Estimación del potencial de biogás en un vertedero de residuos no peligrosos para su aprovechamiento

Abstract

RESUMEN: Actualmente, las emisiones de gases de efecto invernadero están afectando de una manera considerable el medio ambiente, uno de los focos más grandes son los vertederos, provocando un daño irremediable a la atmósfera. En los vertederos se puede recuperar el biogás, compuesto principalmente de metano, para aprovecharlo de diferentes maneras. Si bien existen estudios sobre las diferentes alternativas de uso del biogás en un vertedero, todavía en muchos lugares puede mejorarse su captación, y utilizarlo de forma más eficiente y responsable. El objetivo del presente trabajo es, en primer lugar, estimar el potencial de biogás en un vertedero para su posterior aprovechamiento basado en un modelo matemático. Posteriormente se analizan sus resultados de cara al estudio de las posibles alternativas para el aprovechamiento del biogás obtenido. El caso de aplicación del estudio es un vertedero situado en el norte de España. El vertedero se inaugura en octubre de 1988 y se clausura en noviembre de 2016. Los principales residuos depositados son residuos sólidos urbanos, residuos sólidos industriales, residuos de construcción y demolición y los lodos de estaciones depuradoras de agua residual. La metodología a utilizar para realizar la estimación es el modelo de descomposición de primer orden del Panel Intergubernamental del Cambio Climático incorporando la formulación general propuesta, pero particularizando los valores paramétricos para representar adecuadamente la realidad del vertedero estudiado. A partir del modelo creado se generan estimaciones numéricas y gráficos representativos de lo que sucede en el vertedero en un cierto periodo de años. Las estimaciones obtenidas en el modelo revelan, como era de esperar, una generación más activa en los primeros años de explotación, debido a la humedad del residuo y la incorporación continua de materia biodegradable y una disminución progresiva al irse reduciendo la biodegradabilidad del residuo depositado. Por último, se estudian diferentes alternativas para aprovechar el biogás recuperado estimado del vertedero en un periodo de 20 años, es decir, entre los años 2021 y 2041, con el fin de generar energía eléctrica ya sea a través de microturbinas, motores de combustión interna o turbinas de gas. Los resultados obtenidos indican que el biogás recuperado se podría aprovechar en una planta de generación eléctrica utilizando microturbinas. Se considera un caudal mínimo recuperado de biogás de 120 Nm3/h, un caudal medio de 182 Nm3/h y un caudal máximo de 264 Nm3/h. Obteniendo una generación de potencia eléctrica mínima de 149 kW para la planta, ocupando dos microturbinas tipo C65 y una microturbina C30 para su mínimo funcionamiento durante su periodo de vida útil.

ABSTRACT: Currently, greenhouse gas emissions are significantly affecting the environment, one of the biggest hotspots is landfills, causing irretrievable damage to the atmosphere. In landfills biogas can be recovered composed mainly of methane, it can be recovered to take advantage of it in different ways. While there are studies on the different alternatives of biogas use in landfills, its collection can still be improved in many places, and used more efficiently and responsibly. The objective of this work is, first of all, to estimate the potential of biogas in a landfill for later use based on a mathematical model. Subsequently, its results are analyzed in view of the study of possible alternatives for the use of biogas obtained. The case of application of the study is a landfill located in the north of Spain. The landfill opened in October 1988 and closed in November 2016. The main waste deposited are solid urban waste, industrial solid waste, construction and demolition waste and sludge from wastewater treatment stations. The methodology used to make the estimation is the first-order decomposition model of the Intergovernmental Panel on Climate Change incorporating the proposed general formulation, but particularizing the parametric values to adequately represent the reality of the landfill studied. From the model created numerical modifications and representative graphs of what happens in the landfill in a certain period of years were generated. The estimates obtained in the model reveal, unsurprisingly, a more active generation in the first years of operation, due to the moisture of the residue and the continuous incorporation of biodegradable matter and a progressive decrease as the biodegradability of the deposited waste is reduced. Finally, different alternatives are studied to take advantage of the estimated recovered biogas from the landfill over a period of 20 years, i.e. between 2021 and 2041, in order to generate electricity either through microturbines, internal combustion engines or gas turbines. The results obtained indicate that the recovered biogas could be used in a power generation plant using microturbines. A minimum biogas recovered flow rate of 120 Nm3/h, an average flow rate of 182 Nm3/h and a maximum flow rate of 264 Nm3/h is considered. Obtaining a minimum electrical power generation of 149 kW for the plant, occupying two microturbines type C65 and one microturbine C30 for minimum operation during its lifetime.