, contenido de oxígeno, metano y del sistema de bombeo.

Control automático de calidad, flujo, contenido de oxígeno, metano y del sistema de bombeo. Lafigura 11 es un esquema general de la captación de biogás de los pozos del relleno medianteextracción y compresión para despacho y medición, además del manejo del agua de infiltración yde escorrentía, que amplía lo indicado en la figura 7, y no indica puntualmente el manejo delixiviados.

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1.9.6. Coberturas finales

La realización de cobertura con tierra en las zonas terminadas, permite disminuir la infiltración deaire atmosférico en el sistema de aspiración del biogás, así como la realización de coberturasdiarias puede disminuir la eficacia del sistema de aspiración del biogás. Si tales coberturas diarias osemanales se necesitan, se recomienda aumentar el número de pozos verticales.

Figura 11. Captación de biogás, separación de lixiviados y compresión del biogás[27]

1.9.7. Valoración energética y deshidratación del biogás

Puede funcionar con instalaciones sencillas, sin infraestructuras sofisticadas. Los límites de lavaloración térmica son los siguientes:

♦ Se necesita un consumidor importante de energía térmica en el entorno inmediato del relleno,ejemplo, fábricas de ladrillos, incineración de residuos infecciosos, lavandería industrial ydesecación de productos.

♦ Debe tenerse cuidado con los riesgos de corrosión de las partes frías de las instalacionesdonde pueda presentarse una condensación. Estos sistemas deben estar provistos de teaspara quemar los excedentes de gas que resulten de un bajo consumo.

♦ Para grandes proyectos que justifiquen la separación del CO2 la calidad del metano debeajustarse a la normativa nacional, que generalmente regula sobre componentes como CO2 yH2 S, y posiblemente sobre CONM y humedad.

♦ Para proyectos medianos y pequeños, con utilización del biogás como energético,generalmente es suficiente la deshidratación del biogás para utilizarlos en motoresgeneradores, y más usualmente en turbinas a gas. Cuando el biogás se quema en la tea comoproyecto MDL, eventualmente puede ser necesario solamente la eliminación de H2S, o ningúntratamiento, ni siquiera la deshidratación.

� Para proyectos pequeños, para evitar la construcción de una planta desulfurizadora con MEA oDEA, puede ser suficiente el tratamiento del biogás con virutas de hierro para promover laeliminación del S mediante formación FeS.

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Según el diseño de cada proyecto, en atención a los objetivos y la caracterización y cantidad de losRSU, además de los requerimientos técnicos, normativos y legales, puede ser necesario uno ovarios de los procesos mencionados anteriormente. Uno de los requerimientos técnicos máscomunes es la deshidratación del biogás o del CH4 que se haya separado previamente. El procesousual para esta deshidratación es igual al que se emplea para la deshidratación de gas natural, talcomo se indica en el diagrama de flujo simplificado la siguiente figura 12.

1.9.8. Inventario del manejo de lixiviados en Colombia

Sobre el porcentaje de N2 de los lixiviados, a continuación la tabla 7 muestra el análisis de lixiviadode 18 rellenos sanitarios, además de la información sobre pluviosidad, el inventario de disposiciónfinal de RSU con producción de compost, e información sobre la práctica de compactación.

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Relleno Precipitación, mm/a Lixiviados Observaciones% N2 m 3/ha.d

1 571 31.3 4.93 571 4.4 0.4 Recubierto con material

aglomerante3 501-729 25.0 - 48.2 5.3 - 8.3 Parcialmente4 662 58.2 9.65 632 32.3 5.9 Recubierto y recultivado6 565 - 655 39.2 - 42.0 6.1 - 7.57 636 19.9 - 21.4 3.5 - 3.7

(b) Relleno con producción de compost8 716-935 3.9 - 21.3 0.8 -

5.2En los tres últimos año, valoresaltos

9 - 28.9 31.8 4.4 -4.8

(c) Compactación con compactadores9 652 15.1 2.7

10 651-998 12.2 29.8 3.2 -8.1

Recubierto y rlecultivado; en losúltimos 5 años, en aumento

12 651-998 16.9 - 21.6 3.0 -5.9

13 632 16.3 18.3 2.8 -5.2

14 509 16.8 2.315 556-957 15.6 -19.6 2.6 -

5.116 770 3.3 - 7.2 0.7 -

1.1Relleno muy joven

17 - 22.0 3.8 Ciclo de lixiviados (recubiertocon material aglomerante)

18 - 38.0 6.7 Ciclo de lixiviadosTabla 7. Análisis de lixiviados, inventario de producción de compost y compactadores [37] Elgráfico 5 muestra la clasificación del manejo de lixiviados en cuanto al alcance de la complejidaddel proceso de tratamiento de los mismo, según información adaptada del MAVDT, que reporta 38instalaciones para tratamiento de lixiviados.

Complejidad del manejo de lixiviados

Bajo; 3; 8%

M edio -Alto; 11; 29%

Gráfico 5. Alcance de la complejidad del manejo de lixiviados [26]

El gráfico 6 muestra el porcentaje de lixiviados que se somete a tratamiento, según

información adaptada del MAVDT. Para que la calidad de la información sea garantía de

Medio; 10;26%

Alto; 14 ; 37%

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Gráfico 6. Tratamiento de lixiviados [37]

Una conceptualización adecuada sobre el manejo de los lixiviados, induce a insertar su diseño demanera integral al mismo relleno sanitario, lo cual constituye un requerimiento técnico para elmanejo integral de los RSU. No puede concebirse el diseño de un relleno sanitario sin un diseñoexhaustivo del manejo de los lixiviados, ya que en la cadena de una gestión integral de residuossólidos, los lixiviados, como la generación de biogás y demás emisiones, así como la idiosincrasiade los consumidores y la gestión de la institución ambiental, son interactuantes durante las etapasde diseño, operación, seguimiento y cierre de los rellenos.

Como información de referencia, el relleno de la reserva presenta esta composición de sulixiviado: DBO 18,600, DQO 30,700, SST 680 ppm, alcalinidad 12,000 micro ohms, pH 8, cloro 5,700ppm, cromo trivalente 12 ppm, cromo hexavalente inexistente, fosfatos y grasas dentro de losvalores de la normatividad.

1.9.9. CO2 como subproducto del biogás

La figura 13 se tomó del método general de producción de CO2, a partir de gases de combustiónde hidrocarburos convencionales. Se sugiere su adaptación como propuesta para producción dehielo seco a partir del biogás, lo cual necesita el diseño de ingeniería de proceso como forma deidentificar potencialidades y restricciones para la implementación de esta idea de proyecto. Seprevé que para caso del biogás, es necesario estudiar opciones para la separación del CO2, quepuede requerir etapas de enfriamiento, absorción con MEA/DEA, despojamiento, purificación,eliminación de trazas de CH4 que permita el tratamiento final de licuefacción, solidificación ycompactación del CO2 sólido.

la realidad, se estima conveniente una comprobación in situ de cada instalación, lo cual es válidopara los dos gráficos 5 y 6.

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Diaflujo simplificado para obtención de CO2 sólido (hielo seco)Adaptado de

The chemical processes industries,

Shreve

Mc Graw Hill, 1980

Edición

Ciro Serrano Camacho

CO2

Solvente puro..

Almacenamiento Expansión yseparación Prensado de CO2 sólido

Figura 13. Método de producción de CO2 . [32]

Para proyectos grandes con objetivos como inyección de metano procedente del biogás para losgasoductos, es necesario separar no sólo el CO2 del biogás como se indicó en el diaflujo de la figuraanterior, sino también depurar el metano que se separó del biogás. La normatividad sobre calidadestá dada por la Resolución 71 de 1999 de la CREG.

1.9.10. Opción de refinación del biogás

La figura 14 que corresponde a un proceso complejo de separación de fracciones condensables degas natural, puede servir de referencia para la selección de opciones tecnológicas disponibles paraeliminar separar H2S mediante MEA-DEA para el tratamiento de biogás. Según la caracterizacióntípica del biogás, la opción de refinación del biogás no incluiría la separación de fracciones livianasmediante condensación. En todo caso el azufre sólido recuperado sí puede ser una alternativa devalorización como materia prima para la fabricación de H2SO4.

El siguiente gráfico 7 se presenta como propuesta didáctica de referencia para “visualizar” en ordende magnitud las unidades volumétricas.

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Gráfico 7. Equivalencias de unidades volumétricas [32]

1.10. Protocolo de Kyoto

La problemática a nivel mundial de los GEI se consideró inicialmente en 1979 con elestablecimiento del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC). Posteriormente, enla denominada Cumbre de Río -1992, se suscribió el Convención Marco de las Naciones Unidassobre Cambio Climático.

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En la Conferencia de las Partes realizada en Marrakesh en 2001 (COP 7), con la participación de178 países, se definieron las reglas e instituciones que instrumentalizaron el Protocolo. Una de lasmás importantes fue su ratificación por parte de los países suscriptores. La vigencia del Protocolode Kyoto requería el cumplimiento de dos condiciones básicas: ser ratificado por el 55 % de lospaíses suscriptores, y por el 55 % de las emisiones en 1990. Con la ratificación de 2002 de la UniónEuropea y Japón, se contaba con 84 países y el 37.1 % de las emisiones. La Federación de Rusia yCanadá, con porcentajes de emisiones del 17.4% y 3.3 %, respectivamente, anunciaban en la“Cumbre de la Tierra de Johannesburgo“ su ratificación, con lo cual quedó abierto para elinmediato futuro su puesta en vigencia, con un total de 86 países y el 57.8% de las emisiones de1990. Países como Estados Unidos de Norteamérica y Australia (que constituyen un 36.1% deemisiones por reducir en el primer período de compromiso) no lo ratificaron”

El 11 de diciembre de 1997 la CMNUCC promulgó el Protocolo de Kyoto, que es un acuerdointernacional autónomo vinculado a esta Convención, que incluye nuevos compromisos másenérgicos, puntuales y detallados para cada uno de los países que forman parte de la Convención.El Protocolo de Kyoto entró en vigor internacionalmente el 16 de febrero de 2005, después queRusia lo ratificara en diciembre de 2004. Colombia había ratificado la Convención Marco mediantela ley 164 de 1994, y se acogió a él desde el 20 de junio de 1995.

La celebración de este último evento marca el final de una de las más largas esperas por la entradaen vigor de un instrumento internacional en materia ambiental, que definió las metas ycompromisos de reducción de GEI en un 5.2% en promedio, para una serie de países denominadosdel Anexo-I, con respecto a los valores emitidos en 1990, durante el período 2008-2012 (o primerperíodo de cumplimiento), que equivalen a una reducción de 1,300 millones de t CO2 equivalente.[36]

1.10.1. Países del Anexo I del protocolo de Kyoto

Los países del Anexo I del Protocolo de Kyoto son Alemania, Australia, Austria, Bélgica, Bulgaria,Canadá, Croacia, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estados Unidos de Norteamérica,Federación de Rusia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Japón, Latvia,Liechtenstein, Lituania, Luxemburgo, Mónaco, Noruega, Nueva Zelanda, Países Bajos, Polonia,Portugal, Reino Unido de Gran Bretaña e Irlanda del Norte, República Checa, Rumania, Suecia,Suiza, y Ucrania. Las emisiones de GEI de estos países ascendían en 1990 a aproximadamente 4,000millones de t CO2 equivalente, proyectadas a 5,000 millones de t CO2 equivalente en 2010.

1.10.2. Costo de reducción de emisiones

Los costos de reducción de emisiones en los países del Anexo I del Protocolo de Kyoto son muyaltos: en Estados Unidos, Japón, la Comunidad Económica Europea y Europa Oriental, reportarondatos de US$ $186, US$582, US$274 y US$ $116 / t CO2 equivalente, respectivamente. Entonces, laCOP 7 definió como alternativa para estos países, fuera de negociar CER’s en casa o deimplementar soluciones conjuntas, la compra de reducciones de emisiones de GEI de países envías de desarrollo; así se creó

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la figura de los proyectos del MDL, cuyas características y reglamentación fueron encargadas a unaJunta Ejecutiva del Protocolo de Kyoto, para que definiera las reglas del juego de este mercadointernacional de transacciones de reducciones de emisiones de GEI.

1.10.3. Artículo 12 del Protocolo de Kyoto

El propósito del mecanismo para un desarrollo limpio es ayudar a las Partes no incluidas en elAnexo I a lograr un desarrollo sostenible y contribuir al objetivo último de la Convención, así comoayudar a las Partes incluidas en el Anexo I a dar cumplimiento a sus compromisos cuantificados delimitación y reducción de las emisiones contraídos en virtud del artículo 3.

3. En el marco del mecanismo para un desarrollo limpio:

a) Las Partes no incluidas en el Anexo I se beneficiarán de las actividades de proyectos quetengan por resultado reducciones certificadas de las emisiones; y

b) Las Partes incluidas en el Anexo I podrán utilizar las reducciones certificadas de emisionesresultantes de esas actividades de proyectos para contribuir al cumplimiento de una partede sus compromisos cuantificados de limitación y reducción de las emisiones contraídosen virtud del artículo 3, conforme lo determine la Conferencia de las Partes en calidad dereunión de las Partes en el presente Protocolo.

4. El mecanismo para un desarrollo limpio estará sujeto a la autoridad y la dirección de laConferencia de las Partes en calidad de reunión de las Partes en el presente Protocolo y a lasupervisión de una junta ejecutiva del mecanismo para un desarrollo limpio.5. La reducción de emisiones resultante de cada actividad de proyecto deberá ser certificada porlas entidades operacionales que designe la Conferencia de las Partes en calidad de reunión de lasPartes en el presente Protocolo sobre la base de:

a) La participación voluntaria acordada por cada Parte participante;b) Unos beneficios reales, mensurables y a largo plazo en relación con la mitigación del

cambio climático; yc) Reducciones de las emisiones que sean adicionales a las que se producirían en ausencia de

la actividad de proyecto certificada.

6. El mecanismo para un desarrollo limpio ayudará según sea necesario a organizar lafinanciación de actividades de proyectos certificadas.7. La Conferencia de las Partes en calidad de reunión de las Partes en el presente Protocolo, ensu primer período de sesiones deberá establecer las modalidades y procedimientos que permitanasegurar la transparencia, la eficiencia y la rendición de cuentas por medio de una auditoría y laverificación independiente de las actividades de proyectos.8. La Conferencia de las Partes en calidad de reunión de las Partes en el presente Protocolo seasegurará de que una parte de los fondos procedentes de las actividades de proyectoscertificados, se utilice para cubrir los gastos administrativos y ayudar a

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las Partes, que son países en desarrollo particularmente vulnerables a los efectos adversos delcambio climático, a hacer frente a los costos de la adaptación.

9. Podrán participar en el mecanismo para un desarrollo limpio, en particular en las actividadesmencionadas en el inciso a) del párrafo 3 supra y en la adquisición de unidades certificadas dereducción de emisiones, entidades privadas o públicas, y esa participación quedará sujeta a lasdirectrices que imparta la junta ejecutiva del mecanismo para un desarrollo limpio.10. Las reducciones certificadas de emisiones que se obtengan en el período comprendido entre elaño 2000 y el comienzo del primer período de compromiso podrán utilizarse para contribuir alcumplimiento en el primer período de compromiso.

1.10.4. Ejemplos en Colombia de proyectos MDL

Históricamente, como proyectos demostrativos existen ocho ejemplos en diversas etapas deestudio o implementación, que suman un potencial de reducción de 427,832 t CO2 equivalente /año.

1. Mejoramiento de la eficiencia energética en la producción de panela, con reducción estimadade 276,706 t de CO2 equivalente/año.

2. Sistema de cogeneración en la industria textil, con reducción estimada de 9,398 t CO2

equivalente/año.

3. Producción de agua potable con energía eólica en el archipiélago de San Andrés, con reducciónestimada de 4,963 t CO2 equivalente/año.

4. Mejoramiento de la eficiencia energética en la producción de coque, con reducción estimadade 64,883 t CO2 equivalente/año.

5. Generación de electricidad a partir de biogás en Tumaco, con reducción estimada de 5.365 tCO2 equivalente/año.

6. Generación de electricidad a partir de biogás en el relleno sanitario de Pirgua (Tunja), congeneración de 1.5 GWh, y reducción estimada de 11,000 t CO2 equivalente/año.

7. Iluminación doméstica eficiente en Villavicencio, con reducción estimada de 900 t CO2

equivalente/año.

8. Mejoramiento de la eficiencia energética en la producción de ladrillo, con reducción estimadade 54’339,365 t de CO2 equivalente/año.

En 2005 los proyectos PGIRS y relacionados con la actividad de recolección y quema/valorizaciónenergética del biogás de rellenos sanitarios adquirió una dinámica significativa, promocionada porla Oficina de Mitigación de Cambio Climático del MAVDT; pero el proyecto de Doña Juana lo liderala UESP, y se espera que para éste, en marzo de 2006 se publique la convocatoria internacionalpara la estructuración del respectivo proyecto MDL. Ambas entidades promocionan la inversióndel sector privado.

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1.10.5. Estrategia nacional para la utilización del MDL

Durante el último quinquenio, las gestiones desarrolladas han generado esta estrategia y otrosproyectos como los que se enuncian a continuación. Los proyectos MDL tienen como punto focalen Colombia el MAVDT con su oficina para la Mitigación del Cambio Climático, la que ha definidoacciones como:

♦ Reglamentar la presentación de los proyectos.♦ Crear el Comité Interinstitucional que avala proyectos colombianos según

lineamientos específicos.♦ Mantener una agenda conjunta con la UPME para el desarrollo de proyectos MDL en el

sector energético.

Por otra parte, la UPME ha estudiado los proyectos sobre:

♦ Pequeñas centrales de generación con recursos renovables conectados a la red (< 15 MW),proyecto Agua Fresca, 7.5 MW.

♦ Biodiesel para generación en zonas aisladas, proyecto Leticia.♦ Sistemas de transporte masivo, Cali.♦ Modernización de Industrias con consumo energético intensivo, Acerías Paz del Río.

En general, la secuencia para la estructuración de los proyectos puede establecerse de la siguienteforma:

Realizar los análisis e investigación y estudio para cualificar y cuantificar el potencial de generaciónde biogás y su posible uso para estructurar un proyecto MDL o de generación eléctrica, ypreferiblemente para autogeneración.

Efectuar las pruebas de producción mediante la perforación de pozos, adecuar la instalación detuberías a un cabezal principal que transporte el gas hacia el equipo quemador y analizador,instalado en la parte baja del relleno.

Para viabilizar financieramente este tipo de proyectos, eventualmente pueden existir subsidiossegún el contexto de cada; ejemplo, la regulación puede obligar a las empresas generadoras ytransportadores de energía a adquirir esta energía “limpia“ a precios por encima del mercado, locual en Colombia está lejos de pensarse. Hay entidades como el Global Environmental Facility(GEF), manejado por el Banco Mundial, que excepcionalmente atiende solicitudes de subsidios delos países en vía de desarrollo, para la inversión inicial de los proyectos, como fue el caso deOlavarría, Argentina, lo que implica trámites largos y difíciles.

La figura 15 presenta las diferentes etapas y los tiempos que usualmente se requieren para laimplementación de un proyecto MDL, desde el planteamiento de la idea del proyecto hasta elseguimiento y la verificación de los resultados.

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Preparación y revisión delProyecto

Construcción e inicio

Negociación deAcuerdos del

Proyecto

Figura 15. Etapas y tiempos usuales estimados para las etapas de propuesta e implementación deun proyecto MDL. [36]

La dinámica que ha generado la propuesta de proyectos MDL del Protocolo de Kyoto, con relacióna la demanda mundial por países de CERs, se muestra en el gráfico 8.

Demandantes de CER, 2004-2004

CFB

.Japan

Australia

and

NewZealand

Gráfico 8. Demanda mundial de CER por países [36]

Como información complementaria, el gráfico 8 muestra la distribución del portafolio global deCERs de proyectos MDL, lo cual es un referente útil que puede inducir a estimar el potencial dedemanda de CERs para proyectos de biogás de rellenos sanitarios.

Terminación delProyecto

Estudio de Línea Base y Plande Monitoreo (MP)

Verificación Periódica &certificación

US-4-J5L "3%Other EU ""■--'"

Canadá

Netherlands

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Portafolio Global MDL 2004 Distribución porGeneración de CER

China 12% Middle

East0%

India (F-gas

projects)

12%

India (Other

projects)

8%

Gráfico 9. Portafolio de generación de CERs [36]

El mercado y la decisión política continúan siendo decisorios en cuanto a los cambios de ladistribución global del desarrollo de proyectos MDL. El gráfico 10 muestra los ajustes porcentualesen períodos de tiempo tan cortos como dos años; en este caso el incremento muy significativo deproyectos en Asia, a expensa de la reducción porcentual en otras ubicaciones geográficas comoAmérica Latina, OECD y países con economía en transición.

2002-2003

Gráfico 10. Ubicación de los proyectos MDL [36]

Como información adicional, el gráfico 11 muestra el mismo portafolio global de este tipo deproyectos CERs, ahora en función de los diversos sectores productivos. Como el gráfico no hace lasuficiente diferenciación, sólo puede afirmarse que entre los proyectos relacionados con “otros

Latin America35% Other Asia

25%

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Portafolio Global MDLpor

Sector/ Tipo de Proyecto Proporción de CERs

Gráfico 11. Portafolio global MDL por sector [36]

Finalmente, el gráfico 12 muestra que entre las emisiones globales en 2000 de CO2 equivalentecorrespondiente a los GEI, el CH4. participa con 16%; y parte de este CH4 proviene del biogás de losrellenos sanitarios.

Gráfico 12. Emisiones de CO2 equivalente de los GEI.

1.11. Modelos predictivos

Se complementa la descripción de los dos modelos considerados y se compara los resultados de laaplicación del modelo mexicano con los reportados por los diseñadores del relleno sanitario deOlavarría, Argentina.

Cement Other Elec. Gen. biomass,bagasse) 20%

(Avoided) fuel

switch 4%

F-gas decompositio17%

Elec. Gen (hydro)13%

lec. Gen (otherrenewables)12%

Heating & energy LFG

efficiency 8%

2%

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1.11.1. Modelo mexicano

Término DefiniciónEficiencia del sistemade recolección

Porcentaje de la generación del biogás que se estima que puede serrecuperado por el sistema de recolección.

Cobertura del sistemade

recolección de biogásdel relleno

Porcentaje estimado de la masa de residuos en el relleno sanitarioque está bajo la influencia de los pozos de extracción de biogás. Lacobertura del sistema describe la fracción de gas recuperable ypuede alcanzar 90% si se cuenta con un sistema de recolecciónexcelente (al contrario de la eficiencia del sistema de recolección quesiempre esta por debajo del 90%).

Capacidad del rellenosanitario

Cantidad total de residuos que pueden depositarse en el rellenosanitario.

Biogás Producto de la degradación de los residuos depositados en el rellenosanitario, que consiste principalmente de metano y dióxido decarbono, con cantidades muy pequeñas de otros compuestosorgánicos y contaminantes atmosféricos.

Índice de generaciónde metano, k

Constante que determina el índice de generación de biogásestimado. El modelo de degradación de primer orden asume que losvalores de k antes y después de la generación máxima de biogás soniguales. El valor de k esta en función del contenido de humedad y ladisponibilidad de nutrientes, pH y temperatura.

Generación potencialde metano, Lo

Constante del modelo que representa la capacidad potencial paragenerar metano del relleno sanitario. Lo depende de la cantidad decelulosa disponible en los residuos.

Año de clausura El año que el relleno sanitario espera terminar las actividades dedisposición.

Manual de Usuario, Modelo Mexicano de Biogás, México 2003, Sedesol, Conae.-Las

definiciones son iguales para todos los modelos, a menos que adicione cualquier

Tabla 8. Definición de términos del modelo mexicano [21]

El método utiliza una ecuación de degradación de primer orden que asume que la generación debiogás llega a su máximo después de un periodo de tiempo ubicado antes de la generación demetano, y que este período es de es de un año, contado desde la colocación de los residuos hastala generación de biogás; además, que por cada unidad de residuos, después de un año dedisposición de los RSU, la generación disminuye exponencialmente mientras se consume lafracción orgánica de los residuos.

Para sitios donde se conocen los índices de disposición año a año, el modelo estima la generaciónde biogás en un año dado, usando la siguiente ecuación publicada en el Código 40 de LeyesFederales de los Estados Unidos, Parte 60, Sección WWW (40 CFR 60. Subpart WWW):

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Donde:

∑ = La suma desde el año de apretura +1 (i=1) hasta el año de proyección (n);

i=1

QM = Generación máxima de biogás (m3/año);

k = Índice de generación de metano (1/año);

Lo = Generación potencial de metano (m3/Mg);

Mi = Masa de residuos sólidos dispuestos en el año i (Mg);

ti = Edad de los residuos dispuestos en el año i (años).

La ecuación anterior estima la generación de biogás usando cantidades de residuos dispuestosacumulados durante un año. La proyección para los demás años se desarrolla variando laproyección anual y luego iterando la ecuación. El año de generación máxima normalmente ocurredurante el año de clausura o el año siguiente (dependiendo del índice de disposición en los añosfinales).

Con la excepción de los valores de k y Lo, el modelo mexicano de biogás requiere datos específicosdel relleno en cuestión para producir las proyecciones de generación.

El modelo provee los valores de k y Lo. Los valores se calculan con base en la informaciónrecolectada de rellenos sanitarios representativos en México y la relación entre los valores de k y Loobservados en rellenos sanitarios de los Estados Unidos. Los valores de k y Lo varían según laprecipitación anual y se pueden usar para estimar proyecciones de generación de biogás enrellenos sanitarios localizados en regiones diferentes de México.

La EPA reconoce que es difícil modelar la generación y recuperación de biogás en forma exactadebido a las limitaciones en la información disponible para alimentar el modelo. Sin embargo, conla construcción y operación de nuevos rellenos sanitarios, la disponibilidad de nueva informaciónhará posible la calibración del modelo y el desarrollo de mejores valores de k y Lo.

1.11.1.1. Consideraciones de ajustes para k y Lo

La utilización del modelo EPA está muy generalizada en todo el mundo. Sin embargo, es necesarioverificar la predicción de generación al variar los valores k y Lo, que equivale a un ejercicio decontextualización sobre cómo inciden en la predicción de la generación de biogás lacaracterización de las condiciones locales climatológicas y de caracterización de los RSU.

1.11.1.2. Datos requeridos

El modelo mexicano de biogás, está representado por la ecuación siguiente.

Q = 2kLoM(e-kt)

Donde:

Q es la generación de biogás, en m3/año

k es el índice de generación de metano, en (1/año)

Lo es la generación potencial de metano, en m3/t

M es la masa de residuos sólidos en t, y

t es la edad de los residuos dispuestos en el año (años)

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1.11.1.3. Desarrollo del valor de L0

La directriz indicativa para este ajuste, sugerida por Sedesol (México), con la asesoría de la EPA, estomar el valor estimado para Lo por la EPA, de 100 m3/t, que es el referente que se utiliza enEstados Unidos para sus RSU. Para obtener el valor Lo de otro contexto diferente a Estados Unidos,México para este caso, se hace el ajuste tomando en cuenta la diferencia entre el contenidoorgánico y el contenido de humedad del RSU en cuestión, con los valores de referencia de EstadosUnidos.

Paso 1

Ajuste por diferencia entre el porcentaje orgánico de residuos dispuestos en el relleno sanitarioentre los dos sitios: En Estados Unidos es de 68% y en México de 73%. En atención a esta relación,el Lo de México debe aumentarse 7% -para alcanzar 73%- y también el valor de Lo -de 100 a 107m3/t-. Los pasos siguientes hacen el ajuste a este último valor, según las consideraciones de lospasos 2 y 3 siguientes, que se pueden aplicar para estimar otros rellenos diferentes a los deMéxico.

Paso 2

Ajuste a Lo por diferencia entre el contenido de humedad -el agua es inerte.- En Estados Unidos lahumedad de los RSU es 20% y en México es de 37%; entonces Lo debe corregirse por la relación20%/37%, para obtener Lo de 84 m3/t para México, que se logra para rellenos con una humedadadecuada.

Paso 3

Ajuste a Lo por diferencia los datos de pluviosidad.- Según datos de la EPA, el valor de Lo no sealcanza en sitios donde la precipitación es menor a 400 - 500 mm/año, y además, la disminución delvalor de Lo está cerca de 1 m3/t por cada mm de disminución de la pluviosidad.

Cuando se utiliza la disminución estimada de Lo en Estados Unidos para establecer la relación depluviosidad sobre el Lo de México, reportan:

Precipitación anual, en mm/año Lo en m3/t

0 - 249 60

250 - 499 80

Por lo menos 500 84

Tabla 9. Precipitación anual y valores de Lo.- [27]

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1.11.1.4. Desarrollo del valor de k

El valor de k también varía con la precipitación -o pluviosidad- y la composición de los residuos,pero de manera diferente a Lo. Para Lo se puede aplicar la metodología descrita en lasconsideraciones anteriores, y es aplicable a cualquier relleno sanitario. Pero para k, Sedesol deMéxico ha desarrollado la metodología que se presenta a continuación, que necesita tomarexperiencias de rellenos sanitarios en operación, así:

Con relación a la pluviosidad, k se incrementa con valores mayores de 400 - 500 mm/año, y seestima que k sólo alcanza el máximo en condiciones muy húmedas. Con relación a lacaracterización de los residuos, no existe una relación lineal con respecto al contenido orgánico(seco). Para obtener los índices de degradación total, se necesita evaluar el impacto de la mezclade las diferentes fracciones de los residuos orgánicos (degradación rápida, media y lenta). Enconsecuencia, a diferencia de Lo, el valor de k para este ejemplo mexicano, no se puede estimarcon una simple comparación de los residuos de Estados Unidos, sino que se necesita calibrar elmodelo utilizando datos de operación reales de recuperación de biogás de rellenos sanitariossimilares que estén en operación.

Para este caso, la experiencia que reporta México, es que se simuló el modelo usando el valor Lo

de 84 m3/t, y se ajustó el valor de k hasta que la recuperación proyectada de biogás fuera igual a larecuperación real de operación del relleno testigo: los valores que reportan son 0.072/año para elrelleno A -con pluviosidad de 605 mm/año- y 0.059 m3/t para el relleno B -con pluviosidad de 705mm/año-, lo cual dio base para asignar un valor de 0.0655 para valores de precipitación entre 500y 999 mm/año.

Los ensayos para otros rangos de pluviosidad, dieron como resultados para k, valores de 0.04 parapluviosidad de 0 - 249 mm/año; 0.05 para 250 mm/año - 499 mm/año, y 0.08 para por lo menosde 1000 mm/año, según se muestra en la tabla 10.

Valores de k y Lo

Precipitación, mm/año K, año-1 Lo, m3/t Lo, ft3/t

0 – 249 0.040 60 1920

50 – 499 0.050 80 2560

500 – 999 0.065 84 2690

999 – 1999 0.080 84 2690

>2000 0.080 84 2690

Tomado de Sedesol, México, 2004

Tabla 10. Resumen de valores Lo y k [27]

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1.11.1.5. Aplicación del modelo

El modelo requiere de la alimentación de i) año de apertura del relleno sanitario, ii) disposiciónanual, valor que debe reajustarse cuando los residuos atípicos son significativos, iii) precipitaciónanual. Cuando se alimenta este valor, el modelo mexicano establece automáticamente los valoresde k y Lo, mediante la utilización de las relaciones que se mencionaron anteriormente.

1.11.1.6. Eficiencia del sistema de recolección

La EPA estima que sitios que los rellenos sanitarios con sistemas bien diseñados, pueden alcanzaruna eficiencia de recolección promedio de 75%. En Colombia se estima que la eficiencia de estarecolección sea entre 50% y 60%. Para las simulaciones que se hicieron en este documento, seasumió 50%.

1.11.2. Modelo Scholl Canyon

Es un modelo de degradación de primer orden. Asume que se llega al máximo de la produccióndespués de la fase inicial de estabilización, mientras se equilibran las condiciones anaerobias y laspoblaciones de microorganismos dentro del relleno sanitario. Después la tasa de producción debiogás decrece debido a la disminución de la fracción orgánica de los residuos en el rellenosanitario. Está descrito por la ecuación:

Donde:

t = tiempo (años)

L = Volumen de metano que queda por producir después del tiempo t (m3/t RSU/año)

k = Constante de producción de biogás (años-1)

La velocidad de producción de

G = Volumen de metano producido después de un tiempo t (m3/t RSU - año)

1.11.2.1. Descomposición de la materia orgánica

Las reacciones bioquímicas de transformación de la sustancia orgánica en biogás son complejas.McCarty ha propuesto una de tipo empírico:

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La cadena de descomposición, consta de secuencias como las siguientes:

Carbohidratos, que se descomponen progresivamente en azúcares simples, ácidos volátiles yalcoholes.

Grasas, que lo hacen a glicerina y ácidos grasos, ácidos volátiles, metano y bióxido de carbono.

1.11.3. Referencia sobre parámetros utilizados por USEPA para un estudio de caso

Para estimar la generación de biogás, USEPA asesoró a la empresa mexicana Simeprodeso sobrelos parámetros k y Lo y demás asociados con la estimación de la generación de biogás.Simeprodeso sobre los parámetros k y Lo y demás asociados con la estimación de la generación debiogás. Los valores utilizados se muestran en la tabla 11.

Parámetros de diseño para

(SIM

la estimación de producción biogásEPRODESO)

Parámetros Valor BasesK 0.666/año Obtenido mediante pruebas de bombeo “in situ”

Lo 95.4 m3/Mg Ajustes del valor EPA, según el contexto localÁrea de las celdas 44 ha SimeprodesoProfundidad de celdas 22 m SimeprodesoDensidad de RSU 0.71 Mg/m3 Valoración típicaTiempo de disposición deRSU (año 2000)

5 añospromedio

Simeprodeso

Concentración demetano en biogás

50% Valoración típica comprobada “in situ”

Radio de influencia delos pozos

38 m Simeprodeso

Flujo de biogás 1.7360m3/min

Tabla 11. Parámetros utilizados por USEPA [5]

1.11.4. Modelo EPA v.302 de 2005

El ajuste del modelo EPA es un ejercicio que debe soportarse en la práctica experimentalmente, ynecesita la caracterización desagregada de los RSU, tal como el SWANA, para precisar su humedady el porcentaje de sus diferentes fracciones, con base

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en los criterios de: i) degradación rápida, como restos de comida, residuos verdes, animalesmuertos y lodos; ii) degradación medina, como papel; iii) degradación baja, como madera ytextiles, además de iv) material inorgánico no biodegradable, como vidrio, metales y escombros.

La versión v.302, a diferencia del anterior v.301, no permite alimentar valores de k y Lo; sinembargo, con este modelo se hizo la simulación con los mismos valores K y Lo que para SchollCanyon y se obtuvo el resultado que dio base para descartarlo: sus pronósticos son acordes con lacaracterización de los RSU de Estados Unidos. Pero se espera que EPA flexibilice la entrada deestos dos parámetros para que nuevamente se constituya en un referente válido. Sin embargo, ellistado de COV que produce este modelo, se tomó como un primer intento cualitativo para lapredicción de la caracterización del biogás generado, para compuestos diferentes a CO2 más CH4.

1.12. Generación de energía eléctrica

Para el aprovechamiento del biogás en la generación de energía eléctrica se utilizan las siguientestecnologías básicas que se muestran en las siguientes figuras.

Para utilizar el biogás en los motores de combustión interna especialmente adecuados para sucombustión, la adecuación del biogás consistente en su deshidratación y remoción de particulado.En algunos casos se requiere una compresión previa del gas para obtener el máximo rendimientode los motores. La energía mecánica producida por los motores se convierte en energía eléctricaen un generador tradicional. Se pueden requerir de algunos sistemas de control y algunostratamientos adicionales, según sea la caracterizaicón del biogás, ejemplo, para eliminar lapresencia de compuestos tóxicos o lesivos para la operación de los motores y para la saludhumana, entre otros. La figura 16 es un esquema de los motores de combustión interna.

Figura 16. Motores de combustión Interna

En cuanto a las turbinas de vapor para el aprovechamiento de la energía térmica del biogás, esteproceso presenta mayor eficiencia que la combustión en motores de combustión interna. Elsistema es bastante tolerante en cuanto a la composición del biogás y presencia de impurezas, conrequerimientos moderados de mantenimiento y bajos costos de operación. Ver figura 17 delesquema de una turbina de vapor.

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Figura 17. Turbina de vapor

En las turbinas a gas, la combustión se realiza dentro estos equipos, que tienen características casiidénticas 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 lainstalación de una unidad adicional de generación, que mediante una turbina de vapor queaprovecha el calor que desprende la turbina a gas en la generación primaria. Se utiliza paraincrementar la eficiencia de generación del sistema.

La siguiente figura esquematiza una turbina a gas.

Figura 18. Turbinas a gas

Después de la generación, el sistema de transformación y distribución de la energía eléctricagenerada, siguen el diseño asociado con la aplicación de los criterios estándares para el transportey alimentación a la red o para uso en el entorno del relleno sanitario. La figura 19 esquematiza unode los componentes de la cadena, la subestación eléctrica asociada con los proyectos degeneración y transmisión/distribución de energía eléctrica generada mediante la utilización delbiogás.

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Figura 19. Subestación eléctrica [27]

1.13. Ejemplos de rellenos sanitarios

1.13.1. Relleno Sanitario Puente Hills en Los Angeles- California (USA)

El relleno sanitario Puente Hills, ubicado sobre una extensión 550 ha en Wittier-Condado de losAngeles- USA, recibe en promedio 9,000 t/día de residuos. El sistema de recolección de gas quecapta 27,000 p3 /min de biogás, de los cuales 32,000 p3 /día se utilizan para generar 50 MWmediante el sistema de calderas y turbinas, 1,500 p3 /día para generar 2.8 MW en una turbina a gas,y 200 p3 /día se envían a un colegio cercano para alimentar una caldera.

Este relleno empezó a funcionar en 1957 y su vida útil concluyó en 2003. En 1998 habían recibidoaproximadamente 63 Mt de RSU, y su instalación principal de generación de energía de 50 MWopera desde 1986.

1.13.2. Relleno sanitario Salinas Victoria, México

Opera cerca del área metropolitana de Monterrey (México), el cual inició sus operaciones enseptiembre de 1990 y actualmente está operando. En un área de 44 ha, se dispusieronaproximadamente 7 Mt, área que actualmente esta clausurada. Se estima que esta zona, sin teneren cuenta futuras expansiones u otras zonas en desarrollo, producirá suficiente metano paragenerar 700 GWh de energía eléctrica durante toda la vida del proyecto; para ello se instalaránequipos que permitan tener inicialmente una capacidad total instalada de 7MW y asegurar unacapacidad de operación de 6MW.

1.13.3. Relleno sanitario Pozo La Feria, Chile

En el relleno sanitario Pozo La Feria, localizado en Santiago de Chile, se explota comercialmente elbiogás desde julio de 1982, el cual es suministrado a la empresa Gasvalpo S.A., empresa deproducción y distribución de gas natural.

En el relleno de Rancagua de Santiago de Chile, el biogás se utiliza en forma directa como energíatérmica, mediante quemadores adecuados, para el calentamiento de hornos para producirladrillos, cerámica, refractarios y cal.

De esta misma forma, en la actualidad se explota el biogás del relleno sanitario El Molle deValparaíso, el que luego de su extracción y secado, es conducido hasta la planta de gas de laempresa Gasvalpo S.A, la cual lo incorpora a su red de distribución de gas natural.

1.13.4. Relleno Sanitario de Tilburg, Holanda

En Tilburg, la firma Samenwerkingsverband Midden Brabant opera una planta diseñada para tratarun volumen de 1,300 m3/hr de biogás, que equivale a una producción de 1,100 m3/hr de sustitutode gas natural (SNG). El proceso se realiza en tres etapas: (i) pre-tratamiento del biogás, (ii)separación del CO2 y metano, y (iii) post-tratamiento del gas

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producido. Una vez purificado, se bombea mediante un gasoducto a la red domiciliaria de gas.

En 1994, el relleno sanitario produjo cerca de 9 Mm3 de biogás, de los cuales se aprovecharon 7Mm3. En otros años, se ha llegado a 12 Mm3 y una utilización de 9 M, con una producción de 4.5Mm3 de gas natural sustituto.

1.13.5. Relleno Sanitario de Wijster, Holanda

Este relleno sanitario produce biogás a una rata aproximada de 4,500 m3/h. Se procesan sólo unos1,150 m3/hr para producir 600 m3/hr de gas natural sustituto. Tras una compresión a 7 atmósferasde presión, se remueve el H2S, amoníaco (NH3) y los CFC’s en adsorción con carbón activado.

El relleno genera aproximadamente 30 millones de metros cúbicos de biogás por año, de loscuales 9 Mm3 son aprovechados para producir un volumen de 4.5 Mm3 de gas natural sustituto queson conducidos a la red domiciliaria local. Por otra parte, toda la energía consumida por la plantade limpieza del biogás, se produce mediante motores alimentados por gas sin tratar. Losexcedentes se queman.

1.13.6. Relleno Sanitario Pinto y Valdemingomez- España

Las instalaciones de Pinto (Madrid) tendrán una potencia de 15.28 MW y producirá unos 123,160MWh al año. Tratará 140,000 t/año de residuos urbanos y 20,000 t de compost; el peso paradisposición final se reducirá a 42% del recolectado

Valdemingómez opera desde 1978 en Madrid, y ha acumulado 21 Mt durante 23 años, se clausuróen 2000. Tendrá una inversión de 75 M de euros, 280 pozos, 43 km de tuberías. El primer pasopara desgasificar el vertedero ha sido sellarlo, recubriéndolo con capas de distintos materialescomo polietileno y capas geotextiles para atrapar el biogás y evitar que se libere en la atmósfera.

Se prevé que la desgasificación permitirá captar un caudal máximo de 9,000 m3 de biogás/hora,para aprovechar 536 Mm3 de biogás.

El metano purificado de oxígeno y ácido sulfhídrico alimentará ocho generadores Jenbacher, conuna potencia unitaria de 2.1 MW. Tiene una caldera de recuperación de 1.0 MW que aprovechalos gases de escape. La potencia instalada total es de 18 MW, que producen 1.145 GWh desde2002 hasta 2019, cuando se agote el biogás. La planta alcanzó su máxima producción durante2003: 140 GWh, que es lo que consume Madrid en alumbrado público durante un año.

1.14. Consideraciones complementarias

La captación de biogás está condicionada por un buen diseño de los rellenos sanitarios, diseño quedebe soportarse en componentes asociados con los entornos:

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i) sociopolítico, económico y financiero, ii) legal y regulatorio, iii) de experiencias regionales, iv) deoferta de la canasta energética, v) de oportunidades de demanda de proyectos MDL, vi) de hábitosde consumo y percepción comunitaria sobre criterios de desarrollo sostenible, vii) de tareasparticipativas y apertura a discusiones abiertas con objetivos de búsqueda de consenso y beneficiosocial, equitativo e integral, ya que son proyectos con un alto contenido de resistencia y rechazopor sectores de la sociedad, pero a la vez, necesarios, viii) de la necesidad de un cambio demúltiples paradigmas que debe apuntar a replantear el comportamiento social, actualmenteinsostenible, por propuestas mejor articuladas con los postulados del desarrollo integral sostenibleaplicado al manejo de los RSU.

En este orden de ideas, el planteamiento, desarrollo e implementación de los proyectos derecolección de biogás de RSU, implica un desarrollo tecnológico importante y la apropiación deconocimientos y estrategias complementarias al criterio de manejo integral del manejo de los RSU.Es así como la ingeniería de proceso aplicada a estas iniciativas debe abordar el análisis deopciones como valorización energética, producción de compost, uso racional y eficiente de laenergía, y cultura y participación comunitaria, entre otras consideraciones, todo lo cual constituyeun aporte al conocimiento general y al planteamiento de soluciones técnicas y socialessostenibles.

Un aporte valioso de la recolección y uso de biogás de rellenos sanitarios, está asociado con elpotencial de su estructuración como proyectos MDL, lo cual es una expectativa que amerita elanálisis puntual para cada estudio de caso, ya que su implementación puede apoyarse yproyectarse como un aporte significativo para la mitigación del cambio climático y, en general, alcriterio de desarrollo sostenible integral, dentro del marco del Protocolo de Kyoto.

1.14.1. Estimación de generación de biogás

1.14.1.1. Soporte de validación (Caso de estudio del relleno sanitario de Olavarría, Argentina)

El gráfico 13 compara el estudio de caso de Olavarría, reportado por los diseñadores, con elresultado que se obtuvo al aplicar la simulación con el modelo mexicano.

Gráfico 13. Relleno sanitario Olavarría [27]

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1.15. Generación per cápita y producción de RSU

Se aporta la información sobre producción promedio nacional por departamentos y por capitales,así como la escasa información sobre la caracterización por capitales y por departamentos.

Adicionalmente se presenta la información sobre la población por departamentos y por capitales.En línea con el objetivo de la estimación del biogás generado que es recuperable, la informaciónsobre capitales de departamentos es más confiable, dado que es sensato atribuir una mayorconfiabilidad al ordenamiento de la gestión, que incluye la cuantificación de los RSU, los datospoblacionales y la caracterización de los residuos. Sin embargo, la información departamental, daun horizonte de lo que en el mediano y largo plazos sería fuente de biogás.

El soporte para la estimación de la producción de RSU y de biogás, lo aportan los recursos deinformación secundaria -generalmente complementaria- suministrada por entidadesgubernamentales, que permiten hacer cruces y ejercicios de comprobación de los resultados de laestimación. Estos recursos sirvieron para adaptar en gráficos y tabulados la información base paralas estimaciones requeridas.

Para octubre de 2005, entre las opciones de información en Colombia, se tiene la producción percápita, PPC, población, producción de RSU por ciudades, distribución geográfica y estratossociales, entre otras, y como ejemplos de la adaptación de las cifras de esta gestión, estainformación se ha formateado en gráficos y tablas, que sirvieron para confrontar y alinearresultados que sirvieran como insumo el logro de los objetivos de esta tesis. De lo anterior seobtuvo:

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Generación de RSU y habitantes por departamento

N° de habitantes/1000 Dt/día

8000

5000

3000

||

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El siguiente gráfico 19 presenta para cada departamento la producción porcentual de RSU.

Generación porcentual de RSU por departamento

/Guajira

1%

Guainía

0%

Vaupes

Amazonas

0%-

0%

Cesar1%Córdoba Chocó2% 0%

Arauca 0%

Atlántico

5%

Bolívar

3%

Boyacá

2%

Caldas

2%Caquetá

1%

Casanare

1%

Cauca 1%

Gráfico 19. Generación porcentual de RSU por departamento

Gráfico 20. Generación per cápita y habitantes en capitales departamentales [26, 37]

Gráfico 21. PPC de RSU en capitales de departamento [26, 37]

H.- La siguiente gráfica 22 presenta el número de tipos de disposición final, según sean rellenosanitario, enterramiento o botadero a cielo abierto. Mediante el conteo del gráfico se observan 99enterramientos, 602 botaderos y 198 rellenos sanitarios, y presenta cifras inusuales, como que enCundinamarca existen 12 rellenos, 9 en Atlántico, 13 en Boyacá 66, 32 en Nariño y 8 en Caldas. Enrealidad, en cuanto al inventario de rellenos, es conveniente verificar con evaluación técnica detrabajo de campo la realidad de estos inventarios, pues otras instancias, como las académicas yambientalistas, ubican como escenario optimista unos veinte rellenos sanitarios, con un escenariomedio realista de unos quince, y quizá hasta diez en el mejor de los casos. Pero la actividad actualy la adopción de los PGIRS, sí prevé el desarrollo de proyectos que podrían aumentar esta cifra alos veinte del escenario optimista.

Santander4%

San Andrés

0%

Risa ralda

2%Quindío

1%

Putumayo

0%

Norte Santander

3% Nariño

Sucre 2%Antioquia

17%

Cundinamarca29%

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Unidades para disposición final por municipios, según departamento

Gràfico 22. Unidades de disposición final por municipios, según departamento [26, 37]

90

80

70

50

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Todos los literales mencionados, de la A a la H, presentan opciones de rutas de estimación de losdiferentes parámetros asociados con la cuantificación de los RSU y la generación de biogás a partirde éstos.

I.- Es conveniente mencionar un marco de referencia universal que apunta a la disminución de losRSU que se disponen en el relleno sanitario. A manera de ejemplo, en la mayoría de paíseseuropeos hay restricciones como las que muestra la tabla 12, una práctica que es común encualquier diseño de política consistente sobre manejo integral de RSU.

• A: Limitación vertido fermentables (<5% o similar).• B: Prohibición vertido sustancias reciclables.• C: Prohibición vertido sustancias combustibles.• D: Obligación pretratamiento (mecánico, biológico)

País A B C DAlemania x x X xAustria x x X xBélgica x x X xDinamarca x x XFrancia x x X xPaíses Bajos x x X xItalia x x x xReino Unido x x

Tabla 12. Restricciones de los rellenos sanitarios en los países europeos [29]

1.15.1. Inventario de procedimientos de disposición de RSU y procesos de licenciamiento derellenos sanitarios

La información sobre el proceso de licenciamiento por parte del MAVDT durante los últimos cincoaños, y actualizado a octubre de 2005, se resume en la siguiente tabla, que muestra los pocosproyectos de rellenos sanitarios que están en proceso de licenciamiento.

Proyecto Fecha de actuaciónRelleno en Ituango, Antioquia Diciembre de 2003Relleno en Buenaventura, Valle del Cauca Noviembre de 2002Manejo integrado de residuos sólidos, Toledo, Antioquia Enero de 2005Proyecto integral y disposición final de residuos sólidos, La Plata,Huila

Noviembre de 2000

Relleno sanitario nuevo, Mondoñedo, Cundinamarca:estudios, diseño, construcción y/o montaje, operación ymantenimiento y cierre

Junio de 2005

Sistema de manejo integral y regional de residuos sólidos de laprovincia de Márquez, Boyacá

Enero de 2003

Tabla 13. Proyectos de rellenos sanitarios en proceso de licenciamiento [26]

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El gráfico 23 presenta los botaderos cerrados y en proceso de cierre, según información adaptadadel MAVDT, a noviembre de 2005.

Gráfico 23. Botaderos clausurados y en proceso de cierre [26]

La tabla 14 es el soporte para la información presentada en el gráfico de botaderos clausurados yen proceso de cierre, según información adaptada del MAVDT.

Departamento BotaderosEn proceso de cierre Clausurados

Amazonas 1 0Antioquia 0 23Arauca 1 0Bolívar 0 43Boyacá 9 16Caquetá 1 0Córdoba 0 1Cundinamarca 2 0Norte Santander 1 1Putumayo 3 0Quindío 1 6Risaralda 0 7San Andrés 0 2Santander 0 20Sucre 6 4Total 25 123Adaptado del archivo en CD anexo: DATOS OCT 26 de 2005 MAVDT. XLS. La información para las doscolumnas de los demás departamentos que no aparecen, es cero.

Tabla 14. Inventario de botaderos clausurados y en proceso de cierre. [26]

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De la información del MAVDT se adaptó la siguiente tabla 16, actualizada a octubre de 2005.

Departamento Rellenos Departamento RellenosAmazonas 0 Huila 13Antioquia 67 Magdalena 1Arauca 0 Meta 3Atlántico 10 Nariño 24Bolívar 3 Norte Santander 4Boyacá 17 Putumayo 3Caldas 8 Quindío 3Caquetá 3 Risaralda 4Casanare 6 San Andrés 0Cauca 1 Santander 6Cesar 1 Sucre 4Chocó 2 Tolima 2Córdoba 0 Valle 6Cundinamarca 7 Vaupés 0Guainía 0 Vichada 0Guajira 1 Total 199Guaviare 0

Adaptado de archivo anexo: DATOS OCT 26 DE 2005 MAVDT.XLS

Tabla 15. Inventario de rellenos sanitarios en Colombia, MAVDT, noviembre de 2005. [26]

La siguiente figura 20 presenta un listado de las consideraciones que se deben discutir durante elestudio de prefactibilidad y de ingeniería conceptual para la recuperación de biogás de rellenosanitarios, donde muchas son comunes a la mayoría de los proyectos con un componenteambiental significativo. Es este listado se prevé la interacción de actores privados, comunitarios,técnicos y gubernamentales. Los enunciados de la columna de la izquierda, generalmente puedenpercibirse como un listado barreras o dificultades, mientras que los de la columna de la derecha,podrían facilitar las etapas de socialización y consolidación de los mismos.

1.16. Modelo de simulación EPA de primer orden para estimación de la generación de metano

Este método tiene en cuenta el decrecimiento en la generación de gas durante la vida del relleno aestudiar, lo cual es crítico en el momento de realizar la evaluación económica de un proyecto. Estemétodo requiere conocer o estimar cinco (5) variables así:

♦ Tasa promedio anual de residuos dispuestos.♦ El número de años que ha estado o estuvo abierto el relleno.♦ El número de años que el relleno ha estado cerrado, si es el caso.

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Contextos comunes para realización de proyectos de biogás

%

.—\ Falta de recursos presupuestales del gobiernoEconómicas ^ Baja calificación crediticia

Esquemas de financiamiento lentos y complicados

Restricciones para conformación de consorcios y de contratosa largo plazo

Dificultad de diseñar estrategias de impulso de losproyectos por parte de los concejos municipales yLegales rzz> del congreso.

Indecisión sobre la propiedad del predio y/o derechos del gas

Legislación imprecisa sobre contratos de concesión. Falta delegislación sobre el biogás en Colombia como energía renovable.

☑

Inversión privada Capitalgarantizado Línea de créditoabiertas

Legislación local expedita y de apoyo a los proyectosProcedimientos claros de participación ciudadana Claridad sobrela propiedad del sitio Definición sobre los derechos del gas en lasconcesiones Urgente: Promover legislación como energíarenovable.

Existencia de recicladores Vecindades Sociales cz>Consulta pública

Seguridad perimetral del sitio

Volumen de RSM del sitio Humedad ComposiciónTécnicas cz> Antigüedad del sito Altura de las celdas

Manejo técnico del sitio: lixiviados, material decobertura, etc.

Decisión de la administración local Composición ideológica de los concejosmunicipales y Políticas rzz> del congreso

Intereses particulares

Período electoral

Relocalizaciónu ofrecimiento de empleo para recicladores Aptitudabierta de cogestión con autoridades y vecinos Coparticipación decomunidades y autoridades locales Condiciones geológicas, geomorfológicas y meteorológicas adecuadas

Posibilidades de proyectos regionales para ciudades

medianas y grandes

Adecuadas infraestructuras vial, hidrológica, energética

y de comunicaciones

Apropiada cultura comunitaria de manejo integral de

residuos sólidos

Apoyo institucional sobre planeación ambiental y

energética a corto y mediano plazos

Disponibilidad de recursos humano y financiero

Experiencia en procesos de concertación

Apoyo de autoridades locales, regionales y nacionales

Figura 20. Consideraciones para el prediseño de un proyecto de relleno sanitario [27]

♦ El potencial de los residuos dispuestos, para generar metano.♦ La tasa de generación de metano de los residuos dispuestos

El estimativo de metano generado según este modelo de caída de primer orden (EPA) se expresaasí:

LFG = 2L0R (ekc - ekt)

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Donde:

LFG = Cantidad total de biogás generado en el año actual o en consideración, en p3).

L0 = Potencial total de generación de metano de los residuos, p3 / lb

R = Promedio anual de residuos dispuestos durante la vida activa.

K = tasa anual de generación de metano (1/año )

T = Tiempo desde la apertura del relleno, años

C = Tiempo desde la clausura del relleno, años

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Variable Rango Valores sugeridos según el clima

Húmedo Humedad media SecoL0 ( p3/lb) 0 - 5 2.25 - 2.88 2.25 - 2.88 2.25 - 2.88

k (1/año) 0.003 - 0.4 0.1 - 0.35 0.05 - 0.15 0.02 - 0.10

Tabla 16. Valores sugeridos para Lo y k

La generación potencial de metano, L0, representa la cantidad total de metano que se espera queuna libra de desechos genere en su ciclo de vida como tal. La constante de caída, k, representa latasa en que el metano será liberado de cada libra de desecho. Si estos términos fuesen conocidoscon certeza, este método sería considerado relativamente muy preciso; sin embargo, los valoresde L0 y de k varían de una manera amplia y son difíciles de estimar en un relleno sanitarioparticular.

Los valores de L0 y de k dependen mucho de las condiciones locales y la composición de losdesechos y aún así la EPA aprueba este método para la estimación de gas en sus regulacionessobre rellenos sanitarios y estimación de gas. La regulaciones incluyen los siguientes valores pararellenos diseñados con capacidades superiores a 2.5 Mt.

L0 = 2.72 p3/lb

k = 0.05/año

Los rangos de los valores de Lo y k desarrollados por expertos, que se presentan en la Tabla 17(Nótese que para las diferentes condiciones climáticas) el Lo permanece siempre igual, pero el valorde K (tasa de generación) cambia con climas más secos, generando gas de manera más lenta.

Debido a la incertidumbre en la estimación de L0 y de k, los flujos de gases derivados del métodode degradación de primer orden, pueden aceptar ajustes con variaciones de más o menos 50%.

1.17. Modelo SWANA

Este modelo se presenta como opción de cálculo de emisiones de biogás. No se utilizó en esta tesis,pero sí para estimación sobre el relleno Doña Juana.

1.17.1. Modelo de orden cero (SWANA)

Este modelo se usa de manera extensiva en la industria del biogás.

1 EPA: Turning a Liability into an Asset: A Landfill Gas-to-Energy Project, Development Handbook - Sept. 1996.

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W LO

G = ---------------

( t1 – tf)

Donde:

G = Cantidad de metano generado por año, Mp3

W = Residuos in situ, t.

L0 = Generación potencial total, p3 CH4 / t

T = Tiempo, años

t1 = Tiempo de espera entre la disposición del residuo y el comienzo de la generación, años.

tf = Tiempo final de generación

Parámetros ajustables para calibrar con datos de campo: t1 y tf o el intervalo (t1 - tf)

1.17.2. Modelo simple de primer orden (SWANA)

La aplicación de este modelo es extensa en la industria del aprovechamiento de biogás.

G = W LO k e – k (t – t1)

Donde:

G = Cantidad de metano generado por año, Mp3

W = Residuos in situ, t


T = Tiempo posterior a la disposición de los residuos, años

t1 = Tiempo de espera entre la disposición del residuo y el comienzo de la generación, años

k = Tasa constante anual de decrecimiento en la generación de metano (1/año)

Parámetros ajustables para calibrar con datos de campo: k y t1

1.17.3. Modelo modificado de primer orden (SWANA)

Este modelo es descrito por Van Zanten y Scheepers (1995). El modelo asume que el metanogenerado y recuperado inicialmente puede ser bajo. Después la recuperación aumenta hasta unpico antes de declinar en una manera esencialmente exponencial.

K + s

G = W LO ---------------- (1 - e – s (t – t1)) (k e – k (t – t1))

s

Donde:

para t1<t<tf

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G = Cantidad de metano generado, Mp3 /año



T = Tiempo posterior a la disposición de los residuos, años

t1 = Tiempo de espera entre la disposición del residuo y el comienzo de la generación

k = Tasa constante anual de decrecimiento en la generación de metano (1/año )

s = Tasa constante anual de incremento en la generación de metano (1/año)

Parámetros ajustables para calibrar con datos de campo: t1, k, s

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1.17.4. Modelo multifase de primer orden (SWANA)

Este modelo es un refinamiento del modelo modificado de primer orden. Sus supuestos son losmismos, excepto que las diferentes fracciones de desechos se descomponen a tasas diferentes.Variantes de este modelo son aplicadas de manera comercial. Con este modelo se obtuvieron losmejores resultados en el trabajo de modelación de Oonk et al. (1994).

G = W LO [ F(r) ( k(r) e – k(r) (t – t1) ) + F(s) ( k(s) e – k(s) (t – t1) )]

Donde:

G = Cantidad de metano generado, Mp3


L0 = Generación potencial total p3 CH4/t

T = Tiempo después de la disposición de los residuos, años

t1 = Tiempo de espera entre la disposición del residuo y el comienzo de la generación, años

k(r) = Tasa constante anual de decrecimiento en la generación de metano para desechos de rápida descomposición (1/año )

k(s) = Tasa constante anual de decrecimiento en la generación de metano para desechos de lenta descomposición (1/año)

F(r) = Fracción de desechos de rápida descomposición, %

F(s) = Fracción de desechos de lenta descomposición, %

1.18. Legislación

El manejo de los residuos sólidos en Colombia se establece desde el decreto-ley 2810 de 1974 oCódigo de los Recursos Naturales, que crea normas generales sobre la política ambiental, y defineque los municipios deben adoptar sistemas adecuados de recolección, transporte y disposiciónfinal de residuos sólidos, y es reglamentado parcialmente por los decretos 1715 de 1978, 1741 de1978 y 02 de 1982.

La ley 09/79 o Código Sanitario contiene normas para una adecuada disposición de los residuossólidos domésticos.

El decreto 02 de enero de 1982, del Ministerio de Salud, o Código Nacional de Recursos NaturalesRenovables y de Protección al Medio Ambiente, reglamenta parcialmente el título I de la ley 09 de1979 y del decreto ley 2810 de 1974, en cuanto a emisiones atmosféricas.

El decreto 294 de 1983 del Ministerio de Salud reglamenta el título III de la parte IV del libro I deldecreto 2810 de 1974 y los títulos I y XI de la ley 09 de 1979 en cuanto a residuos sólidos.

La resolución 2309 de 1986 del Ministerio de Salud, dicta normas para el cumplimiento del título IIIde la parte 4 del libro 1 del decreto ley 2810 de 1974 y de los títulos I, III y XI de la ley 9 de 1979, encuanto a residuos especiales.

El artículo 31 de la ley 99 de 1993 fija en el área de jurisdicción de las CARs los límites permisiblesde emisión, descarga, transporte o depósito de sustancias, productos o cualquier otra materia quepueda afectar el medio ambiente o los recursos naturales

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renovables, además que prohíbe, restringe o regula la fabricación, distribución, usos, disposición overtimiento de sustancias causantes de degradación ambiental. Estos límites restricciones yregulaciones en ningún caso podrán ser menos estrictos que los definidos por el Ministerio delMedio Ambiente.

La ley 142 de 1994 o Ley de Servicios Públicos Domiciliarios, establece el nuevo régimen de losservicios públicos en el país y busca la prestación eficiente de estos servicios. Esta ley estéreglamentada por el decreto 605 del 27 de marzo de 1996.

El decreto 948 de junio de 1995, del Ministerio del Medio Ambiente, o reglamento de protección ycontrol de la calidad del aire, reglamenta parcialmente: la ley 23 de 1973, los artículos 33, 73, 74,75 y 76 del decreto ley 2810 de 1974, los artículos 41, 42, 43, 44, 45, 48 y 49 de la ley 9 de 1979,además de ley 99 de 1993. Es modificado por el decreto 297 de noviembre 30 de 1995. Estedecreto en su artículo 16, establece el control de emisiones que generan malos olores.

El decreto 297 de noviembre de 1995, reglamenta las normas de la calidad del aire, dictadisposiciones para su seguimiento o monitoreo, establece los métodos de medición de referenciay equivalentes, así como los criterios para la fijación de los niveles de prevención, alerta yemergencia por contaminación del aire.

Las resoluciones 12 y 14 de 1996 y 10 de 1997 reglamentan el régimen de tarifas del servicio deaseo.

La ley 430 de 1998 dicta normas prohibitivas en materia ambiental, referentes a desechospeligrosos, según el Convenio de Basilea.

Sobre el decreto 948, en el capítulo 4 del título F del RAS/98 se establecen los criterios básicos yrequerimientos técnicos que se deben cumplir para el drenaje de gases de rellenos sanitarios; estoincluye sistemas de extracción y posterior tratamiento del biogás para su aprovechamientoenergético o mitigación de impactos a la atmósfera. Igualmente presenta consideracionesrespecto a los programas de monitoreo de gases durante la vida útil del relleno y durante laposclausura. El RAS hace precisiones y establece requerimientos sobre definiciones, localización,áreas de disposición final, capacidad, cobertura, densidad poblacional, criterios geológicos ygeomorfológicos, control y monitoreo, acuíferos, requerimientos para lixiviados, sistemasregionales y competencias, entre otras.

La resolución 822 de agosto de 1998, del Ministerio de Desarrollo Económico sobre residuossólidos, establece el reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico(RAS/98).

El decreto 2763 de 2001 del MAVDT, modifica el decreto 2676 de 2000.

1.19. Normatividad más específica sobre rellenos sanitarios y otras

Las resoluciones: i) 2309/86, sobre residuos especiales, ii) 189/94, sobre prohibición del ingreso alterritorio nacional de residuos peligrosos, y iii) 541/94, sobre escombros,

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concretos y agregados sueltos de construcción, de demolición y carga orgánica en suelo y subsuelo.

El decreto 605 de 1996 en sus artículos 74 y 75 atribuye responsabilidades asociadas con losimpactos ambientales generados en los sistemas de disposición final de residuos sólidosdomésticos; pero no existen normas específicas reglamentarias de las emisiones, lo cual puedepercibirse como una ventaja en el momento de estimar líneas bases para la formulación deproyectos MDL dentro del marco del Protocolo de Kyoto. Los artículos 74, 75 y 77 de este decretotratan sobre selección de técnicas para la disposición final de residuos sólidos, las normassanitarias y ambientales que fijan las autoridades respectivas y la responsabilidad en vigilancia ycontrol para los sitios de disposición final de los RSU.

El decreto 2676 de 2000 del MAVD, reglamenta el Plan Gestión Integral de los ResiduosHospitalarios y Similares, PGIRS.

El decreto 891 de 2002 del MAVDT, reglamenta el artículo 9° de la ley 632 de 2000.

El decreto 1609 de 2002 reglamenta el manejo y transporte terrestre automotor de mercancíaspor carretera.

El decreto 1669 de 2002 modifica parcialmente el decreto 2676 de 2000.

El decreto presidencial 1713 de 2002 del MAVDT, sobre disposición final de residuos sólidos,reglamenta i) la ley 142 de 1994, la ley 632 de 2000 y la ley 689 de 2001, en relación con laprestación del servicio público de aseo, y ii) el decreto ley 2810 de 1974 y la ley 99 de 1993 enrelación con la Gestión Integral de los Residuos Sólidos, GIRS. Esta norma requiere que losprestadores del servicio público de aseo, en la actividad complementaria de disposición final,deberán garantizar el cumplimiento de las siguientes condiciones durante la fase de operación:

i. Prohibición del ingreso de residuos peligrosos, si no existen celdas de seguridad

en los términos de la normatividad vigente;

ii. Prohibición del ingreso de residuos líquidos y lodos contaminados;

iii. Prohibición del ingreso de cenizas prendidas;

iv. Cubrimiento diario de los residuos;

v. Control de vectores y roedores;

vi. Control de gases y las concentraciones que los hacen explosivos;

vii. Control del acceso al público y prevención del tráfico vehicular no autorizado y de ladescarga ilegal de residuos; y

viii. Prohibición de la realización de reciclaje en los frentes de trabajo del relleno, entre otrascondiciones.

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El decreto 1040 de 2003 del MAVDT, modifica parcialmente el decreto 1713 de 2002, en relacióncon el tema de las unidades de almacenamiento y dicta otras disposiciones

El decreto 1080 de 2003 reglamenta el título VIII de la Ley 99 de 1993 sobre licencias ambientales.

El decreto 1505 de 2003 modifica parcialmente el decreto 1713 de 2002, en relación con losPlanes de Gestión Integral de Residuos Sólidos, PGIRS, y dicta otras disposiciones.

El decreto 1220 de marzo de 2005 del MAVDT, numeral 9 del artículo 9, dicta normas sobre laconstrucción y operación de rellenos sanitarios como competencia de las CARs.

La resolución 1390 de septiembre de 2005 del MAVD, establece directrices y pautas para el cierre,clausura y restauración o transformación técnica a rellenos sanitarios de los sitios de disposiciónfinal a que hace referencia el artículo 13 de la Resolución 945 de 2003 y que no cumplan lasobligaciones indicadas en el término establecido en la misma.

El decreto presidencial 838 de marzo de 2005 del MAVDT, modificó y adicionó el decreto 1713 de2002. Reglamentó las leyes de servicios públicos, de ordenamiento territorial y del medioambiente, en lo referente a la disposición final de residuos sólidos. Ordenó promover y facilitar laplanificación, construcción y operación de sistemas de disposición final de los RSU, como actividadcomplementaria del servicio público de aseo, mediante la tecnología de relleno sanitario. Ademásreguló el procedimiento a seguir por parte de las entidades territoriales para la definición de lasáreas potenciales susceptibles para la ubicación de rellenos sanitarios.

El proyecto de ley 230 de 2005 del MAVDT, propone crear una sanción a contaminantes desdeautomotores, con lo cual se adicionarían los artículos 62 y 131 de la ley 769/02. En tal sentido lapropuesta solicita que los conductores o pasajeros de cualquier tipo de vehículo automotor noboten plásticos, papeles, latas, botellas, desperdicios orgánicos e inorgánicos o cualquier tipo deproducto a las calles, vías, andenes o en general al ambiente exterior del vehículo.

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2. DIAGNÓSTICO DE LOS RSU EN COLOMBIA

Existe la duda sobre la consistencia de la información allegada a los entes rectores y operativos dela gestión ambiental, en el sentido que se percibe como una necesidad hacer comprobacionesactualizadas en campo sobre las características técnicas que definen el sitio de disposición finalcomo un relleno sanitario, como botadero a cielo abierto y como relleno sanitario. A pesar deexistir una legislación que dio plazo de tres años para la presentación de los PGIRS, que obligan acerrar los botaderos, sólo hasta octubre de 2005 se hizo efectiva la medida.

A pesar que existen proyectos en etapa de estudio para modernizar el manejo integral de residuossólidos con rediseños, y otros etapa de operación, es necesario precisar que las propuestas quepudieran existir para el rediseño para la reconversión de botaderos a cielo abierto a rellenossanitarios serían muy costosas para adecuar la infraestructura, de tal manera que se enmarquedentro del criterio ingenieril de un relleno sanitario.

Generalmente, son iniciativas de reconversión inviables técnica y económicamente, y una vezimplementadas, no corregirían deficiencias asociadas, por lo menos, con los requerimientosgeológicos y geotécnicos que están ausentes en los botaderos a cielo abierto y enterramientos.También, otras falencias van desde la ausencia de cualquier previsión para el confinamiento de losresiduos y para la recolección y/o migración del biogás, hasta la ausencia de infraestructura comopozos recolectores y drenaje de lixiviados para el control y tratamiento del mismo.

Este trabajo considera más viable plantear escenarios de estimación de la producción de residuosdispuestos en rellenos sanitarios, que son los únicos aptos para la recolección del biogás.

La claridad que se logra con la información consultada del MAVDT no es suficiente. Realmente enla actualidad existe una gran dinámica con relación a la opción de implementación de rellenossanitarios, al sellamiento de botaderos, al diligenciamiento de proyectos MDL de rellenosexistentes y al estudio de considerar la posibilidad para la reconversión de botaderos y/enterramientos a rellenos aptos para la recolección de biogás; sin embargo, algunas comunidadesy autoridades ambientales, no han descartado la iniciativa de lograr alguna implementación laopción de reconversión.

2.1. Potencialidades de la producción de biogás en Colombia

2.1.1. Caracterización y perspectivas de la producción de biogás en Colombia

La experiencia mundial clasifica los rellenos sanitarios, según los residuos almacenados, enpequeños, grandes y medianos. Para la estructuración de proyectos MDL, debe tenerse siempre laalternativa de enfocarlos como proyectos sombrilla, opción que se podría perfilar como viabletécnica y económicamente, ya que el proceso de estructuración suma datos para poder asumir loscostos iniciales de la formulación. El decreto 1713 de 2002 del MAVDT obliga al cierre de losbotaderos, para lo cual concedió un plazo de tres años; así fue como en octubre de 2005, seprocedió a cerrar

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obligatoriamente dichos botaderos, como mandato de la Resolución 1390 de septiembre de 2005,expedida también por el MAVDT. Esta resolución prohíbe la disposición final de RSU en botaderosa cielo abierto, y se constituye en un aporte legal significativo para la proyección futura del manejoambientalmente amistoso de los residuos sólidos con el medio ambiente. El problema histórico dela aplicación de esta normatividad es la falta muy notorio de seguimiento y monitoreo por partedel MAVDT, de las CARs y demás instancias ambientales, que tradicionalmente han hechoinoperante estas legislaciones; sin embargo, para este caso particular, sí se hizo efectivo el cierrede varios botaderos en muchos sitios del país.

Como práctica usual de referencia, se han adoptado algunos criterios básicos sobre los parámetrosde diseño, como el que indica la tabla 18, que puede tomarse como ejemplos de experiencia, yque han establecido en alguna forma, cifras convencionales.

Componente Mínimo Medio MáximoToneladas almacenadas 50,000 7 000,000 50’000,000Número de pozos colectores 7 69 1 200Promedio de profundidad, m 3 26 60Área total, ha 8 85 1,200Área ocupada por el relleno e instalación para larecuperación de biogás, ha

2 45 230

Tabla 17. Características típicas de los rellenos con recuperación de biogás.

Adicionalmente, la tabla 18 ayuda a tener el orden de magnitud de referencia para la evaluaciónde la diversificación de la canasta energética que resulta de la formulación de un proyecto decaptación para utilización térmica del biogás.

Equivalencias con otros combustibles del biogás con 50 % vol. de CH4

Combustible genérico Equivalentes por cada 28.32 m3 de biogás

Gas natural 14.16 m3

Propano 20.82 lButano 18.55 lGasolina 14.76 lFuel oil 2 13.63 lCarbón bituminoso 5.9 kg

Tabla 18. Equivalencias del biogás con otros combustibles [30]

La experiencia exitosa de proyectos pequeños de rellenos sanitarios, y el desarrollo progresivopara contextualizar los modelos de generación de la EPA a entornos diferentes a Estados Unidos,ha generado propuestas importantes de cuantificación del potencial del biogás, lo cual debearticularse con los precios de los energéticos y los criterios de Kyoto para, por lo menos, apalancarfinancieramente los proyectos de captación y quemado del biogás. El reporte del MAVD sobredisposición final está resumido en la tabla 20.

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MAVDT, 2005Por municipio Por región

Rellenos Enterramientos

Botaderos Cuerpos deagua

Otros Rellenos Enterramientos

Botaderos Cuerposde agua

308 90 663 23 51 199 98 757 22

SSPD, 2001

357 60 490 20 Incineración 2

Quema336

- - - -

Tabla 19. Sistema de disposición final [26, 37]

2.1.1.2. El proyecto del Relleno Sanitario La Esmeralda – Manizales

Es un relleno regional mediano que carga aproximadamente unas 383 t/día y que se utiliza comopiloto en este documento.

Aunque parece ser que este relleno regional es único en Caldas, el siguiente gráfico, adaptado deinformación del MAVDT, muestra ocho. Este relleno regional de Caldas es un referente tecnológicoy de gestión muy útil, que puede servir como base para un estudio piloto, particularmente comobase metodológica para estructuración de proyectos MDL. En laesta tesis, este relleno se tomócomo referente para la comparación de los resultados de los tres modelos de predicción de biogásque se utilizaron.

El gráfico 24 presenta la caracterización de los RSU del estrato 3 de la población regional queutiliza el relleno sanitario de La Esmeralda. Los proyectos de recolección de biogás de rellenossanitarios se fundamentan mejor cuando existe un historial de la caracterización de los RSU, comoel de este gráfico. Esta información ayuda a confrontar resultados entre modelos diferentes almexicano y el Scholl Canyon, algunos de los cuales, como el SWANA, piden estos datos decaracterización como insumos. El porcentaje de putrescibles y otros orgánicos de esta muestra,está dentro de una franja común a los rellenos en Colombia, particularmente el dato de residuosde comida y jardín, que es un buen indicativo como expectativa de generación de biogás.

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* Manizales, Chinchiná, Palestina, Belalcázar, Risaralda, San José, Anserma, Villamarín, Neira, Aranzazu, Salamina, La Merced, Filadelfia,Riosocio, Supía, Marmato y Santa Rosa de Cabal

Gráfico 24. Caracterización de RSU del estrato 3 de los municipios y comunidades que disponen enel relleno sanitario La Esmeralda, Manizales [26]

2.2. Inventario y proyectos de rellenos sanitarios y de botaderos a cielo abierto

Las principales propuestas y desarrollos de rellenos sanitarios, que están en etapas que van desdeel estudio inicial y de diseño y construcción, hasta la etapa de operación, e inclusive clausura, seubican en el mapa de la figura 21. Sin embargo, no se pudo aclarar dudas sobre rellenos como losde Ciénaga de Oro y Cereté, Pasto, San Andrés e Ibagué y Buga. En operación y reportados consistema de tratamiento de lixiviados y captación de biogás -información que debe actualizarse-están los de Medellín, Barranquilla, Manizales, Bogotá, Villavicencio (este último acogido por elMAVDT como buen ejemplo de manejo integral de residuos urbanos) Flandes, Bucaramanga, Cali,Girardot, Buga, Ibagué, Yopal

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y Cartagena, varios de los cuales operan con la modalidad de rellenos sanitarios regionales.

Sobre la mación de unidades de disposición final -enterramientos, botaderos y rellenos sanitarios-que muestra el gráfico 22, es necesario confrontar esta información con una visita de campo, detal manera que se sumen sólo los rellenos sanitarios que cumplan los estándares mínimos dediseño y operación.

La suma aproximada de carga a la siguiente lista de rellenos, representa entre el 15% y el 17% deltotal de los RSU generados en el país, donde el numeral 1 tiene un alto grado de operación ydesarrollo y los numerales 3, 4, 6 y 12 tienen un grado de implementación significativo.

1. Armenia, Circasia y Montenegro.2. Barranquilla, Puerto Colombia.3. Bogotá, Fómeque, Cáqueza, Choachi, Chipaque y Ubaque.4. Bucaramanga, Floridablanca, Girón, Piedecuesta, Charta, Barbosa, Lebrija, Rionegro,

Suratá, Cáchira.5. Buga, Ibagué6. Cali, Jamundí, Yumbo7. Cartagena8. Ciénaga de Oro, Cereté.9. Cúcuta10. Flandes, Ricaurte, San Bernardo, Pandi.11. La Dorada, Victoria y parte de Puerto Salgar.12. Manizales, Palestina, Belalcázar, Risaralda, San José, Chinchiná, Anserma, Villamaría,

Neira, Aranzazu, Salamina, La Merced, Filadelfia, Supía, Marmato.13. Medellín, Envigado, Itagüí, Caldas, Sabaneta, La Estrella, Bello, Copacabana, Girardota,

Barbosa, Rionegro, Guarne, El Retiro y Fredonia.14. Neiva y corregimientos del Caguán y Fortalecillas.15. Pereira16. Tunja17. Villavicencio18. Yopal

2.3. Otros proyectos regionales

Es evidente que en 2006 existe una gran actividad sobre los estudios y proyectos relacionados conrellenos sanitarios, lo cual está dinamizado por los plazos para la presentación de los PGIRS.Ejemplo, en mayo de 2006, en el Tolima está abierta la discusión sobre el diseño de rellenossanitarios regionales, que agruparían municipios como i) Fresno y Herveo, ii) Palocabildo, Falán yCasablanca, iii) Líbano, Murillo y Villahermosa, iv) Piedras, Alvarado y Anzoátegui, v) Honda yMariquita, vi) Armero-Guayabal, Venadillo, Lérida, Ambalema y Santa Isabel, vii) Chaparral y SanAntonio, viii) Purificación, Prado y Saldaña, ix) Espinal, Coello y Suárez, y x) Guamo, Carmen deAplicalá, Flandes y Melgar.

2.4. Caracterización parcial de RSU de varias ciudades

La tabla 21 muestra la caracterización parcial de los RSU de varias ciudades.

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Componente %peso

Medellín1 Cali2 Bogotá3 Cartagena4 Aguazul5

Papel y cartón 18.0 7.87 18.29 9.30 16.9Vidrio y cerámica 3.0 1.64 4.62 2.00 7.56Metales 5.0 0.14 1.64 3.50 0.75Plásticos y cauchos 7.0 2.60 14.19 9.30 8.83Cueros 0.8 -- 1.76 1.9 --Madera -- 1.4 3.06 3.20 1.83Textiles -- 0.8 3.82 1.43 2.26VegetalesPutrescibles

57.0 82.36 52.31 64.40 58.87

Ladrillos y cenizas 8.0 3.20 0.30 3.77 0.77Fuente: 1- Encuesta Empresas Varias de Medellín; 2- Entrevistas Emcali; 3- Muestra tomada enel relleno; 4. LIME; 5. BP.

Tabla 20. Caracterización de los RSU de varias ciudades [28]

Como ejemplos de caracterización parcial de RSU de varias ciudades, la tabla 22 indica la del rellenosanitario de Pirgua en Tunja.

Caracterización RSU, rellenoregional de Pirgua en Tunja

% peso

Residuos de comida 39.3Residuos de jardín 3.1Residuos de papel y carbón 14.7Plástico, caucho y cuero 4.4Textiles 2.0Madera 3.3Residuos metálicos 4.7Vidrio 14.1Cenizas, rocas, escombros 6.1Otros (zapatos, pilas, etc.) 8.2

Tabla 21. Caracterización relleno regional de Pirgua-Tunja. [Fabio González, Universidad Nacionalde Colombia, Fac. Ing., Bogotá, 2002]

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Figura 21. Proyectos regionales de rellenos sanitarios. [Dora Castaño Ramírez, UPME, Bogotá,2006]

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Y la tabla 22 muestra la caracterización parcial de los RSU de Bogotá y Medellín.

Composición química parcial de los RSU de Bogotá y MedellínComponente Bogotá(1) Medellín(2)

Humedad, % 72.0 77.20Carbono, % 41.0C/N 26.0Cenizas, % 26.0 6.20Potasio , % 1.7 0.012Fósforo,% 2.9590 6.70Ph 5.50(1) Manejo y disposición de residuos sólidos municipales, SENA, 1997

(2) Sistema de información del servicio integrado de aseo para Medellín y sus cinco corregimientos –SIAMS-EEVVM ESP.- U. de A., 1998.Tabla 22. Composición química de RSU de Bogotá y Medellín [28]

2.5. Producción per cápita

La tabla 23 discrimina estos valores según la población municipal, e indica la tendencia de mayorvalor para municipios mayores de 60,000 habitantes, que complementa la información paraestimados de producción de RSU.

Valores típicos de PPC de municipios colombianosNivel de complejidad, N°de habitantes

Valor mínimo Valor máximo Valor promedio

Bajo, menor que 12,500 0.3 0.75 0.45Medio, entre 12,500 –60,000

0.3 0.95 0.45

Alto, mayor 60,000 0.44 1.9 0.79Fuente, RAS. Título F, Valor típico de producción per cápita, MAVDT

Tabla 23. Valores típicos de PPC [30]

Para los proyectos de recolección de biogás también debe correlacionarse la PPC de los RSU conparámetros sensibles a esta variable, como PIB, aumento poblacional, hábitos de consumo, paralograr una proyección, por ejemplo, de acuerdo a la información de la tabla 24, para Bogotá.

Año Residenciales/pequeñosproductores

Grandesproductores

Plazas demercado yverdes

Residuos debarrido

Total de

residuost/día t/día t/día t/día t/día

2000 4,303 1,383 150 451 6,2872005 4,804 1,564 162 486 7,0162009 5,294 1,770 174 524 7,7622015 5,750 2,003 186 564 8,503Fuente: UESP, ARB, Estudios del DAMA, Cálculos del plan maestro para el manejo integral de los residuossólidos.

Tabla 24. Tasa de crecimiento anual de producción de RSU en Bogotá. [16]

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2.6. Degradabilidad

La tabla 25 presenta la clasificación cualitativa sobre la rata de descomposición de las fraccionesde los RSU.

Tipo de desperdicio DegradabilidadCartón MDCartón corrugado MDRopa SDPlástico SDEstañoAluminioPorcelana y cerámicasMadera MDMateriales de construcciónPeriódico MDPapel sanitario MDPapel de oficina MDPelícula plástica SDPlástico rígido SDPoliestireno SDDesperdicios alimenticios RDDesperdicios de jardinería RDVidrioOtros

Tabla 26. Clasificación cualitativa de descomposición. [30]

2.7. Indicador usual de operación de generación de metano

Es otra consideración útil para comparar los resultados de las simulaciones de los modelospredictivos. Para Colombia se pueden obtener los valores de generación per cápita de CH4 a partirde los resultados que se estimaron de los modelos mexicano y Scholl Canyon.

El gráfico 25 muestra la generación de CH4 de rellenos sanitarios para varios países. No se tieneeste indicador para generación total de metano por país.

Gráfico 25. Generación de metano en rellenos sanitarios [30]

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En cuanto a la generación de metano por tonelada de RSU, los datos extremos se tienen enArgentina, que reporta 0.07 t CH4 /t de RSU, y Japón en el otro extremo, con 0.006. Un altocontenido de materia orgánica equivale a una alta producción de metano.

Es muy común encontrar que los RSU de países en vía de desarrollo contienen alto contenido demateria orgánica biodegradable, y los países desarrollados, bajos valores, aunque existen algunasdiscrepancias que hacen necesario una evaluación puntual del proyecto a desarrollar. El siguientegráfico 26 indica la generación per cápita de metano de varios países.

Generación per cápita de metano

Gráfico 26. Generación per cápita de metano [28]

La información como la asociada con los gráficos 25 y 26, sobre generación de CH4 de rellenossanitarios y de generación per cápita por país, es necesaria para el ejercicio de aproximación decuantificación del potencial de recolección de biogás, tanto de rellenos como de otras fuentes.

Es atípico el valor bajo de Japón, que podría explicarse por sus bajas emisiones totales, enconjunción con una alta población. Por su parte, Argentina, Chile, Brazil y Uruguay presentanvalores bajos, que equivale a un patrón homogéneo de acuerdo a las características económicasde estos países.

La generación específica necesita experimentación para tener estimados por ciudad y por región.Para cada proyecto puntual debe hacerse la experimentación de rigor. La tabla 26 presenta lainformación sobre RSU para varios países, tanto de población como de producción/día, además dela generación de CH4/día.

Existen otros indicadores que tienen aceptación general y sirven como guía primaria para laestimación del potencial de metano:

� 1 tonelada de RSU genera entre menos de 90 a más de 200 m3, según la composiciónde los RSU (IPCC, Good Practice Guidelines, 1996);

28

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� para el metano, con una densidad de 0.71670 kg/m3, 140 m3 de CH4 equivalen a 90kg de CH4 ;

País Población (106

hab.)GeneraciónRSU (t/día)

GeneraciónCH4 (t/día)

Referencia

Alemania 80.3 107,808 1,900 FCCC,199:3EPA, 2001

Argentina 37.03 25,000 573 CEPAL 2000Brazil 169.06 125,281 677 Ministerio

Ciencia eTecnología doBrazil, CEPAL2002

Chile 15.21 16,265 74 Nacional Env.Comisión 199,CEPAL 2000

USA 280.00 607,97 7,280 EPA, 2001Japón 126.87 136,986 387 FCCC 2000:4México 98.86 86,300 1,981 SEMARNAT-

INE, 2001;CEPAL 2001

Uruguay 3.33 2,520 28.5 INGEI, 1998:5;CEPAL 2002

Colombia 45.940 28,900 1,445 *(estimadopropio)

MAVDT

* Asumiendo 150 m3 CH4/t RSU, sin considerar cómo se disponga finalmente el residuo.Tabla 26. Generación por país de RSU y CH4. [27]

♦ para una eficiencia en la recolección de 50%, se pueden recuperar cerca de 50 kg deCH4/ t RSU; y

♦ para un GWP de 21, una tonelada de RSU puede rendir cerca de una tonelada de CO2equivalente.

2.8. Metales pesados en lixiviados

El contenido de metales pesados que se reporta en esta muestra de Funiber, se indica en la tabla27.

Residuo Cd Cr Cu Pb Mn Ni As HgPapel satinado 1.1 23.8 74.8 88.4 61.2 9.4 3.1 0.3Papel normal 1..3 37.3 40.3 621.2 137.6 15.5 3.3 0.7Cartón 3.8 23.2 27.0 66.2 91.1 25.5 3.5 0.4Plásticos flexibles 7.7 69.4 2,740.7 838.6 310.8 45.6 2.7 1.0Plásticos rígidos,goma, cuero

17.3 95.9 12.1 668.1 83.1 170.4 2.5 0.4

Madera, textiles 3.0 34.8 202.3 746.6 183.9 27.4 5.2 0.9Materia putrescible 3.1 44.5 61.4 475.1 367.3 17.7 4.6 1.2

Tabla 27. Contenido de metales pesados en los RSU en ppm [27]

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2.9. Seguimiento de los PGIRS

A septiembre de 2005, el MAVDT reporta los siguientes resultados, cuya implementación futuraestá proporcionalmente asociada como un buen escenario para la implementación de proyectosde recolección y uso de biogás de rellenos sanitarios. La tabla 29 presenta el seguimiento hecho alrequerimiento de PGIR por departamento.

Departamento Entregametodología

CapacitaciónPGIRS

Inicio

formulación

PGIRSadoptados

PGIRS poradoptar

Amazonas 2 2 0 0 0Antioquia 42 28 29 93 93Arauca 2 2 2 1 1Atlántico 21 21 21 5 5Bolívar 30 30 29 2 14Boyacá 93 88 39 2 20Caldas 0 0 0 0 20Caquetá 10 9 10 3 2Casanare 0 0 0 0 0Cauca 39 24 39 3 9Cesar 0 0 0 1 6Chocó 10 10 10 0 13Córdoba 24 24 24 0 27Cundinamarca 96 34 37 5 9Guainía 1 0 1 1 1Guajira 10 8 0 0 9Guaviare 1 0 0 2 3Huila 10 10 10 2 32Magdalena 20 20 15 8 18Meta 0 0 0 0 0Nariño 40 22 23 0 26Norte Santander 0 0 0 5 5Putumayo 0 0 0 5 6Quindío 12 12 12 1 9Risaralda 0 0 0 1 5San Andrés 0 0 0 0 0Santander 50 50 50 10 10Sucre 9 9 9 2 9Tolima 44 44 44 0 42Valle 0 0 0 5 8Vaupés 0 0 0 1 8Vichada 0 0 0 0 1Total 591 450 408 169 426

Tabla 28. Resultados de los PGIRS [26]

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2.9.1. Otras consideraciones asociadas con los PGIRS

Revisión del enfoque del RAS, Título F, si se le quiere dar un enfoque hacia la recuperación demetano, pues el enfoque actual se orienta hacia la disposición final de los RSU, sin mayorconsideración al potencial de generación de biogás.

La opción de compostaje necesita analizarse con cuidado, particularmente desde la óptica delriesgo de contaminación de ecosistemas con metales pesados y POPs.

La propuesta de Losan, una empresa multinacional cementera que incinera POPs, ha incorporadouna tecnología especializada para incorporar diversos residuos y desechos a la carga -inclusivealgunas materias inorgánicas como carga a los hornos de clinker- lo cual se percibe como unaopción muy eficaz para aliviar la carga a los rellenos sanitarios, gestión que implica, además, laelección de fracciones reciclables. Además varias fracciones de esta selección tienen el potencialde incorporarse a la carga de clinker, todo lo cual contribuye a utilizar la menor área posible deárea de disposición final y menores costos de recolección del biogás.

La conversión de botaderos a rellenos, en la gran mayoría de los casos concluye en que dichareconversión es técnica y económicamente inviable.

Una de las variables, la profundidad de las excavaciones para rellenos, necesita el estudio deingeniería que apunte hacia el manejos racional de los recursos financieros, y la garantía de laestabilidad de los depósitos de RSU, así como el diseño del talud, teniendo en cuenta la emisióndel biogás y la producción de lixiviados, que se traduce en una disminución másica del depósito yun debilitamiento de la compactación de los RSU.

2.10. Los rellenos sanitarios en Estados Unidos

Reciben cerca de 60% del total de los desechos sólidos producidos, y sólo recuperan el 14% delmetano generado se recupera y se quema, a menudo se con fines de valoración energética.

En efecto, la ley del aire limpio requiere a muchos rellenos sanitarios recolectar y quemar lasemisiones de éstos. Una vez se ha recolectado, los propietarios y operadores pueden ventear elbiogás o quemarlo para producir energía para la venta o utilizarlo in situ. Ambas opciones estáncondicionadas por las exigencias normativas locales asociadas con calidad del aire y prevención deexplosiones.

2.11. Los rellenos sanitarios en Colombia

Sobre el manejo de la producción de biogás, se destaca que no existe evidencia que, de acuerdo alas tablas de datos reportados por el MAVDT y la SSPD:

� El diseño y operación de los rellenos sanitarios que reportan las bases de datos cumpla conlos requerimientos técnicos y sociales para clasificarse, con rigor técnico estricto, comotales. En este orden de ideas, además, es necesario verificar que la disposición final de losRSU no esté produciendo impactos negativos a la salud humana y al ambiente porvertimientos y emisiones.

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♦ Ningún relleno sanitario en Colombia tenga sistema alguno de captación y/oaprovechamiento de biogás, lo que con base en los nuevos referentes de Kyoto, ademásde los beneficios ambientales que generan los proyectos, es un buen punto de partidapara la estructuración de este tipo de proyectos a partir del biogás. Además, comoninguna norma obliga a esta disposición ambientalmente amigable, esta situaciónconstituye una ventaja para la estructuración de la línea base para la captación y/o usoenergético, dentro del marco de proyectos MDL, preferiblemente mediante proyectossombrilla.

♦ Los rellenos existentes presenten un potencial de generación y recolección de biogás, enel sentido que sean susceptibles técnica y económicamente para adecuarlos con sistemasde captación y/o quema-aprovechamiento para recuperación energética.

♦ La generación de biomasa en el sector rural, que procede de labores de agropecuarias -industrial y artesanal- incluyendo la de subsistencia, sean viables técnica yeconómicamente -particularmente cuando se orientan a generación eléctrica- paraestructurar proyectos de generación energética y/o de MDL. Este tema está fuera delalcance de este documento.

De otra parte, las vivencias y la información disponible, inducen a deducir que:

♦ La normativa está bastante avanzada y es suficiente y consecuente con el criterio demanejo integral de residuos sólidos dentro del marco del desarrollo sostenible.

♦ Sin un fortalecimiento de la educación ambiental a todo nivel, educación efectiva yproactiva, no se ve fácil contar con el compromiso comunitario como aporte a la iniciativade manejo integral de los RSU, como condición para cualquier proyecto de recolección yuso del biogás.

♦ El manejo de proyectos sombrillas es una prioridad que permite economías de escala parala estructuración de estos proyectos. La idea sombrilla debe ampliarse a las pequeñascomunidades de ZNI, para las opciones de proyectos MDL y valorización energética, nonecesariamente para generar energía eléctrica, a pesar que se prevén incertidumbresasociadas con las diferentes etapas de los proyectos, particularmente la financiación y loscostos de la certificación para zonas geográficamente dispersas y de muy baja capacidadde generación.

♦ La estimación cualitativa primaria que asociada con la utilización de modelos EPA,mexicano y otros, es un buen ejercicio para tener una primera aproximación real sobre elestimativo de generación de biogás.

♦ El ejercicio sobre estimación cualitativa debe contextuarlizarse y afinarse mediante: i)experimentación in situ para determinar los rangos de los valores de K y Lo ii) el juego deescenarios y sensibilidades para medir la confiabilidad de los modelos.

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♦ Se espera que para el primer semestre de 2006, el resultado de la consultoría, contratadapor el MAVDT con una empresa mexicana -que tiene la experiencia del diseño y operacióndel relleno sanitario de Monterrey (México)-, se difunda como una herramientametodológica con fundamentos directrices para el diseño y operación de rellenossanitarios y para la captación del biogás de estos rellenos.

♦ La consolidación de un proyecto requiere de comprobación experimental sobre lageneración real de biogás de un relleno o un proyecto de relleno, como soporte para laafinación de los resultados de los modelos que se apliquen, ya que los resultados de losmodelos no pueden tomarse como una base para el cálculo para diseñar un proyecto, perosí como una estimación válida de orden de magnitud. Parra esto, el juego de escenarios ysensibilidades, es un aporte complementario a la experimentación in situ y a la validaciónexperimental de los resultados de los modelos.

♦ Existen varias tecnologías de eficiencia comprobada para la generación de electricidad; sinembargo, las que se utilizan con más frecuencia son los generadores de combustióninterna y las turbinas a gas. Éstas generalmente necesitan mayores flujos de gas, lo quehace que los motores sean más aceptación; pero las turbinas a gas son diseños queaprovechan muy bien el contenido energético del biogás, además de tener una generaciónsostenida. A pesar de las consideraciones anteriores, las turbinas a gas son la opciónpreferida de usuarios que requieren un suplir una demanda constante de energíaeléctrica.

Articulado con las publicaciones del MAVDT sobre manejo integral de RSU y rellenos sanitarios, entrelos requerimientos de la guía para el aprovechamiento del biogás de rellenos sanitarios elaborada porel Banco Mundial, están i) los factores que afectan la generación de biogás y el control de emisiones debiogás y lixiviados, ii) la necesidad de un estudio base, el análisis detallado de la normatividad nacionalii) los costos y beneficios del proyecto de captación y/o aprovechamiento. La tabla 29 muestra lasmínimas condiciones deseables para la implementación de proyectos de biogás de rellenos sanitarios.

Aspecto Parámetros asociados con la generación de

biogás

Cantidad de RSU depositados Más de un millón de toneladas

Humedad de los residuos dispuestos Precipitación pluvial anual mínima de 200 mm;

eal, 900 o más

Clima __________________________________ Entre 15 y 30 ºC

Composición de los RSU depositados Contenido de materia orgánica mayor de 40%

Antigüedad del sitio de disposición Tiempo medio de biodegradación: mínimo 1

o, máximo 6 años.

Altura de las celdas en el relleno sanitario Mínimo 9 m

Tabla 29. Parámetros mínimos asociados con la generación de biogás [27]

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2.11.1. Relleno Sanitario Doña Juana

2.11.1.1. Generalidades

Es un referente obligatorio para grandes proyectos de captación de biogás, así como Manizales,Pereira, Cúcuta, Medellín, Barranquilla, Villavicencio y Yopal, entre otros, cuando se trata de proyectosmedianos y pequeños, así no esté implementada hoy la recolección y disposición del biogás.

Doña Juana es el cuarto relleno sanitario más grande del mundo y reconocido como de buen manejo.Es significativo su contenido de putrescibles -65%-, el grado de compactación 1.07 t/m3 y el bajocontenido de mercaptanos -0.25 ppm-.en el biogás.

El sistemas de tratamiento de lixiviados -STL-, maneja un caudal promedio de 14 l/seg, con ampliasvariaciones de su caracterización fisicoquímica, y la secuencia del proceso debe garantizarvertimientos que cumplan los estándares de la CAR, para lo cual se controla el pH del lixiviado, lo cualeliminar unos 40 metales pesados. El proceso continúa con tratamientos de desnitrificación y conprocesos biológicos que mediante bacterias facultativas actúan en ambientes aeróbicos y anaeróbicospara remover la carga orgánica contaminante -DBO5-. La composición fotográfica de la figura 22muestra una panorámica del STL en el relleno sanitario de Doña Juana, que utiliza procesos biológicosmediante tratamiento aerobio por lodos activados en un zanjón de oxidación, además de procesosfisicoquímicos para el tratamiento del lixiviado del relleno. En esta figura puede observarse loscomponentes del STL, como el reactor aerobio, así como sedimentadores y dosificadores de químicos.

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Figura 22. Panorámicas de la planta del sistema de tratamiento de lixiviados (STL) del relleno sanitarioDoña Juana. [Dora Castaño Ramírez.UPME, Bogotá, 2006]

2.11.1.2. Antecedentes

El estudio Boada-Saenz Ingenieros Ltda, de 2003, para la UESP, resume todos los estudios ysimulaciones que se anexan al prepliego licitatorio que actualmente está en proceso, y que a mayo de2006 no se ha publicado para el concurso público internacional de proponentes. Este concurso tienecomo objetivo estudiar propuestas para desarrollar opciones de diseño, montaje y operación, para elaprovechamiento y/o combustión del biogás para reducir impactos ambientales, aplicando laestructuración de proyectos MDL, y/o valorización energética, ejemplo, generación eléctrica.

También Boada-Saenz Ingenieros utiliza varios modelos y hace las correlaciones de rigor para suspredicciones. Resalta que utilizan modelos envolventes (con predicciones de producción de biogásmáximo, mínimo y promedio), particularmente las simulaciones mediante el uso del modelo SWANAaplicado a varias zonas del relleno, y en atención a la antigüedad de la disposición de los RSU de cadazona.

2.11.1.3. Información técnica estimada

Los datos publicados, están discriminados en la Tabla 31.

De acuerdo a la disposición en Doña Juana y en el resto del país La base de datos del MAVDT reportaen octubre de 2005 un total de 308 rellenos sanitarios y 20,875 t/ día de producción total de RSU en elpaís. En 2000 la SSPD reportaba 15,000 t/día. El estimado de este documento, con base en laproducción per cápita es de 28,870 t/día en octubre de 2005.

Sobre la base de 28,870 t/día, se hacen estas consideraciones:

• Doña Juana capta 6,400 t de RSU/día, cerca al 22% de la producción nacional.

• Otros rellenos captan: Barranquilla 692, Cartagena 429, Santa Marta 284, Villavicencio196, Bucaramanga 286, Manizales 255, Girardot 50 y Medellín 1902, para un total de 4,094 t/día, queequivale a 14.2%.

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Información técnica estimada del Relleno Sanitario de Doña Juana a noviembre

de 2005

Cantidad total de residuos dispuestos, t: 26’900,000

Rata de recibo de RSU, t/día: 5,400

Generación total CH4 en 18 años: 525 Mm3 (18,540.23 Mp3)

Generación de CH4 /día: 0.0799088 Mm3 CH4/día (2.8219 Mp3 CH4 /día)

Generación de CH4/año: 29.1667 Mm3 de CH4/año (1,030.0128 Mp3 CH4

/año)

Caracterización de residuos; % en peso: Degradación e inertes

Rápida

57

Climatología

14 ºC 2,800 msnm 80% humedad relativa

Recolección certificable, en t CO2 eq /año: 500,000, ó 5’000,000 en 10 años

Una vez se obligó a clausurar los botaderos a cielo abierto en octubre de 2005,principalmente Mondoñedo, Doña Juana recibe 6,400 t/día de RSU.

Tabla 30. Datos de relleno de Doña Juana. [Visita a Preactiva, Ltda., operador del relleno, Bogotá]

• No se puede afirmar que la veintena de rellenos sanitarios que reporta el MAVDTdispongan técnicamente sus residuos. Si se asume que las capitales departamentales -algunas estánproyectadas para gestión regional- dispusieran técnicamente sus RSU, al estimado de 4,094 podríaadicionársele 3,837 t/día.

• La suma de RSU dispuestos resultaría, adicionando lo dispuesto en Doña Juana, se tendríaun total nacional de 1,367 t/día, equivalente a 50%.

• Pero las consideraciones anteriores no incluyen la zona rural, donde los registros deproducción de RSU son más inciertos.

Los puntos anteriores, con un grado altísimo de incertidumbre, podría fijar la disposición de rellenossanitarios, como escenario optimista, en 50%. Se estima probablemente un poco más ajustado a larealidad 40% dada por el Ministerio de Desarrollo Económico del gráfico 27. Pero la hipótesis que seplantea en este estudio es que esa cifra esté más próxima a 30%.

2.11.1.4. Inversiones para el proyecto de recolección y/o uso del biogás

Lenta Inertes

12 31

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No existen generalidades ni extrapolaciones; la inversión es puntual para cada caso. La única referenciaacopiada para este documento, es el reportado para Doña Juana para la captación y quemado delbiogás, que se estima entre US$M 2.5 y US$M 4.0; generación eléctrica, está entre 7 US$M y 8 US$M.Hoy con la expectativa de Kyoto, para ambos casos se estima buena rentabilidad, mediante el ingresode la venta de los CERs.

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Manejo integral; 1; ^v

0% ~~

Reciclaje; 6; 1%—--

Otro; 11; 2%

Incineración ; 4;1%

Cuerpo de agua;22; 4%

Cielo abierto; 273;51%

Gráfico 27. Disposición final de RSU en Colombia [Ministerio de Desarrollo Económico, 2002]

También debe mencionarse, que una vez Icontec obtenga la calificación como entidadcertificadora, se obtendrán beneficios asociados con la facilitación de estas etapas queactualmente son muy costosas. Esta es una de las razones para tener siempre como referente laestructuración de proyectos sombrilla.

Aunque dentro de los principios del Protocolo de Kyoto existen instrumentos que facilitan yapalancan financieramente este tipo de proyectos, estos ingresos sólo son efectivos una vez elproyecto esté consolidando certificados de reducción de emisiones de gases invernadero. Portanto, el desarrollo del proyecto desde su inicio debe estar financiado por entidades públicas yprivadas que hagan posible su viabilización, para lo cual es necesario que existan estímulos detipos fiscales y tributarios. La legislación ambiental no obliga a la recolección y/o aprovechamientodel biogás, por lo cual la construcción de la línea base, necesaria como punto de referencia para lacuantificación de los CER durante el tiempo de certificación seleccionado por el proyecto, aumentala cantidad de GEI para los que pueda lograrse la certificación por parte de los organismoscertificadores de la Junta Ejecutiva del Protocolo de Kyoto.

Produce beneficios incuestionables el apoyo institucional para el desarrollo de la nota de idea deproyecto, dentro del marco que establece el principio que el manejo ambientalmente sostenibledel biogás. También es necesaria la capacitación de un equipo de trabajo y la difusión amplia de lainformación básica del proyecto, de tal manera que se logre la participación de las comunidades.

Mientras todos los actores continúan en el ejercicio de aproximación a cifras más depuradas sobreel total de RSU dispuestos en los rellenos sanitarios, no es posible tomar ninguna base cierta paradeterminar el potencial de recolección y aprovechamiento del biogás de los rellenos sanitarios.Por ahora sólo podrían plantearse hipótesis sobre esta cifra, tal como se propone en esta tesis,en el sentido de considerar escenarios de

Mindesarrollo - Dirección de servicios públicos domiciliarios -Distribución detipos de disposición final

Compostaje; 3; 1%

Relleno sanitario; ^.—-— |j ^^^^^^

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disposición en rellenos con valores que van desde 20% hasta 80% del total reportado comodispuesto en los rellenos sanitarios.

2.11.1.5. Impactos ambientales negativos

Como en todos los proyectos similares, existen Impactos ambientales negativos: calentamientoglobal, ozono para smog fotoquímico, olores, ruido, vectores, 1 camión de descarga/5 minutos,emisiones y vertimientos contaminantes al suelo y aguas, eutroficación, acidificación, toxicidadhumana y ecotoxicidad, COV cancerigenos, compuestos clorados, fluorados, xiloxanos y riesgo deexplosión. Además en las comunidades del entorno, Barrios Mochuelo y Mochuelo Alto, elimpacto y/o riesgo de enfermedades respiratorias, cáncer, devaluación de lotes y dispersión decontaminantes, es un componente muy importante afrontar para un PMA serio, y comoexperiencia para nuevos diseños.º

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CONCLUSIONES

No existe legislación sobre biogás, lo cual constituye una ventaja para la propuesta de proyectosMDL sobre recolección y uso del biogás.

La normatividad colombiana sobre caracterización del gas natural domiciliario constituye unabarrera para su uso directo como combustible doméstico en el entorno poblacional de los rellenossanitarios, así como para su inyección sin tratamiento -al menos para separar H2S y CO2- a la reddomiciliaria de distribución de gas natural.

Empresas como gasNatural S.A. es reticente a la aceptación de biogás o metano de biogás a susredes de distribución domiciliaria. Perciben la no existencia de evidencias que garanticen laausencia de efectos fisicoquímicos adversos a sus redes.

La incertidumbre sobre la consolidación de la base de datos sobre el número de rellenos, y losproyectos en proceso de estructuración, implementación y/o reconversión de botaderos yenterramientos a rellenos, dificultan la discusión que confirme un pronóstico confiable delpotencial de generación de biogás en Colombia. Sin embargo, la presentación de escenarios -queprevén la recolección de fracciones del biogás recuperable-, puede servir como referente deaproximación, que deben confirmarse con visitas de campo.

La política y legislación recientes promulgadas por el MAVDT y autoridades delegadas del SINA,particularmente las que apuntan a fortalecer la implementación de los PGIRS, los POTs, laapropiación tecnológica y las guías ambientales, así como los estímulos legales, se perciben comoestímulos para la iniciación de dinámicas de participación comunitaria y sinergias para la ingenieríaconceptual de nuevos proyectos.

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RECOMENDACIONES

Establecer como marco de referencia y conceptual el criterio integral de desarrollo sosteniblecuando se aborde la discusión sobre directrices para las políticas, planes y programas asociadoscon el manejo de RSU. Esto implica la aplicación de los preceptos y fundamentos de la evaluaciónambiental estratégica, como esquema transparente de responsabilidades.

Adoptar los modelos Scholl Canyon y mexicano como una herramienta útil para la primeraaproximación de la predicción de generación de biogás de rellenos sanitarios.

Adoptar el modelo SWANA, que predice un estimado más fino de generación de biogás, para unaetapa de factibilidad, que necesita resultados más cercanos a la realidad.

Fortalecer la capacidad de seguimiento y monitoreo replicable a los RSU del MAVDT, las CARs ydemás entes del SINA, como condición indispensable para que se implementen las políticas,planes y programas promulgados por estas entidades.

Retomar la necesidad establecer una prioridad alta la educación ambiental masiva, y a mejorar lavisión sobre la captación del biogás como una alternativa competitiva de valoración energética.

Apoyar y reforzar las propuestas de estructuración de proyectos de rellenos sanitarios regionalescomo estrategias sombrilla -complementados con la perspectiva de las estrategias de proyectosMDL de recolección de biogás para quemarlo- y/o como fuente alterna de energía térmica parageneración eléctrica.

Priorizar los objetivos para proyectos en operación o en propuesta de implementación, según esterango de prioridades: i) proyectos MDL, con sólo recolección y combustión del biogás, ii) proyectosMDL más generación térmica y/o eléctrica iii) proyectos de purificación del biogás y separación delmetano para inyección a la red de gas combustible domiciliario.

Apropiar como base metodológica de diseño básico de ingeniería aplicada al diseño de los rellenosy al aprovechamiento del biogás y el tratamiento de lixiviados, las experiencia y material publicadopor el proyecto del relleno sanitario de Doña Juana.

Priorizar y reforzar el componente de educación ambiental masiva a la política de manejo integralde RSU, dado que es soporte y condición de primer orden para el éxito de las directrices políticas.También debe resaltarse la conveniencia de motivar e incentivar la participación comunitariacomo factor determinante para la generación de la sinergia requerida para la implementación delos PGIRS.

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